计算机辅助制图(一)

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1、数字测图 * 回顾 （1）数字测图系统中，主要硬件为哪些？主要的 作用是什么？（举例说明） （2）常用的测图软件有哪些？主要特点是什么？ （3）全站仪在通讯时，要进行哪些工作？ （4）全站仪在数字测图系统中主要作用是什么？ Date 知识目标 1.掌握测量坐标与屏幕坐标之间的变换； 2.了解测量坐标系到绘图仪坐标系的换算； 3.了解图形裁剪方法； 4了解地图符号自动绘制的基本方法； 5.了解点状符号和面状符号的自动绘制； 6.了解曲线光滑的几种典型的算法； 7.了解等高线的自动生成的方法和过程； 8.了解矢量数据及栅格数据的结构及其组织方法； 9.了解栅格图像与矢量图形的区别； 10.了解空间

2、数据的分层的概念及分层方法。 Date 能力目标 1.掌握测量坐标与屏幕坐标之间的变换； 2.了解图形缩放时的坐标变换； 3.了解测量坐标系到绘图仪坐标系的换算； 4.了解图形裁剪方法； 5.了解地图符号自动绘制的基本方法； 6.了解点状符号和面状符号的自动绘制； 7.了解曲线光滑的几种典型的算法； 8.了解等高线的自动生成的方法和过程； 9.了解矢量数据及栅格数据的结构及其组织方法； 10.了解栅格图像与矢量图形的区别； 11.了解空间数据的分层的概念及分层方法。 Date 基本图形显示 当图形大于屏幕显 示范围时，屏幕区 域以外被裁切 Date 测量坐标与屏幕坐标之间的变换 提出问题： 计

3、算机的屏幕坐标系的如何定义的？ 测量坐标系是如何定义的？ 计算机屏幕坐标系与测量坐标系之间的关系是怎 样的？ Date 测量坐标与屏幕坐标之间的变换 计算机的屏幕坐标系的如何定义的？ 计算机屏幕坐标系是以屏幕左上角为原点，以从 左至右的水平方向为x轴，以从上至下的垂直方向 为y轴的直角坐标系，屏幕坐标系的坐标单位为像 素，其取值一般只能是0和正整数，具体取值范围 与屏幕分辨率有关，如对分辨率为1024768的 显示器而言x的取值范围为01023，y的取值范 围为0767。 O x y Date 测量坐标与屏幕坐标之间的变换 如图所示，XOY是测量坐标系 ，xoy是屏幕坐标系，若屏幕 水平方向和

4、垂直方向长度分别 为sx和sy，相应的实地长度分 别为SY和SX屏幕左下角的测 量坐标为（X0，Y0），任一 点P的测量坐标（X，Y）和相 应的屏幕坐标（x，y）之间存 在如下关系： 其中，kx=sx/SY和 ky=sy/SX分别为x方向和y方 向的比例系数。 Date 测量坐标与屏幕坐标之间的变换 p图形缩放时的坐标变换 （1）定倍数缩放显示：定倍数缩放显示是在原窗 口中选定某点并给定缩放倍数，缩放后将该点移 至窗口中心并按给定的缩放倍数来显示该图形。 （2）开窗放大显示： 开窗放大显示是在原窗口中选定以某点为中心的 矩形区域，放大后将所选矩形区域内的图形显示 到整个窗口中。 Date 测量

5、坐标与屏幕坐标之间的变换 （1）定倍数缩放 设所选点在原窗口中的坐标为(xm，ym)，其相 应的测量坐标为(XM，YM)，缩放倍数为k，则原 窗口中任一点P的坐标(x，y)与缩放后窗口中的 坐标(x，y)之间存在如下关系： Date 测量坐标与屏幕坐标之间的变换 （1）定倍数缩放 缩放后窗口中的坐标(x，y)与相应高斯坐标(X ，Y)之间存在如下关系： Date 测量坐标与屏幕坐标之间的变换 （2）开窗放大显示： 设所选点在原窗口中的坐标为(xm，ym)，其相 应测量坐标为(XM ，YM)，所选矩形区域在x方 向和y方向上的长度分别为和，则原窗口中任一点 坐标(x，y)与放大后窗口中的坐标(x

6、，y)之间 的关系为： 其中 和 分别为x方向和y方向上的放大倍数 Date 测量坐标与屏幕坐标之间的变换 （2）开窗放大显示： 放大后窗口中的坐标(x，y)与相应高斯坐标之 间的关系为： Date 坐标转换 p测量坐标系到绘图仪坐标 系的换算 绘图仪坐标系和数学中的 笛卡尔坐标系是相同的， 它的坐标原点，对不同的 绘图仪硬件缺省值不尽相 同，有的位于绘图仪的左 下角，有的位于绘图仪的 中心，但一般都可通过软 件将绘图仪的坐标原点设 于绘图仪有效绘图区的任 一位置。绘图仪的坐标单 位为绘图仪脉冲当量。多 数绘图仪的一个脉冲当量 等于0.025mm，即 1mm相当于40个绘图仪 坐标单位。 Da

7、te 图形裁剪 提出问题： 1、为什么要裁剪？ 2、如何实现裁剪？ 为了保持地形图的规范性，往往需要通过图形裁剪将图幅外的图形去 除掉。 在图形显示时，也需要通过图形裁剪去除掉显示窗口范围之外的图形 。 图形裁剪实际上是一种保留给定区域内的图形而除掉区域外的图形的 种图形处理方法。尽管从理论上讲图形裁剪区域可以是任意多边 形，但实际使用的裁剪区域通常是四边形，最常用的裁剪区域是矩形 。图形裁剪的处理对象主要是构成各种地图要素的直线段。 Date 图形裁剪 (1)直线段的裁剪 直线段裁剪算法的基本思想是，根据线段两端点 的位置判断该直线段是否与裁剪区域边界相交， 如果相交，则计算出交点位置，并用

8、裁剪区域内 的线段部分取代原线段。 Date 图形裁剪 （2）多边形的裁剪 多边形的裁剪比直线要复杂得多。因为经过裁剪 后，多边形的轮廓线仍要闭合，而裁剪后的边数 可能增加，也可能减少，或者被裁剪成几个多边 形，这样必须适当地插入窗口边界才能保持多边 形的封闭性。 Date 图形裁剪 （3）圆和曲线的裁剪 圆和曲线都可以用一组短的直线段来逼近，因此 ，圆和曲线的裁剪可采用对每一短直线段的裁剪 ，从而实现对圆和曲线的裁剪。 Date 任务1 使用Excel将下列点的测量坐标转换为1024*768 的屏幕坐标，并分别展绘出来，比较两图形之间的 差异。 Date 地图符号的自动绘制 什么是地图符号？

9、 地图符号是描述制图对象的一种语言，地图符号的自动绘 制在计算机地图制图中占有非常重要的地位。地图符号类 型繁多，是一个极为复杂的体系，不同地图符号在地图中 表示不同的地理实体，要实现地图符号的自动绘制，关键 在于建立一个结构完整、功能完备、开放式的地图符号数 据库。地图符号数据库一般由描述符号的符号库(数据文 件)和调用符号的程序模块组成，优秀的地图符号数据库 在实现地图的符号化处理时，应该具有在可视环境下的符 号生成与编辑功能，集完备性、可扩充性、灵活性、精确 性、美观性、易用性、高效性于一体。 Date 一、地图符号自动绘制的基本问题 1.地图符号自动绘制的基本方法 p早期：对于早期不具

10、备专用图形系统的软件，地形图的生 成多依赖于AutoCAD等环境，其符号库的建立不可避免 地要以AutoCAD有关概念和方法为基础，如图块 (BLOCK)、线型(LINE-TYPE)、填充(HATCH)等类符号 的建立、使用和维护，基本上是应用AutoCAD所提供的 命令和数据结构。 p现在：对于现行相对独立的图形系统的数字测图软件，符 号库的设计按生成符号数据的方法可分成两类： 程序生成法、模板生成法。 我们常用的是模板生成法 Date 一、地图符号自动绘制的基本问题 p程序生成法，即根据给定的符号代码(编码)和定 位信息，通过一段程序生成相应的符号数据； p模板生成法，它是先把所有图式符号

11、套合在固定 的格网模板上，逐个写出其在模板上点、线、弧 的坐标及连线信息，生成符号库，使用时根据符 号代码和定位信息从符号库中读出相应数据，经 过坐标系的旋转、平移和其他处理即可生成真正 的符号数据。 Date 一、地图符号自动绘制的基本问题 p程序生成法与模板生成法特点： p第一种方法，每个图示符号都对应一段固定程序，因此其 重点是编写程序代码，第二种方法的关键是设计符号数据 库，而负责转换的程序代码相对简单。若按生成符号数据 结构来分，可分成两类，一类是直接产生绘图信息，如传 统的PU、PD命令，另一类是生成固定数据结构的图形文 件。 p无论采用什么形式的符号库，都必须具备扩充功能。从这

12、一点看，模板生成法更具优势，它不必增加程序代码，只 需在符号库文件(一般为文本文件)中按规则加入相应模板 数据即可。因此，本节主要介绍模板法符号库的设计及应 用。 Date 一、地图符号自动绘制的基本问题 2.地图符号的分类与编码 分析地图符号可以看出：有限数量的基本图形元素按一定 规则组合构成地图符号，而不同类型的符号构成符号库。 其中基本图形元素是指点、线、矩形、圆角矩形、圆、椭 圆、圆弧、扇形、多边形、正多边形、星形和文字等。这 是一些具有其自身属性和操作方法的最基本元素。 计算机地图制图系统中的地图符号库实质上就是将具有同 类特征的地图符号按一定的规则(编码)组织存放起来，在 绘制地图

13、符号时由调用程序利用编码来查找相应的图式符 号及其绘制方法，从而实现地图符号的自动绘制。由此可 知编码、分类、调用是地图符号自动绘制的关键。 Date 地图符号自动绘制的基本问题 p地图符号的分类与编码 按符号表征特性可分为点状符号、线状符号、面 状符号和某些特殊符号等几大类型 点状符号 线状符号 面状符号 特殊符号 点状实体 线状实体 面状实体 特殊类型地理实体 Date 地图符号自动绘制的基本问题 p地图符号的分类与编码 地图符号编码有多种方法，一般按地图符号 的类型编码，即将不同类型的符号进行不同编码 并存放于不同的存放地址。 编码是实现地图符号自动绘制所必须的最基本 的索引项目，在地图

14、符号编码时应注意：符号库 中的每个符号必须有编码，符号库名称要唯一， 为了查询方便，符号库的符号名称要与图式 对应的编号保持一致。 Date 二、点状符号的自动绘制 p点状符号只有一个定位点，对应一个固定的、不 依比例变化的图形符号，如各种控制点、独立地 物等，它们常常不能用某一固定的数学公式来描 述，必须首先建立表示这些符号特征点信息的符 号库，才能实现计算机的自动绘制。 1.点状符号库的设计 符号的定位点落在格网坐标的原点处 2.点状符号库的应用 由于点状符号库的坐标是模板格网坐标系统，因此实 际应用时须经一定转换。点状符号只有一个定位点， 转换时只须进行坐标系统的平移和比例缩放。 重点

15、问题 Date 二、点状符号的自动绘制 1.点状符号库的设计 如图所示，并且使符号的定位点 落在格网坐标的原点处。然后在模板 符号库中按一定的数据结构分别记录 组成该符号的基本图元的坐标信息。 经分析，绝大部分点状符号均可看成 是某些基本图元的集合，基本图元包 括点、线段、圆（弧）、多边形等四种， 分别用p、l、c、g 作为标识。 Date 二、点状符号的自动绘制 2.点状符号库的应用 假设测图比例尺分母为M，某符号的定位坐标为(X0，Y0)，单位是 m，则坐标转换公式为： 长度（或宽度）转换公式为： 式中 测量坐标下的坐标或长度 库内格网坐标或长度 Date 三、线状符号的自动绘制 1.线状

16、符号的分类 根据模板法符号库的设计原理，线状符号可以分成以下四 类： p单实线符号：如小比例尺实线路。 p周期单线符号：小路、篱笆、陡坎等。这类符号有个共同 的特点就是，只有一条边缘线(定位线)且符号整体沿边缘 线方向呈周期性变化。 p双实线符号：如简易公路、公路等。 p周期双线符号：如铁路、围墙等。这类符号的共同特点是 符号有两条平行边缘线(实线或虚线)且沿边缘线方向呈周 期性变化。 Date 三、线状符号的自动绘制 2.线状符号库的设计 和点状符号相比，由于其定位坐标多于一个且数量不统一 。经分析，在线状符号库数据结构设计中应考虑以下几方 面： p线长：主要指边缘实线的长度，用a表示，应用时a可以根 据定位坐标计算得到。 p符号宽：主要指双线符号的两边缘线中轴之间的间距，库 中用b表示，应用时分两种情况，一是宽度不依比例，二 是宽度实测，它们由符号代码来区分。 p周期：沿线状符号前进方向的变换周期一般均可由直接得 到，如图4-8所示几种符号的周期分别为5.0、10.0和1.5