地理信息系统(第二版)-第七章讲解

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1、地理信息可视化及GIS 产品输出 第七章 桂林理工大学博文管理学院建筑工程系 地理信息系统可视化是以地理信息科 学、计算机科学、地图学、认知科学、信 息传输学与地理信息系统为基础，并通过 计算机技术、数字技术、多媒体技术，动 态、直观、形象地表现、解释、传输地理 空间信息并揭示其规律，是关于信息表达 及传输的理论、方法与技术的一门学科。 地理信息系统产品是指经由系统处理 和分析、可以直接供专业规划人员或决策 人员使用的各种地图、图表、数据报表或 文字说明。 地理信息系统产品输出是指将GIS分 析或查询检索的结果表示为某种用户需要 的可以理解的形式的过程，其中，地图图 形输出是地理信息系统产品的

2、主要表现形 式。 一般地理信息系统软件都为用户提供 三种图形、图像输出方式以及属性数据报 表输出，屏幕显示主要用于系统与用户交 互时的快速显示，是比较廉价的输出；矢 量绘图仪制图用来绘制高精度的比较正规 的大图幅图形产品。 第一节 空间信息输出系统 主要图形输出设备一览表 设备图形输出方式精度特点 矢量绘图 机矢量线划高适合绘制一般的线划地图，还可以 进行刻图等特殊方式的绘图 喷墨打印机栅格点阵高可制作彩色地图与影象地图等各类 精致地图制品。 高分辨彩显屏幕象元点阵一般实时显 示GIS的各类图 形、图象产 品。 行式打印机字符点阵差以不同复杂度的打印字符输出各类 地图，精度差，变形大。 胶片拷

3、贝机光栅较高可将屏幕图形复制至胶片上，用于 制作幻灯片或正胶片。 由光栅或液晶的屏幕显示图形、图像 ，通常是比较廉价的显示设备，常用来做 人和机器交互的输出设备，其优点是价格 低、速度快、色彩鲜艳，且可以动态刷新 ，缺点是非永久性输出，关机后无法保留 ，而且幅面小、精度低、比例不准确，不 宜作为正式输出设备。 （一）屏幕显示 计算机屏幕显示地图 由于屏幕同绘图机的彩色成图原理有 着明显的区别，所以屏幕所显示的图形如 果直接用彩色打印机输出，两者的输出效 果往往存在着一定的差异。这就为利用屏 幕直接进行地图色彩配置的操作带来很大 的障碍。解决的方法一般是根据经验制作 色彩对比表，依次作为色彩转换

4、的依据。 （二）矢量绘图 矢量绘图机 矢量制图通常采用矢量数据方式输入，根据 坐标数据和属性数据将其符号化，然后通过制 图指令驱动制图设备；也可以采用栅格数据作 为输入，将制图范围划分为单元，在每一个单 元中通过点、线构成颜色、模式表示，其驱动 设备的指令依然是点、线。 矢量制图指令在矢量制图设备上可以直接实 现，也可以在栅格制图设备上通过插补，将点 、线指令转化为需要输出的点阵单元，其质量 取决于制图单元的大小。 （三）打印输出 打印输出一般是直接由栅格方式进行 的，可利用以下4种打印机。 行式打印机：打印速度快，成本低，通 常需要由不同的字符组合表示像元的灰度 值，精度太低，十分粗糙，且横

5、纵比例不 一，总比例也难以调整，是比较落后的方 法。 点阵打印机：用每个针打出一个像元点 ，可打印精美的、比例准确的彩色地图， 且设备便宜，成本低，速度与矢量绘图接 近，渲染图比矢量绘图均匀，便于小型地 理信息系统采用，主要的问题是幅面有限 ，大的输出图需要拼接。 喷墨打印机：较高档的点阵输出设备， 输出质量高、速度快，随着技术的完善与 价格的降低，以取代矢量绘图仪的地位， 成为GIS产品主要的输出设备。 激光打印机：一种既可用于打印又可用 于绘图的设备，其绘图的基本特点是高品 质、快速。是当今计算机图形输出的主流 形式。 喷墨绘图机 第二节、GIS输出产品类型 1.地图 地图是空间实体的符号

6、化模型，是地理信 息系统产品的主要表现形式，根据地理实体的 空间形态，常用的地图种类有点位符号图、线 状符号图、面状符号图、等值线图、三维立体 图、晕渲图等。 点位符号图在点状实体或面状实体的中心以 制图符号表示实体质量特征； 线状符号图采用线状符号表示线状实体的特 征； 面状符号图在面状区域内用填充模式表示区 域的类别及数量差异； 等值线图将曲面上等值的点以线划连接起来 表示曲面的形态； 三维立体图采用透视变换将产生透视投影使 读者对地物产生深度感并表示三维曲面的起伏 ； 晕渲图以地物对光线的反射产生的明暗使读 者对三维表面产生起伏感，到达表示立体形态 的目的。 普通地图 图像也是空间实体的

7、一种模型，它不 采用符号化的方法，而是采用人的直观视 觉变量（灰度、颜色、模式）表示各空间 位置实体的质量特征。 一般将空间范围划分为规则的单元， 然后再根据几何规则确定的图像平面的相 应位置用直观视觉变量表示该单元的特征 。 2.图象 正射影象地图 三峡库区三维模拟地图 非空间信息可采用统计图表表示。 统计图将实体的特征和实体间与空间 无关的相互关系采用图形表示，将与空间 无关的信息传递给使用者，使得使用者对 这些信息有全面、直观的了解。 统计图常用的形式有柱状图、扇形图 、直方图、折线图和散点图等。 3.统计图表 ARC/VIEW制作的统计表格与直方图 圆饼状统计图 直方统计图 GIS输出

8、的专题地图（以统计符号表示工农业产值） 可视化基本含义是将科学计算产生的 大量非直观的、抽象的或者不可见的数据 ，借助计算机图形学和图像处理等技术， 以图形图像信息的形式，直观、形象地表 达出来，并进行交互处理。 第三节、地理信息可视化 可视化一般原则 1、符号运用 空间对象以其位置和属性为特征。当 用图形图像表达空间对象时，一般用符号 位置来表示该要素的空间位置，用该符号 与视觉变量组合来显示该要素的属性数据 。 地图符号系统中的视觉变量包括形状 、大小、纹理、图案、色相、色值和彩度 。形状表征了图上要素类别。 2、颜色运用 地图中颜色的运用为地图增添特殊的魅力，一般条 件下制图者都会首选制

9、作彩色地图，其次才是黑白地图 。实际上地图中色彩的运用经常被误解与错用。地图制 作中运用色彩必须理解色彩的三个属性，色相、色值和 彩度。 色相：一种色彩得以与另一种色彩相区别的性质。 色值：一种颜色的亮度或暗度，黑色为低值，而白 色为高值。 彩度：又称为饱和度，指一种颜色的丰富程度或鲜 明程度。 色彩的配置方案主要通过色相、色值和彩度的综合 运用来表达不同制图对象的属性信息。 3、注记运用 每幅地图都需要用一定的文字或者注 记来标记制图要素，制图者把字体当作一 种地图符号，因为与点状、线状、面状符 号一样，字体也有多种类型。 字体在字样、字形、大小和颜色方面 变化多样。字样指的是字体的设计特征

10、， 而字形指的是字母形状方面的不同。 注记标注的基本要求：清晰性、可读 性、协调性和习惯性。 4、图面配置 图面配置是指图面内容的安排。 在一幅完整的地图上，图面内容包 括图廓、图名、图例、比例尺、指北针、 制图时间、坐标系统、主图、副图、符号 、注记、颜色和背景等内容。 一般情况下，图面配置应该主题突 出、图面均衡、层次清晰、易于阅读，以 求美观和逻辑的协调统一而又不失人性化 。 可视化表现形式 1、等值线显示 等值线又称等量线，表示在相当范围内 连续分布而且数量逐渐变化的现象的数量特 征。等高线是表示地面起伏形态的一种等值 线。它是把地面上高程相等的各相邻点所练 成的闭合曲线垂直投影在平面

11、上的图形。 明暗等高线法，原理是使每一条等高 线因受光位置不同而绘以黑色或者白色， 以加强其立体感。 等高线 粗细等高线 2、分成设色显示 分成设色法是在等高线的基础上根据 地图的用途、比例尺和区域特征，将等高 线划分一些层级，并在每一层级的面积内 绘上不同颜色，以色相、色调的差异表示 地势高低的方法。 该方法加强了高程分布的直观印象， 更容易判读地势情况，特别是有了色彩的 正确配合，使地图具有一定的立体感。 分层设色图 3、地形晕渲显示 晕渲法也称为阴影法，是用深浅不同 的色调表示地形起伏形态。 按光源的位置分直照晕渲、斜照晕渲 和综合光照晕渲；按色调分墨渲和彩色晕 渲。 晕渲法的基本思想是

12、：一切物体只有 在光的作用下才能产生阴影，才能显现得 跟清楚，才有立体感。 由DEM产生的地面晕渲图 4、剖面显示 剖面是指地面沿某一方向的垂直截面 （或断面），包含地形剖面图和地质剖面 图等。 地形剖面图是为了直观地表示地面上 沿某一方向地势的起伏和坡度的陡坡，以 等高线地形图为转绘成的。 地形剖面图 5、专题地图显示 专题地图，是在地理底图上，按照地图主 题的要求，突出、完善地表示与主题相关的一 种或几种要素，使地图内容专题化、形式各异 、用途专门化的地图。 专题地图有下列三个特点： 专题地图只将一种或几种与主题相关联的要素 特别完备而详细地显示，而其他要素的显示较 为概略，甚至不予显示。

13、 专题地图的内容广泛，主题多样。 专题地图不仅可以表示现象的现状及其分布， 而且能表示现象的动态变化和发展规律。 专题地图按照其内容要素的不同性质， 可以划分为自然地图、社会政治经济地图、其 他专题地图三个基本类型： 自然地图包括如地质图、地球物理图、地震图 地势图、地貌图、水文图和综合自然地理图等 。 社会政治经济地图包括政治行政区划图、交通 图、人口图、经济地图、旅游地图等。 其他专题用图主要在行业性较强的领域使用， 如物种分布图、疫情扩散趋势图等。 行政区划专题图 6、立体透视显示 GIS的立体透视显示可以实现多种地 形的三维表达，常用的包括立体等高线图 、线框透视图、立体透视图以及各种

14、地形 模型与图像数据叠加而形成的地形景观等 。 立体等高线模型 三维线框透视模型 地形三维表面模型 叠加河流网络后的三维模型三维模型 第四节、电子地图系统简介 电子地图是以地图数据库为基础，以 数字形式存贮于计算机外存贮器上，并能 在电子屏幕上实时显示的可视地图，又称 “屏幕地图”或“瞬时地图”。 根据电子地图存储介质的不同又可 分为“磁盘地图”或“光盘地图”等。 1.电子地图的主要优点： (1)电子地图数据库可包括图形、图像、文档、统计数 据等多种形式，也可与视频、音频信号相连，数据 类型与数据量的可扩展性比较强； (2)电子地图的检索十分方便，广泛的可操纵性，用户 界面十分友好； (3)信

15、息的存贮、更新以及通讯方式较为简便，便于携 带与交流； (4)可以进行动态模拟，便于定性与定量分析，具有较 强的灵活性； (5)可缩短大型系列地图集的生产周期和更新周期，降 低生产成本。 (6)与输出硬设备相连，可将电子地图上的多种信息制 成硬拷贝。 2.电子地图系统的运行环境 电子地图的硬件环境 电子地图软件系统 电子地图软件系统各功能模块的主要作用： （1）生成模块：生成模块包括多种地图制图、文 字编辑、图表生成、影像恢复、数据更新等功 能。 （2）分析模块：依据不同用户层次的具体要求而 设计，全面考虑电子地图的内容和用途，可设 置各种专用模块，或者设置定性分析、定量分 析、相关分析、动态

16、分析等功能。 （3）显示模块：包括检索方式、属性查询等功能 。一个完善的、用于信息服务的电子地图系统 应该与多媒体技术、超介质载体及地理信息系 统想联系。 虚拟现实（VR）是计算机产生的集视觉、 听觉、触觉等为一体的三维虚拟环境，用户借 助特定装备以自然方式与虚拟环境交互作用、 相互影响，从而获得与真实世界等同的感受以 及在现实世界中难以经历的体验。 随着三维信息的可得和计算机图形学技术的 发展，地理信息三维表示不仅追求普通屏幕上 通过透视投影展示的真实感图形，而且具有强 烈沉浸感的虚拟现实真立体展示日益成为主流 技术之一。 第五节、虚拟现实技术 虚拟现实技术场景图 VR基本特征包括多感知性、自主性 、交互性和临场性。 自主性指VR中的物体应具备根据物 理定律动作的能力； 交互性指对VR内物体的互操作程度 和从中得到反馈的程度。 现在一般把交互性、沉浸感和想象力 “3I”作为虚拟现实系统的基本特征。 虚拟现实技术工具 生成VR的方法技术简称VR技术。VR技术 强调身临其境感或沉浸感