《数字化成图技术若干理论基础ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字化成图技术若干理论基础ppt培训课件（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、地球科学与测绘工程学院,第二章 数字化成图的理论基础,由测量学知识我们知道，测量的主要工作是确定地面点之间的位置关系及高程，这种位置关系往往是采用坐标进行描述。通过上节内容学习，组成数字化测图的各种硬件（如绘图仪、扫描仪、数字化板等）也是利用坐标来进行相对位置的描述，但由于这些设备并非专门为测量设计，因此将这些设备用于数字化测图时就要进行坐标转换。 坐标转换的概念：所谓的坐标转换是指分析、求解不同坐标系统间的关系，建立坐标变换模型。在数字化测图软件开发中，它是一个重要内容，下面对几种常用的坐标转换进行研究。,2.1 概述,地球科学与测绘工程学院,2.1.1 测量坐标与屏幕坐标的转换,屏幕是进行
2、数字化测图常用的一个图形输出及编辑界面，它与测量坐标的定义方式如下图：,测量坐标一般以米为单位，取值与图幅范围有关；屏幕坐标以点阵为单位，取值大小与屏幕分辩率有关。其变换公式如下：,地球科学与测绘工程学院,为尺度比例系数；计算公式为：,在实际开发中，为了保证所选区域能显示在屏幕上且图形不变形，通常取 中较小的显示的共同K值。,地球科学与测绘工程学院,2.1.2 测量坐标与绘图坐标的转换,绘图仪是一种常用的图形输出设备，其坐标与和测量坐标系对照如下：,绘图坐标单位一般为脉冲当量（或称步长），多数字绘图仪为0.025mm或0.00098英寸。,地球科学与测绘工程学院,由上图可以得出两坐标系的变换公
3、式如下：,其中M为变换的比例系数。由测量坐标系的单位与绘图仪的坐标单位确定。,地球科学与测绘工程学院,2.1.3 通用线性变换,坐标数据的变换是空间数据处理的基本内容，它是将地理实体从一个坐标系转换为另一个坐标系，以建立其间的对应关系。,地球科学与测绘工程学院,1 平移变换坐标变换矩阵和齐次坐标,地球科学与测绘工程学院,比例变换,地球科学与测绘工程学院,地球科学与测绘工程学院,地球科学与测绘工程学院,组合变换多个基本变换组合的复杂变换称组合变换。组合变换实际上是多个基本变换的连乘。矩阵乘不符合交换律，组合变换必需注意变换循序。如下组合变换表示先将图形旋转，再进行平移。,地球科学与测绘工程学院,
4、地球科学与测绘工程学院,2.1.4 图幅定向,在内业数字化成图中，为了便于数字地图的使用，往往在数字地图中储存地物、地貌点的空间坐标系坐标。而我们所采集的点是基于数字化板或数字影像图的坐标，这样就要建立一种数字化坐标与测量坐标对应关系的数学模型式。 图幅定向就是通过采集多个（一般为3个以上）共同点，分别获取这些点的数字化坐标和测量坐标，从而建立两坐标系间的变换关系。有时也称这一工作为“图形定向”。 图幅定向的作用：1、实现数字化坐标与测量坐标的转换2、消除部分图纸变形误差 一般测量中，通常采用双线性方程进行图形定向，在一些软件内为了削弱变换误差的影响，还采用高次方程的进行参数解算。因此有时也称
5、为图幅纠正，也叫几何纠正。,地球科学与测绘工程学院,几何纠正图形编辑可消除数字化产生的错误，但无法纠正图纸变形等误差。几何纠正是实现数字化数据的坐标转换和图纸变形的误差纠正。常用的几何纠正方法有高次变换、二次变换和仿射变换。仿射变换是使用最多的一种几何变换。,地球科学与测绘工程学院,仿射变换方程为：x = a1x + a2y + a3y = b1x + b2y + b3a1、 a2、 a3 、b1、 b2、 b3为待定系数理论上只要不在一条直线上的3个控制点坐标值和理论值，即可求得带定系数。实际上用4个以上控制点，通过最小二乘法进行处理，以提高处理精度。误差方程为： Ex = X (a1x +
6、 a2y + a3）Ey = Y ( b1x + b2y + b3)X ，Y为已知理论值，求误差最小。,地球科学与测绘工程学院,2.2 图形的编辑,2.2.1 弧段和多边形的外接矩形弧段坐标链中最大最小值Xmin Ymin Xmax Ymax 组成的矩形称该弧段的外接矩形。多边形坐标链中最大最小值Xmin Ymin Xmax Ymax 组成的矩形称该多边形的外接矩形。,地球科学与测绘工程学院,外接矩形的 应用引入外接矩形可大大提高弧段求交、多边形求交速度。判断外接矩形相交的逻辑表达式为：( Xmin X1min Xmax ) AND ( Ymin Y1min Ymax ) OR ( Xmax
7、X1max Xmax ) AND ( Ymax Y1max Ymax )其中, Xmin， Ymin ， Xmax， Ymax ；X1min，Y1min ， X1max， Y1max 分别为两个外接矩形。,地球科学与测绘工程学院,2.2.2 点、线、面的捕捉和判断1) 点的捕捉设图幅上有一点A（x,y）,要捕捉该点可设定一捕捉半径D（通常为几个象素），当你选择点S（x,y）离A点距离小于D，认为，捕捉A点成功。实际中为避免作平方运算，常把捕捉区域设定成矩形。判断捕捉该点的逻辑表达式为：( Xmin Sx Xmax ) AND ( Ymin Sy Ymax ),地球科学与测绘工程学院,2) 线的
8、捕捉从理论上说，光标点坐标S（x,y）到弧段的各直线段之间距离d1,d2,d3中如有一个距离di满足di (2) 两个端点均在窗口边界线外同侧，如下图b、c线段全部落在窗口外，是完全不可见的，应予以舍弃。 (3) 一个端点在窗口内，另一个端点落在窗口外。如下图d线段，是部分可见的，求出交点。得到在窗口内的可见部分。 (4)线段的两个端点均不在窗口内，但不处于窗口边界线外同侧，这时有可能是部分可见的(如下图e线段)，也有可能是完全不可见的(如下图f线段)。,地球科学与测绘工程学院,返回,地球科学与测绘工程学院,二、 CohenSutherland裁剪算法CohenSutherland裁剪算法就是
9、按直线求交算法的思路来对线段进行裁剪的。并且在判断线段的两端点相对于矩形窗口的位置上，巧妙地运用了编码的思想，因此，也称为编码裁剪算法。 首先，如下图所示，延长窗口的四条边界线，将平面划分成9个区域，然后，用四位二进制数CtCbCrCl对这9个区域进行编码，编码规则如下：,地球科学与测绘工程学院,线段端点的区域编码,地球科学与测绘工程学院,第1位Cl：当线段的端点在窗口的左边界之左时，该位编码为1，否则，该位编码为0。 第2位Cr：当线段的端点在窗口的右边界之右时，该位编码为1，否则，该位编码为0。 第3位Cb：当线段的端点在窗口的下边界之下时，该位编码为1，否则，该位编码为0。 第4位Ct：
10、当线段的端点在窗口的上边界之上时，该位编码为1，否则，该位编码为0。即,地球科学与测绘工程学院,其算法步骤可描述如下： 步骤1：根据上述编码规则，对线段的两个端点进行编码，若该线段的一端点位于图6中的某一区域，则将该区域的编码赋予此点，若端点在窗口边界线上，则用窗口内的编码。 步骤2：根据线段两端点的编码：判断相对于窗口的位置关系，从而决定对线段如何剪取。 （1）先求出P1P2的编码code1，code2，若code1=0，且code2=0，说明线段完全位于窗口内，是完全可见的。于是显示此线段。,地球科学与测绘工程学院,(2) 两端点编码逻辑与不为0时，即code1&code20，则说明两个端
11、点同在窗口的上方、下方、左方或右方，即线段的两个端点位于窗口外同恻，此线段完全位于窗口外，是完全不可见的，于是全部舍弃，不显示此线段。例如，线段（b）的两端点编码为1001和0001，其逐位逻辑与不为0，因此是不可见的。,地球科学与测绘工程学院,(3) 两端点编码逐位逻辑与为0时，说明此线段或者部分可见，或者完全不可见。如图6中的线段（e）和线段（f）的端点编码均为0001和0100，但是线段（e）是部分可见的，而线段（f）是完全不可见的，因此，此时需要要计算出该线段与窗口某一边界线或边界线的延长线的交点，在交点处把线段一分为二，对分成的两直线段继续采用编码方法判断，其中必有一段在窗口外，可弃之，再对另一段重复上述处理，直到找到完全在窗口内的那段直线，裁剪结束。,
