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1、第第8章章 地理信息系统产品的输出设计地理信息系统产品的输出设计GISGIS产品的输出形式产品的输出形式GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计GISGIS的可视化与虚拟现实的可视化与虚拟现实lGIS的产品主要指经过数据处理和空间分析产生的可以供各专业人员或决策人员使用的各种地图、图表、图像、数据报表或文字说明等。lGIS输出的内容：空间数据属性数据lGIS产品的分类按载体的不同进行分类：常规地图和数字地图按输出内容形式可以分为：全要素地形图、各类专题地图、遥感影像地图和统计图表、数据报表等。第第1节、节、GIS产品的输出形式产品的输出形式一、GIS产品及其类型（一）按输出的载体类型分类1
2、.常规地图常规地图l通常是指印刷在纸张、塑料薄膜等材质载体上的地图，是GIS产品的重要输出形式。l主要是以线画、颜色、符号和文字等表示地形地物。2 2、数字地图、数字地图l种类：种类：屏幕地图，电子地图，动态地图l特点：特点：（1）信息存储量大、体积小、便于携带。（2）利用高分辨率的显示器实现地图的显示，提高地图的现实精度。（3）便于与遥感和GIS相结合，以及便于多层次信息的复合分析。（二）按输出内容和形式分类（二）按输出内容和形式分类(1)全要素地形图l指地形图，包括水系、地貌、植被、居民点、交通、境界、独立地物等内容。全要素地形图全要素地形图全要素地形图的内全要素地形图的内容包括水系、地貌
3、、容包括水系、地貌、植被、居民地、交植被、居民地、交通、境界、独立地通、境界、独立地物等。它们具有统物等。它们具有统一的大地控制、统一的大地控制、统一的地图投影和分一的地图投影和分幅编号，统一的比幅编号，统一的比例尺系统，统一的例尺系统，统一的编制规范和图式符编制规范和图式符号，属于国家基本号，属于国家基本比例尺地形图。它比例尺地形图。它们是编制各类专题们是编制各类专题地图的基础。地图的基础。各类专题地图各类专题地图（2 2）各类专题地图）各类专题地图专题地图定点符号法专题地图质别底色法专题地图分区图表法专题地图质别底色法遥感影像地图遥感影像地图（3 3）遥感影像地图）遥感影像地图（4）统计图
4、表与数据报表）统计图表与数据报表(1)统计图 统计图是将这些属性数据传递给用户。统计图的主要类型有柱状图、扇形图、直方图、折线图和散点图等。(2)数据报表 统计表格是详尽表示非空间数据的方法，它不直观，但可提供详细数据，可对数据再处理。统计图表举例统计图表举例二、网络地图和数字地图二、网络地图和数字地图lBaidu地图lGoogle MaplGoogle Earth百度地图百度地图第第2节节 GIS图形输出系统设计图形输出系统设计l地图的图形输出是GIS产品的主要表现形式，因此，GIS的图形输出设计直接关系到GIS产品输出的质量。l图形输出设计必然首先解决图形坐标系统、颜色模型与颜色空间的选择
5、。一、图形坐标系与颜色模型一、图形坐标系与颜色模型1 1 图形坐标系统图形坐标系统l 世界坐标系世界坐标系(world Coordinates System，简称WCS)也称为用户坐标系用户坐标系。一般由用户自己选定，与机器设备无关。我国1：50万和更大比例尺地形图采用的高斯-克吕格投影坐标系，小比例尺地图采用的各种特定投影坐标系、某些没有经纬网控制的地区图幅的局部坐标系等均是世界坐标系。l 大地坐标系(geodetic Coordinates System)是地理坐标系的一种。大地原点是大地坐标的起算点，一般由国家或地区选定。地坐标采用由大地测量方法决定的大地纬度(B)和大地经度(L)。 5
6、4北京坐标系：选定北京为坐标原点，根据该点推得的坐标。 80陕西坐标系：选定陕西省泾阳县永乐镇设立新的大地原点。（2）输出设备的物理坐标系）输出设备的物理坐标系l 在设计、描述图形对象时，用户使用的是对象所在的世界坐标系(用户坐标系)。在输出时，往往要使用与设备物理参数有关的设备坐标系(devlcecoordinates，简称DC)。l设备坐标系：是物理设备的输入输出(IO)空间。每一种图形设备都有其独有的坐标系，如图形显示器使用荧屏坐标系，其坐标原点大都在左上角；绘图机使用绘图坐标系，其坐标原点在板面的左下角等。l逻辑坐标系：为了方便图形的输出，在世界坐标系(WC)和设备坐标系(DC)之间定
7、义了一个与设备无关的规范化设备坐标系(normalized device coordinates，简称NDC)，这种坐标系的每一维坐标的取值范围可以为0，1，也可以是0到65535之间的整数。 2 颜色模型和颜色空间颜色模型和颜色空间l地图的表示用颜色、符号、注记等方法。（1）RGB表示，三基色定理红（R）绿（G）蓝（B）三色通过叠加形成一种混合色例如： 白色（R G B）= （100， 100 ，100） 黑色（R G B）=（0，0，0） R G B组成的立方体是非线性的，即两种颜色相近的程度不能简单地用欧氏距离来表示。 应用：应用：用于彩色监视器。青色(Cyan)、品红(Magenta,
8、也叫洋红)、黄色(Yellow)分别是红色、绿色和蓝色的补色，再加上黑色（Key）构成的颜色模型。这三种颜色是通过白光中消除或减去某种颜色来规定的。其它颜色可以通过这三种颜色的混合来得到。应用应用：在硬拷贝机中使用。（2 2）CMYKCMYK表示表示RGB和和CMYK颜色模式都是面向硬件的，而颜色模式都是面向硬件的，而HSV（Hue Saturation Value）颜色模型是面向用户的）颜色模型是面向用户的H（Hue)色度：反映颜色的分类，如纯红、品红；S (Saturation)饱和度：反映颜色的纯度，如纯红的饱和度比粉红的饱和度高。V(Value )亮度：反映颜色黑的程度，如白色的亮度比
9、黑色的亮度高用HSV表示后，最后还是转成RGB显示。应用：用于彩色监视器(遥感影像显示等) 。（3）HSV表示表示3.GIS3.GIS图形数据结构与数据库图形数据结构与数据库（1）二维矢量图形结构： 根据空间要素种类的不同，GIS中二维矢量图形结构可有不同的表达方式。 对于点状要素，可由一个表示其几何位置的坐标对表达； 对于线状要素则由一串坐标表示； 面状要素则由一个首尾相连的坐标串或多个坐标串表示。 符号和文字的位置可由几何中心点的坐标表示。（2）栅格图像数据结构 任何面状分布的对象都可以用栅格数据逼近。二、输出的几何变换二、输出的几何变换v二维图形变换v三维图形变换v地图投影变换 几何变换
10、就是如何实现从用户坐标系到荧屏坐标系的变换。变换类型包括：1 二维图形变换二维图形变换 二维图形的变换类型主要包括比例、旋转、平移、镜像、观察变换等。(1)比例变换：比例变换就是将平面上任意一点(x，y)的横坐标放大或缩小S11倍，纵坐标放大或缩小S22倍。(2)旋转变换：旋转变换就是将平面上任意一点绕原点旋转某一角度，一般规定逆时针方向为正，顺时针方向为负。(3)平移变换：平移变换平移变换是将平面上任意一点沿x方向移动tx，沿y方向移动ty 。(4)镜像变换 镜像变换就是将平面上的二维图形绕一直线ax+by+c=0对称变换。(5)漫游和缩放 就是把用户坐标系中指定窗口内的图形映射到荧屏上的视
11、图区的过程。实现对画面的漫游和缩放。 2 地图投影变换地图投影变换l 地图投影变换就是从一种地图投影变换为另一种地图投影。其实质是建立两平面之间及邻域双向连续点的一一对应关系。三、地形图与专题图的输出组织形式三、地形图与专题图的输出组织形式 计算机中的地图通常以图层进行组织，每一图层包含地图的一个不同部分。地图中的各种要素，如境界线、交通线、居民地等等，常放在不同图层中。图层是透明的，各图层叠加在一起构成完整的一幅地图。 1透明图层与影像图层 在统一的空间坐标系下，遥感影像也可以作为图层进行组织，可以与矢量图层进行叠合。2 专题图的符号系统专题图的符号系统专题图的符号取决于身体的位置，形状取决
12、于实体的质量或者数量特征。专题图的符号可分为：v点符号v线状符号v面状符号专题图的符号系统举例专题图的符号系统举例第三节第三节 GIS可视化与虚拟现实可视化与虚拟现实 l 可视化的概念首先在1987年由美国国家自然科学基金会员会图形图象专题组提出了科学计算可视化（visualization in scientific computing)，它研究如何将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转换成图形或图像信息，并可进行交互式分析。l 但是随着计算机技术，尤其是计算机图形学技术和图像处理技术的发展，一种动态的、交互式的地理信息系统可视化产品正在引起越来越多的关注，成为地理信息系统研究领域的热点之一
13、。l 纸质地图是地理信息系统的一种重要输出形式。毫无疑问，它是可视化的产品。l 虚拟现实技术是实现地理信息系统可视化的关键所在。一、三维空间图形模型一、三维空间图形模型模型是用来表示实际的或抽象的物体和现象。现实世界中的地理实体可以用形象的、直观的三维空间图形的模型加以表达。地理实体的模型就其复杂程度而言，可以分为三类：v线框模型v面模型v实体模型。1 线框模型使用直线、折线、曲线等物体的棱边来表示其形体特征。优点：简单，易于生成各种投影视图。缺点：无法给出物体的表面信息。2 面模型面模型是在线框模型的基础上增加了有关面与边的拓扑关系信息而得，主要使用多边形、曲面等物体的各个表面单位来表示形体特征。优点：具有丰富的形体信息。缺点：无法表示物体的实心还是空心，内外部信息等。3 实体模型实体模型常用多面体、球体等等基本体素，以及并、交、差等运算来描述物体。优点：信息完整。缺点：模型复杂。模型表示方法：v体素法v边界表示法v四叉树和八叉树二、数字高程模型的构造二、数字高程模型的构造1 网格表面构造2 隐藏线与隐藏面的消除 以上这些方法在输出形式上仅局限于打印输出或者显示在荧屏上。如果想通过视觉、听觉、触觉等方式输出，就必须通过虚拟现实技术来实现。
