GIS的输出与地图可视化

中国地质大学江城学院第十二章GIS的输出与地图可视化第十二章GIS的数据输出与地图可视化•12.1GIS的输出•12.2地图符号•12.3专题信息表达•12.4电子地图•12.5空间信息可视化•12.6计算机地图出版系统地理信息系统产品输出是按用户能理解的形式或能够传送到其它计算机并能立即使用的形式表示数据处理结果这样一种操作过程。人们能理解的共同形式（有时叫做兼容输出）是地图、图形、表格等；计算机兼容的形式是能读入其他计算机系统的磁盘、磁带等记录形式，还包括某些通讯网、电话线、无线电话连接设施等电子传输形式。GIS输出产品：是指由系统处理、分析、可以直接提供研究、规划和决策人员使用的产品，其形式有地图、图象、统计图表以及各种格式的数字产品等，是系统中数据的表现形式。一、GIS的输出喷墨绘图仪矢量绘图仪高分辨率彩显打印机胶片输出仪虚拟现实与仿真系统产品输出软件系统解决方案普通地图专题地图影像地图统计报表三维数字模型或虚拟环境决策方案•地图•图像•统计表•三维多媒体虚拟现实•地理信息系统产品的类型主要有普通地图、专题地图、影像地图、统计报表、三维数字模型、三维虚拟地图、决策方案等。普通地图：普通地图包括静态显示和动态显示的普通地图和晕渲地图（下图，左为晕宣图，右为线化图）。可提供布局合理、比例适当、负载平衡、符号化明确、图例正确、易于出版印刷等地图产品。普通地图输出专题地图：表示与某一主题有关内容的地图，按照地图主题的要求，只表示与主题有关的一种或几种要素。按照内容可以分为三大类：自然地图、社会人文地图和其他专题地图。（1）房产地图（2）分区地图（3）道路交通地图（4）统计专题地图输出方式图形：矢量地图、栅格地图、全要素地图、专题地图、等高线图、透视图、立体图及地学分析图等。数据报表或文字报告：表格、清单及查询报告。数字数据：存储在磁盘、磁带或光盘中的各种图形、图像或测量、统计数据。格式多样化。•1、按分类码显示制图•可根据地物的分类码查询检索显示制图分类码专题制图专题地图可根据专题属性进行显示和制图。主要方法有：•2、按计算量测值显示制图•可根据地物的计算量测值显示制图。如计算的人口密度、建筑密度等。•3、按整数属性值分色显示制图可根据地物的整数属性值分色值显示制图。如森林覆盖类型、道路等级等。整数属性值分色值显示制图•4、按数值分类显示制图某些数值可按一定的区间进行分组、分类显示制图。数值分类显示制图•5、分类统计显示某些数值可先进行统计，然后将统计结果进行显示制图。•三、影像地图影象地图包括正射影像图、栅格地图、分类渐进色彩显示的地图和多光谱影像图等。•1、正射影像图遥感影像经几何纠正处理后，得到正射影像图。•2、栅格地图空间数据分类的栅格化显示、扫描地图、网格观测数据等可通过栅格地图显示制图。•3、分类渐进色彩显示的地图一些观测结果，如污染程度、温度分布等可通过分类渐进色彩显示进行制图。•4、按光谱显示制图遥感影像或观测的多属性值可按光谱或分层显示制图。•四、统计报表输出统计报表是GIS的常见输出形式。可输出各种类型的统计图、统计表。•五、三维模型和虚拟环境三维模型提供GIS分析结果的虚拟数字产品，如数字高程模型、数字景观模型、数字城市模型、三维仿真地图、数字管线模型等（图16-14）。虚拟环境是基于三维虚拟现实与仿真系统，提供的三维虚拟场景。（1）数字高程模型（2）数字景观模型（4）数字管线模型（3）三维仿真地图（5）数字城市模型三维虚拟场景•六、决策方案•地理信息系统的决策支持分析的的结果往往以地图和报表的结合形式输出。如选址分析、拆迁分析、路径分析、资源分配分析等。选址分析决策方案输出12.1.2GIS的图形输出设备•图形输出设备：实施地图数据到图形转换的设备。•分类：矢量型设备：笔式绘图仪栅格型设备：光栅扫描显示器、点阵式打印机、静电绘图机、喷墨绘图机及激光照相机。12.1.2GIS的图形输出设备•硬件–笔式绘图仪–光栅扫描显示器–点阵式打印机–静电绘图仪–激光照排机–喷墨绘图仪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像地图等各类精致地图制品。高分辨彩显屏幕像元点阵一般实时显示GIS的各类图形、图像产品。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。12.1.2GIS的图形输出设备第十二章GIS的数据输出与地图可视化•GIS的输出地图符号•专题信息表达•电子地图•空间信息可视化•计算机地图出版系统二、地图符号–地图符号的实质是以约定关系为基础，用一种视觉形象图形来代指事物的抽象概念。–例如，黑色代表居民地、独立地物，蓝色代表水系，棕色代表地貌，绿色代表森林，河流用由细到粗的渐变线表示等。12.2.1地图符号的实质12.2.2地图符号的分类1.按符号的图形特征可分为：点符号线状符号面状符号常见的面状符号常见的线状符号常见的点状符号符号系统举例：点符号线符号面符号2.按符号和所表示对象的比例关系可分为：依比例符号大多为面状半依比例符号大多为线状不依比例符号大多为点状3.按符号所表示制图对象的地理特征量度可分为：定性符号定量符号等级符号参见第3节：专题信息表达12.2.3地图符号的设计要求1.符号要简明、形状要图案化2.符号应有概括性和表现力3.符号应有独立性和逻辑系统性4.符号色彩要有象征性5.符号总体要有艺术性第十二章GIS的数据输出与地图可视化•GIS的输出•地图符号专题信息表达•电子地图•空间信息可视化•计算机地图出版系统专题地图的基本特征：•只显示一种或几种与主题相关联的要素•内容更加广泛多样•不仅可以表示现象的现状分布，而且能表示现象的动态变化和发展规律专题地图的构成：•数学要素：坐标网、比例尺和地图定向等•专题要素：专题地图内容的主题•地理底图要素：描述区域地理状况的水系、居民地、交通网、地貌、土质、植被及境界等要素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专题地图的表示方法：定点符号法、线状符号法、质底法、等值线法、定位图表法、范围法、点数法和运动线法。中国地质大学江城学院输出图面设计中国地质大学江城学院•piechart•bar/columnchart•stackedchart第十二章GIS的数据输出与地图可视化•12.1GIS的输出•12.2地图符号•12.3专题信息表达•12.4电子地图•12.5空间信息可视化•12.6计算机地图出版系统中国地质大学江城学院电子地图是以地图数据库为基础，以数字形式存贮在外存贮器上，并能在屏幕上快速显示的可视地图。快速、动画显示；生产周期短；检索十分方便；编辑修改容易；动态模拟；通讯传送简便；量测自动化。电子地图的主要特点是：电子地图的应用1）导航和智能运输系统（车载系统）2）电子地图资料库3）提供网络地图随着信息社会的到来，将大量使用电子地图，电子地图生产已成为一热门行业，因此，在国外已出现著名的电子地图供应商。第十二章GIS的数据输出与地图可视化•12.1GIS的输出•12.2地图符号•12.3专题信息表达•12.4电子地图•12.5空间信息可视化•12.6计算机地图出版系统12.5空间信息可视化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（visualizationinscientificcomputing)，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。纸质地图、电子地图是地理信息系统的重要输出形式。毫无疑问，它们是可视化的产品。①从GIS数据库中检索出的要素、特征及定位信息②预处理从符号库读取符号信息③符号化从字符库读取汉字及字符信息④地图输出色彩库色彩信息空间数据可视化的过程：中国地质大学江城学院虚拟现实技术是实现地理信息系统动态可视化的关键所在。虚拟现实技术的特征：立体感的视觉效果、存在感、多感知性、闭环交互方式、动态显示。•地理空间数据可视化技术技术是GIS输出成果形式表达的重要技术。是现代计算机图形、图象显示技术、数字建模技术与GIS技术结合发展的结果。使用这种技术的GIS也称为虚拟GIS（VR-GIS）。12.5.1可视化的概念•可视化本意即是变成可被视觉所感知。在人脑中形成对某物（人）的图象，是一个心理过程，目的是促使对事物的观察力及建立概念等。•一、科学计算可视化科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它不仅包括科学计算数据的可视化，而且包括工程计算数据的可视化，它的主要功能是从复杂的多维数据中产生图形，也可以分析和理解存入计算机的图像数据。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。它主要基于计算机科学的应用目的提出的，它侧重于复杂数据的计算机图形。•二、空间信息的可视化•空间信息可视化是一个全新的概念，可解释为，空间信息可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示并进行交互处理的理论、方法和技术。•也可以说，空间信息可视化是科学计算可视化在地学领域的特定发展。•空间信息可视化主要形式有：•1、数字地图：主要类型有：–（1）虚拟地图，在计算机屏幕上产生的地图。–（2）动态地图，由于地学数据存储于计算机内存，可以动态显示地学数据的不同角度的观察，不同方法的表示结果，或者随时间的变化结果。–（3）交互交融地图，是指人可与地图进行相互作用和信息交流。交互即相互改变显示行为，交融即投入感和沉浸感。•2、多媒体地图（超地图）：综合、形象地表现空间信息的使用文本、表格、声音、图像、图形、动画、音频、视频各种形式逻辑地联接并集成为一个整体概念，是空间信息可视化的重要形式。各种多媒体形式能够形象、真实地表示空间信息某些特定方面，作为全面地表示空间信息的不可缺少的手段。•3、三维仿真地图：三维仿真地图是基于三维仿真和计算机三维真实图形技术而产生的三维地图，经具有仿真的形状、光照、纹理……，也可以进行各种三维的量测和分析。•4、虚拟现实：虚拟现实是空间信息可视化进一步研究和发展的新方式。它是由计算机和其它设备如头盔、数据手套等组成的高级人--机交互系统，以视觉为主，也结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境，使人们有如进入真实的地理空间环境之中并与之交互作用。12.5.2可视化的技术方法•一、地图可视化的概念化模型•根据1991年Taylor的地图视觉化的概念化模型描述（图17-1），将地图学理论原则放在三角形的底边，认知和传输为等边三角形的另两边，连接处在三角形中心的可视化，并认为认知和传输为目的的地图可视化构成了现代地图学的主要内容。计算机技术，尤其是计算机图形图像显示技术，提供了可视化的技术支撑。1994年他增加了动态和交互作用为可视化的主要特征。可视化动态与交互作用地图学理论与原则新计算机技术新多媒体技术认识与分析可视与步可视传输地图视觉化的概念化模型•二、可视化的技术方法•尽管近几年三维可视化技术成为了GIS的研究热点，并逐步向虚拟GIS方向发展，其应用领域涉及数字地球、数字流域、数字城市、乃至数字小区，但为了提高三维漫游和交互操作的速度、以及三维建模的质量，还需要设计更合理的数据结构与算法来管理和融合多源、多尺度、多分辨率的空间数据，以适应GIS可视化的需求。这一需求，对数据库管理技术、空间索引技术、并行计算技术、复杂模型简化技术、计算机的性能等均提出了较高的要求。而且在与GIS结合方面，目前仍没有形成一种通用的方法来连接GIS数据。•多媒体技术和虚拟现实技术是实现地图可视化的主要技术方法。在网络GIS时代，因特网技术被认为是功能比多