搜索
第八章地理信息系统产品的输出设计第一节地理信息系统产品的输出形式第二节地理信息系统图形输出系统设计第三节地理信息系统的可视化与虚拟现实第一节GIS产品的输出形式1、GIS产品及其类型按输出的载体类型分类常规地图(纸张地图)指印刷在纸张、塑料薄膜等材质载体上的地图，是地理信息系统产品的重要输出形式。它主要是以线划、颜色、符号和注记等表示地形地物。数字地图：以计算机为存储和显示载体的地图形式数字地图的核心是以数字形式来记录和存储地图。与常规地图相比，数字地图有以下几个优点:(1)数字地图的存储介质是计算机磁盘、磁带等，与纸张相比，其信息存储量大、体积小，易携带。(2)数字地图是以计算机可以识别的数字代码系统反映各类地理特征，可以在计算机软件的支持下借助高分辨率的显示器实现地图的显示。(3)数字地图便于与遥感信息和地理信息系统相结合，实现地图的快速更新，同时也便于多层次信息的复合分析。电子地图的基本概念：即已经数字化了的地图。可以存储在数字存储介质上；可以显示在屏幕或打印输出；显示内容可以调整，并且地图连接数据库等。基本特征：1）交互性2）无级缩放3）无缝4）动态载负量调整5）多维化6）信息丰富化7）共享性8）具有基本的计算、统计和分析功能电子地图电子地图按输出的内容和形式分类l．全要素地形图全要素地形图的内容包括水系、地貌、植被、居民地、交通、境界、独立地物等。它们具有统一的大地控制、统一的地图投影和分幅编号，统一的比例尺系统(1：l万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万、1：100万)，统一的编制规范和图式符号，属于国家基本比例尺地形图(图8-1)。它们是编制各类专题地图的基础。2．各类专题图专题图是突出表示一种或几种自然或社会经济现象的地图。它主要由地理基础和专题内容两部分组成。从专题图内容或要素的显示特征来看，一般包括空间分布、时间变异以及数量、质量特征三个方面。专题图按照空间分布的点状、线状和面状分布大致有以下的一些表示方法:定点符号法、线状符号法、质别底色法、等值线法、定位图表法、范围法、点值法、分级比值法、分区图表法和动线法等(图8-2)。专题地图定点符号法举例专题地图质别底色法举例专题地图分区图表法举例专题地图点值法举例3．遥感影像地图随着遥感技术，特别是航天遥感技术的发展，遥感影像地图以成为地理信息系统产品的一种表达形式。遥感可以提供及时、准确、综合和大范围的各种资源与环境数据，成为地理信息系统重要数据源之一。同时，在将遥感图像进行纠正的基础上，按照一定的数学法则，运用特定的地图符号，结合表示地面特征的地图，可以将遥感图像编制成遥感影像地图。遥感影像地图具有遥感图象和地形图的双重优点。既包含了遥感图像的丰富信息内容，又保证了地形图的整饰和几何精度。遥感影像地图按其内容又可分为普通影像地图和专题影像地图。两者的主要区别在于:前者表示包括等高线等地形内容要素，后者主要反映专题内容。4．统计图表与数据报表在地理信息系统中，属性数据大约占数据量的80%左右。它们是以关系（表）的形式存在的，反映了地理对象的特征、性质等属性。属性数据的表示方法，可以采用前面所列的专题图的形式，同时还可以直接用统计图表和数据报表的形式加以直观表示。统计图表举例二、网络地图和数字地球1998年1月，美国副总统戈尔在加州科学中心做了题为《数字地球》的演讲。之后，数字地球引起了各国各部门以及众多专家学者的极大关注。戈尔认为，数字地球是一种能嵌入海量数据的多分辨率的真实地球的三维描述。由此可看出，数字地球的核心思想有两点:一是用数字化手段统一处理地球问题;二是最大限度地利用信息资源。可以说，用数字形式表达的真实地球的图形，即数字地图无疑将成为数字地球的基础。第二节GIS图形输出系统设计图形坐标系与颜色模型图形坐标系统；颜色模型与颜色空间；地理信息系统图形数据结构与数据库。输出的几何变换二维图形变换；三维图形变换；地图投影变换。地形图与专题图的输出组织形式透明图层与影像图层；专题图的符号系统。1.图形坐标系统(l)地球表面的世界坐标系与大地坐标系。世界坐标系(worldcoordinates，简称WC)，有时也称为用户坐标系。一般由用户自己选定，与机器设备无关。图形入库时所依据的就是这种坐标系。由于图形输出是面向用户的，因此图形输出时应当仍然采用用户所使用的坐标系。用户坐标空间一般为实数域，理论上是连续的，无限的。作业区的左下角的坐标值通常为非零值。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、小比例尺地图所采用的各种特定的投影坐标系、某些没有经纬网控制的地区图幅的局部坐标系等均是用户坐标系。大地坐标系(geoeticcoordinates)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。大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)。我国从1954年起选定北京某点为坐标原点，用精密天文观测的方法测定该点的天文纬度、天文经度和该点到附近另一点的天文方位角，并把它们分别视为该点的大地纬度、大地经度和大地方位角。其他地方所有控制点的坐标，均由北京原点为起始点测算，这种平面坐标系统，称为l954年北京坐标系。1980年改为在陕西省泾阳县永乐镇设立新的大地原点，根据该点推得的坐标，定名为1980年大地坐标系。(2)输出设备的物理坐标系与逻辑坐标系。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，往往便用与设备物理参数有关的设备坐标系(devicecoordinates，简称DC)。设备坐标系是物理设备的输入/输出门(I/O)空间。因此，设备坐标系又称为物理坐标系。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。早期的图形程序(或软件包)大多是在世界坐标系(用户坐标系)上绘图，然后直接映射到设备坐标空间(DC)显示输出，这就给设备的更换和软件的移植带来许多不便。为此，在世界坐标系(WC)和设备坐标系(DC)之间定义了一个与设备无关的规范化设备坐标系(normalizeddevicecoordinates，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。为了与物理坐标系相区别，这种坐标系又可称为逻辑坐标系。2.颜色模型与颜色空间RGB三原色叠加后的混合色，工业界的一种颜色标准，目前运用最广的颜色系统之一。Red(红):Green(绿):Blue(蓝)CMY/CMYK用于彩色印刷Cyan(青):Magenta(品红):Yellow(黄):blacK(黑)RGB任意色光F＝r[R]+g[G]+b[B]RGB色彩空间可用一个三维立方体来描述:CMY/CMYK从白光中减去某种颜色后的颜色彩色印刷中使用一些能够吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或颜料CMY空间与RGB空间互补在印刷术中常加一种真正的黑色,故CMY又写成CMYK绿青蓝品红黑黄减蓝减绿减红相减原色及其混合色3．地理信息系统图形数据结构与数据库P228(1)二维矢量图形结构(2)栅格图像数据结构2.2输出的几何变换在地理信息系统的输出过程中，如何实现从用户坐标系到荧屏坐标系的变换，这就涉及到几何变换问题。在此分别给出二维图形和三维图形的主要变换类型及其变换矩阵，以及我国常用地图投影的正反解变换公式。1.二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θ角，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三维图形绕一直线ax+by+c=0作对称变换。(5)观察变换。观察变换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图区的过程。通过修改窗口的位置和大小，就可以实现对画面的漫游和缩放。二维图形的几何变换比例变换SCALE旋转ROTATE平移MOVE镜像MIRROR观察变换PAN,ZOOM2.地图投影变换在地理信息系统中，各种地图图形的输出是其产品的主要表现形式。比例尺、投影和图例是地图必须具备的三项基本要素。所谓地图投影，就是建立平面上的点(用平面直角坐标或极坐标表示)和地球表面上的点(用纬度和经度表示)之间的函数关系，用数学式表达这种关系，就是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场之间及邻域双向连续点的一一对应的关系。下面介绍地图投影的类型和常用投影的正反解计算。地图投影类型。地图投影基本上可以依外在的特征和内在的性质进行分类。前者体现投影平面上经纬线投影的形状，具有明显的直观性;后者则是投影变形的实质。首先按照经纬线形状来分类，P230其次，按照变形特征来分类P230在我国，国家基本比例尺系列地形图（1：l万至1：50万）采用全球统一分带的高斯-克吕格投影，1:100万则采用正轨等角割圆锥投影(Lambert投影)，大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也采用了这一投影，少部分采用了斜轴等距离方位投影，中国全图多采用斜轴方位投影。(2)常用投影的正反解计算。在地理信息系统中，常需要将一种地图投影的坐标变换为另一种地图投影的坐标。投影变换通常采用三种方法:①解析变换法;②数值变换法;③数值-解析变换法。解析方法分为两种情况，即反解和正解。当需要将原图投影的直角坐标反算到地理坐标时，最常用的就是反解方法。而把地理坐标代入新图投影的公式，求得新图投影的直角坐标，即为正解。2.3地形图与专题图的输出组织形式1.透明图层与影像图层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。例如，第一个图层包含国家界线，第二个图层有表示各省会城市的符号，第三个图层由文本标注组成。将这些透明的图层叠加在一起就建立了一幅完整的地图。利用透明图层可以实现GlS数据的制作和管理，同时又不影响地图输出。MapInfo中利用layer表示图层;ARC/INFO中是用Coverage表示图层的。遥感影像也可以作为图层进行组织。同一幅地图的遥感影像经图像配准后，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位置取决于实体位置，形状取决于实体的质最或数最特征。专题图的符号可以分为点位符号、线状符号和面状符号。(1)点位符号。点位符号包括简单符号、结构符号、扩展符号和统计符号图（8-7)，根据制作方式又分为象形符号和规则符号。象形符号采用连接散点或信息块的方法。规则图形符号通常可以通过折线和圆弧连接而成，这些折线和圆弧可以用解析几何的数学规则计算出参数。(2)线状符号。铁路、公路、界线、堤坝等线状地物都采用线状符号表示(图8-9)，其特点是在两个点间除了趋势性的各种线划外，中间还有其他一些符号，这些线状符号可以用一组数学表达式描述(3)面状符号。面状符号一般由晕线、简单图形或象形图形作为填充符号，在制图区域的多边形内按一定方式配置组合而成。其中，晕线是面状符号的主要形式之一，因为由晕线组成的面状符号可以由不同方向、密度、强度和结构的晕线构成丰富多彩的图形，对于表示制图物体或现象的类别和数量特征具有很强的表现力。专题图的符号系统举例点符号线符号面符号地图注记的种类注记的字体、字级和颜色注记的排列和配置地图注记地图上的注记可分为名称注记、说明注记和数字注记三种。1）名称注记说明各种事物的专有名称，如居民点名称；2）说明注记用来说明各种事物的种类、性质或特征