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地理信息系統課程培訓8.ppt

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第八章 地理信息系統產品輸出設計第一節 地理信息系統產品的輸出形式第二節 地理信息系統圖形輸出系統設計第三節 地理信息系統可視化與虛擬現實第一節 GIS產品輸出形式 地理信息系統產品輸出是按用戶能理解的形式或能夠傳送到其它計算機并能立即使用的形式表示數據處理結果這樣一種操作過程。 人們能理解的共同形式(有時叫做兼容輸出)是地圖、圖形、表格等;計算機兼容的形式是能讀入其他計算機系統的磁盤、磁帶等記錄形式,還包括某些通訊網、電話線、無線電話連接設施等電子傳輸形式。一、GIS產品基本概念 是指由系統處理、分析、可以直接提供研究、規劃和決策人員使用的產品,其形式有地圖、圖象、統計圖表以及各種格式的數字產品等,是系統中數據的表現形式。1、地圖 GIS中圖形的輸出的主要形式,是空間實體的符號化模型。具有以下特征:(1)采用特殊數學法則產生的可量測性:采用地圖投影、比例尺和定向將地球表面的實體投影到二維平面并制成各種分幅的地圖。(2)使用符號化模型產生的直觀性:用顏色、尺寸、大小等表示點狀符號、線狀符號、面狀符號。(3)采用制圖綜合產生的一覽性:制圖綜合對實體質量特征進行分類分級,對次要的實體或實體特征進行選取概括,使得反映的地理現象主次分明確切地表示出各要素間相互關系,更易于理解事物本質和規律。二、 GIS產品類型第一節 GIS產品輸出形式2、圖像 GIS中圖形的輸出的另一種形式,它也是空間實體的一種模型,其特點為:(1)不用符號化方式,而是采用人的直觀視覺變量如色、灰度、模式表示空間實體的質量特性。(2)通常將空間劃分為規則的單元,并賦予視覺變量。3、統計圖表 統計圖表用以表示非空間信息。統計圖與地圖綜合使用,形成以統計符號表示的專題圖。4、其它 數字地圖等。第一節 GIS產品輸出形式三、地理信息系統產品的輸出設備硬件 打印機(字符/圖形)、繪圖機、顯示屏、膠片記錄儀等。根據圖形設備輸出形式可以將其劃分為矢量制圖設備和柵格制圖設備,即矢量制圖和柵格制圖。軟件 GIS具有一系列產品輸出軟件:包括圖形(圖象、圖表)輸出、外部轉換、符號設計三部分。輸出軟件應有好的用戶界面,如采用菜單、窗口、圖符(icon)等技術。 第一節 GIS產品輸出形式四、主要產品介紹1、常規地圖(1)全要素地圖指地形圖,包括水系、地貌、植被、居民點、交通、境界、獨立地物等內容。第一節 GIS產品輸出形式(2)各類專題地圖專題地圖定點符號法專題地圖質別底色法第一節 GIS產品輸出形式專題地圖分區圖表法專題地圖質別底色法第一節 GIS產品輸出形式(3)遙感影像地圖第一節 GIS產品輸出形式(4)統計圖表與數據報表(1)統計圖 統計圖是將這些屬性數據傳遞給用戶。統計圖的主要類型有柱狀圖、扇形圖、直方圖、折線圖和散點圖等。(2)數據報表 統計表格是詳盡表示非空間數據的方法,它不直觀,但可提供詳細數據,可對數據再處理。第一節 GIS產品輸出形式統計圖表舉例第一節 GIS產品輸出形式2、數字地圖種類:屏幕地圖,電子地圖,動態地圖特點:(1)信息存儲量大、體積小、便于攜帶。(2)利用高分辨率的顯示器實現地圖的顯示,提高地圖的現實精度。(3)便于與遙感和GIS相結合,以及便于多層次信息的復合分析。第一節 GIS產品輸出形式第二節 GIS圖形輸出系統設計 一、基本理論(1)世界坐標系與大地坐標系 世界坐標系(world Coordinates,簡稱WC),也稱為用戶坐標系。一般由用戶自己選定,與機器設備無關。 大地坐標系(geodetic Coordinates)是地理坐標系的一種。大地原點是大地坐標的起算點,一般由國家或地區選定。大地坐標采用由大地測量方法決定的大地緯度(B)和大地經度(L)。 54北京坐標系:選定北京為坐標原點,根據該點推得的坐標。 80陜西坐標系:選定陜西省涇陽縣永樂鎮設立新的大地原點。1 圖形坐標系統第二節 GIS圖形輸出系統設計(2)輸出設備的物理坐標與邏輯坐標系 在設計、描述圖形對象時,用戶使用的是對象所在的世界坐標系(用戶坐標系)。在輸出時,往往要使用與設備物理參數有關的設備坐標系(devlcecoordinates,簡稱DC)。設備坐標系:是物理設備的輸入輸出(I/O)空間。每一種圖形設備都有其獨有的坐標系,如圖形顯示器使用熒屏坐標系,其坐標原點大都在左上角;繪圖機使用繪圖坐標系,其坐標原點在板面的左下角等。邏輯坐標系:為了方便圖形的輸出,在世界坐標系(WC)和設備坐標系(DC)之間定義了一個與設備無關的規范化設備坐標系(normalized device coordinates,簡稱NDC),這種坐標系的每一維坐標的取值范圍可以為[0,1],也可以是0到65535之間的整數。 第二節 GIS圖形輸出系統設計(1)RGB表示,三基色定理紅(R)綠(G)藍(B)三色通過疊加形成一種混合色例如: 白色(R G B)= (100, 100 ,100) 黑色(R G B)=(0,0,0) R G B組成的立方體是非線性的,即兩種顏色相近的程度不能簡單地用歐氏距離來表示。應用:用于彩色監視器。2 顏色模型和顏色空間地圖的表示用顏色、符號、注記等方法。第二節 GIS圖形輸出系統設計H(Hue)色度:反映顏色的分類,如純紅、品紅;L (Light)亮度:反映顏色黑的程度,如白色的亮度比黑色的亮度高S (Saturation)飽和度:反映顏色的純度,如純紅的飽和度比粉紅的飽和度高。用HLS表示后,最后還是轉成RGB顯示。應用:用于彩色監視器(遙感影像顯示等) 。(2)HLS表示第二節 GIS圖形輸出系統設計青色(C)、品紅(M)、黃色(Y)分別是紅色、綠色和藍色的補色。這三種顏色是通過白光中消除或減去某種顏色來規定的。其它顏色可以通過這三種顏色的混合來得到。應用:在硬拷貝機中使用。(3)CMY表示第二節 GIS圖形輸出系統設計二、輸出的幾何變換二維圖形變換三維圖形變換地圖投影變換 幾何變換就是如何實現從用戶坐標系到熒屏坐標系的變換。變換類型包括:第二節 GIS圖形輸出系統設計 二維圖形的變換類型主要包括比例、旋轉、平移、鏡像、觀察變換等。(1)比例變換:比例變換就是將平面上任意一點(x,y)的橫坐標放大或縮小S11倍,縱坐標放大或縮小S22倍。(2)旋轉變換:旋轉變換就是將平面上任意一點繞原點旋轉某一角度,一般規定逆時針方向為正,順時針方向為負。(3)平移變換:平移變換平移變換是將平面上任意一點沿x方向移動tx,沿y方向移動ty 。1 二維圖形變換第二節 GIS圖形輸出系統設計(4)鏡像變換 鏡像變換就是將平面上的二維圖形繞一直線ax+by+c=0對稱變換。(5)漫游和縮放 就是把用戶坐標系中指定窗口內的圖形映射到熒屏上的視圖區的過程。實現對畫面的漫游和縮放。第二節 GIS圖形輸出系統設計2 三維圖形變換 三維空間的點可以用齊次坐標系表示:[Hx Hy Hz H],其中H不等于0。若H=1,則為規范齊次坐標。三維圖形變換過程 使用齊次坐標后,首先對圖形進行平移變換和比例變換,再進行平行投影,可實現三維圖形變換。3 地圖投影變換 地圖投影變換就是從一種地圖投影變換為另一種地圖投影。其實質是建立兩平面之間及鄰域雙向連續點的一一對應關系。第二節 GIS圖形輸出系統設計三、地形圖與專題圖的輸出組織形式 計算機中的地圖通常以圖層進行組織,每一圖層包含地圖的一個不同部分。地圖中的各種要素,如境界線、交通線、居民地等等,常放在不同圖層中。圖層是透明的,各圖層疊加在一起構成完整的一幅地圖。 1.透明圖層與影像圖層 在統一的空間坐標系下,遙感影像也可以作為圖層進行組織,可以與矢量圖層進行疊合。第二節 GIS圖形輸出系統設計2 專題圖的符號系統專題圖的符號取決于身體的位置,形狀取決于實體的質量或者數量特征。專題圖的符號可分為:點符號線狀符號面狀符號常見的面狀符號 常見的線狀符號 常見的點狀符號 第二節 GIS圖形輸出系統設計專題圖的符號系統舉例點符號線符號面符號第三節 GIS可視化與虛擬現實 可視化的概念首先在1987年由美國國家自然科學基金會員會圖形圖象專題組提出了科學計算可視化(visualization in scientific computing),它研究如何將科學計算過程中及計算結果所產生的數據轉換成圖形或圖像信息,并可進行交互式分析。 但是隨著計算機技術,尤其是計算機圖形學技術和圖像處理技術的發展,一種動態的、交互式的地理信息系統可視化產品正在引起越來越多的關注,成為地理信息系統研究領域的熱點之一。 紙質地圖是地理信息系統的一種重要輸出形式。毫無疑問,它是可視化的產品。 虛擬現實技術是實現地理信息系統可視化的關鍵所在。第三節 GIS可視化與虛擬現實一、三維空間圖形模型模型是用來表示實際的或抽象的物體和現象?,F實世界中的地理實體可以用形象的、直觀的三維空間圖形的模型加以表達。地理實體的模型就其復雜程度而言,可以分為三類:線框模型面模型實體模型。第三節 GIS可視化與虛擬現實1 線框模型使用直線、折線、曲線等物體的棱邊來表示其形體特征。優點:簡單,易于生成各種投影視圖。缺點:無法給出物體的表面信息。2 面模型面模型是在線框模型的基礎上增加了有關面與邊的拓撲關系信息而得,主要使用多邊形、曲面等物體的各個表面單位來表示形體特征。優點:具有豐富的形體信息。缺點:無法表示物體的實心還是空心,內外部信息等。第三節 GIS可視化與虛擬現實3 實體模型實體模型常用多面體、球體等等基本體素,以及并、交、差等運算來描述物體。優點:信息完整。缺點:模型復雜。模型表示方法:體素法邊界表示法四叉樹和八叉樹第三節 GIS可視化與虛擬現實二、數字地形模型的構造1 網格表面構造2 隱藏線與隱藏面的消除 以上這些方法在輸出形式上僅局限于打印輸出或者顯示在熒屏上。如果想通過視覺、聽覺、觸覺等方式輸出,就必須通過虛擬現實技術來實現。第三節 GIS可視化與虛擬現實三、虛擬現實的設計與實現虛擬現實技術的特征:立體感的視覺效果存在感多感知性閉環交互方式動態顯示第三節 GIS可視化與虛擬現實1 真實感圖形與紋理貼圖2 光線模型和光線跟蹤3 視差原理與體視圖的生成4 VRML結構與虛擬現實的實現方法虛擬現實的關鍵技術第三節 GIS可視化與虛擬現實1、掌握地理信息系統產品的類型(4種)2、理解虛擬現實技術需要掌握的主要內容
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