光柵立體地圖的制作技術與方法

申怡

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.047

摘 要：相對傳統印刷品，光柵立體地圖其更具視覺沖擊力和吸引力，深受廣大讀者歡迎。該文對如何應用光柵技術顯示立體地圖進行了探討，介紹了光柵立體圖的成像和制作原理，講解了一種將光柵技術應用到立體地圖的方法，詳述了光柵立體地圖制作的關鍵技術和制作方法。

關鍵詞：光柵 立體地圖 制作方法

中圖分類號：P209 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0047-02

立體印刷作為印刷工藝的一種特殊應用， 它把光柵板折射分像技術與印刷技術融合在一起， 使平面印刷圖像呈現出三維立體視覺感。將立體光柵技術應用到廣告、風景畫、名片等方面已經很成熟。光柵板立體印刷應用于立體地圖的制作，具有攜帶方便，易于儲存的優點，且無需配戴輔助的立體顯示系統，即可獲得實體立體地圖的視覺效果，并可供多人同時觀賞。若結合各類遙感影像，更可提供豐富的地景視覺，有利于地形、地物之研判。相對于傳統印刷品，光柵立體地圖其更具視覺沖擊力和吸引力，深受廣大讀者歡迎。

1 光柵立體圖的成像和制作原理

光柵成像的視覺原理是根據透鏡折射實現圖像的立體再現。光柵是由許多柱面透鏡組成的透明塑料板（片），其表面的光柵線條由許多結構參數和性能完全相同的小半圓柱透鏡線性排列組成，其背面是平面，為柱透鏡元的焦平面，每個柱透鏡元相當于匯聚透鏡，起聚光成像的作用。因此，可以利用在不同視點上獲取的二維影像來重建原空間物體的三維模型。用它制作的立體圖像不需要立體眼鏡就能正常觀看。

光柵立體圖的制作原理是將影像不同視圖在軟件的幫助下被分成條狀，然后交錯排列，形成立體圖像序列；這些有序列的圖像印刷在光柵的背面；利用光柵的相互遮擋，使得左眼與右眼看到不同圖像（光柵一定要垂直對齊），最終大腦產生一個3D圖像。

2 制作光柵立體地圖應用技術

2.1 圖像序列的獲取方式

立體圖像序列的獲取是立體圖制作的關鍵步驟，普通立體圖一般有兩種獲取方式。第一種是實景拍攝，通過立體攝影技術獲得立體圖像序列；第二種將圖片在圖像處理軟件里人為地分層，按照景物在空間中的深度分布， 把圖像中的景物分為前景、中景和后景， 或者更多的圖層。然后根據需要排列景深圖像，利用光柵的分像原理，印制出立體圖像。實景拍攝多采用航天航空攝影的方法，很難制作制圖范圍過大和過小的立體圖。而簡單地應用圖片分層的方法，無法嚴謹表現立體地圖的地貌高低起伏，不能滿足地圖制作要求。這里將第二種方法改良制作立體地圖，即應用地圖的DEM（數字高程模型）數據與圖像融合，形成一個具有地表模型數據支撐的基礎地理數據，將地圖根據DEM分成多圖層來獲取立體地圖的圖像序列。這種方法對照相設備與拍照方式要求不高，且能模擬出較好效果，但它不能達到立體照相機拍攝而制成的立體效果。另外，不適合制作地貌過于破碎的區域，因為制圖區域地貌如果過于破碎會加大勾畫的難度，降低成圖速度。

2.2 圖像的處理

2.2.1 底圖的制作

以地圖DEM數據為基礎，使用暈渲制作軟件，分高程設色，制成數字彩色暈渲圖。制成的暈渲圖有可能細節過于豐富，顯得圖面雜亂，也有可能較粗糙，微地貌顯示不夠，這都需要在數字暈渲圖的基礎上手動再加工，最終形成一幅詳略得當的手繪暈渲圖，這樣制作的立體圖會更加美觀、易讀。

2.2.2 各地理要素所在層的選擇

光柵圖的成像原理，決定了其在立體效果越強的時候，顯像越不清晰，且有產生疊影的可能。也就是，要素所在層的位移值越大立體效果越強，視覺效果也越不清晰。位移值（即景深值）為0的層是焦點所在層，視覺效果清晰，所以注記等需要清晰呈現的要素要放在0位移層。而國界、河流等要求和地勢套合好的地理要素，應與暈渲圖同一層。

2.2.3 圖像和DEM數據的融合

以DEM數據為基礎，利用精確的DEM數據將已制作好的暈渲圖科學分層，使用專業的平面轉立體軟件，按照一定的立體勾畫方法，就可以制作成立體光柵地圖。制作立體時，位移值的設置根據DEM數據的等高距數據確定。一般根據高程確定位移值，但針對某些立體圖，如中國地勢圖，從高原到谷底再到海部，整個圖的高差非常大，如果僅用高程確定位移值，過高和過低的地勢都會產生很大的位移，最后圖的疊影情況嚴重，視覺效果反而不好。考慮到這個原因，采用變距的等高距和多種垂直比例尺，對各層間進行處理，獲得的整體圖像，從而正確表示自然要素相互關系。

2.3 圖像的顯示

立體效果的呈現與光柵板的線數、材料折射率、厚度及視角均有關系。光柵板采用150線的，有利于注記和細節的表達；采用視角小、厚度大的光柵板，適合用于制作立體圖像；光柵板透射率高， 再現圖像的清晰度好。

2.4 圖像的印刷

（1）圖像的套合。因為光柵圖的制作特性，印刷時的套合尤其重要，對印刷設備和技術要求都較高。這是因為要想把立體效果表現得淋漓盡致，就必須把圖像和光柵的邊緣、中心均要對齊，各個顏色套合精準。要等印刷好的光柵冷卻后再用紫外線烤，否則由于光柵的熱脹，不好套合。

（2）圖像的保護。保護層一般采用UV材料，將制作好的地圖層印制在光柵板的背面，將UV涂料涂于地圖層的背面，可以有效防止地圖透光而影響閱讀，這就要求印刷機是UV機或兩用機。同時由于光柵本身是非吸收材料，所以要求配備相應的干燥烘烤設備。

3 光柵立體地圖的制作方法

（1）設定地圖分辨率。制作的立體地圖必須和光柵板相匹配才能被立體顯示。一般在每個柱鏡光柵的柵距下依次排列圖像序列中每一幅圖像的抽樣豎狀條紋， 這樣精確匹配后才能被正確折射分像。地圖顯示一般采用150線的光柵板，可據此計算出地圖分辨率。

（2）分層。根據DEM數據，采用變距的等高距和多種垂直比例尺，將地圖分層并設置好位移值。

（3）補圖。地圖分層之后，根據光柵顯示的分像原理，因改變觀察角度會看地圖原截幅范圍以外的圖像，因此需地圖范圍略大于擬制作立體效果的圖幅范圍，圖幅不夠則需要對后面的空白圖層進行補圖，補圖尺寸稍大于位移量即可。

（4）制作圖像序列，根據圖層數和各圖層的位移值制作圖像序列，獲得與選定光柵相匹配的立體合成圖。

4 結語

此方法不依靠遙感影像作為基礎數據，可以制作任意制圖范圍的地圖，并且可以任意設計暈渲顏色，解決制圖區域局限的問題，既可以制作小范圍的立體地圖，如一座山、一條河的立體地圖，也可以制作大范圍的立體地圖，如省立體圖、全國立體圖、世界立體圖。藝術性強，色彩可以根據區域特點任意設計。

能較準確和科學地表現區域地貌的問題，能較好地反映制圖區域的地貌形態，較精確地表示高山、丘陵、平原、深海等各種地貌的高低起伏和不同地區的相對高差，使讀者對制圖區域的整體地貌有非常直觀的認知，適用于非嚴謹判讀，一般讀者學習地理知識所用。

參考文獻

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