基于MapGIS的地圖美學研究與實踐

孟慶潔，陳 林

(上海師范大學旅游學院，上海200234)

信息技術的發展以及人們對地圖審美要求的提高，為地圖美學研究提供了新的動力。第一任ICA主席曾指出:“地圖學不是一門純粹的技術科學，而是一門美術傾向很強的技術科學，地圖是帶有強烈藝術傾向的科學作品［1］。”也就是說，真正優秀的地圖作品能把表現客觀事物本質規律的科學性與展現地圖美感的藝術性完美結合起來。

1 地圖美學研究現狀

近年來，不少專家學者已經開始關注地圖美學研究，主要集中在以下幾方面。

(1)地圖設計水平影響讀者對地圖的認知，進而影響地圖信息傳送的結果。地圖作為一種視覺化產品，它的信息傳遞是地圖設計者的思想在地圖讀者視覺感受中的體現，讀者視覺感受的效果是地圖信息傳遞成敗和效率高低的關鍵［2］。

(2)地圖的美學設計是地圖設計的重要環節，具有不同的表現形式及實現途徑［3］。地圖的美主要指地圖科學美和地圖藝術美［4］。地圖科學美表現為內容結構的簡單性、和諧性、統一整體性等，而地圖藝術美主要體現在符號和色彩上。地圖符號隨著三維圖示技術的發展，呈現三維表達的趨勢［5］。地圖色彩具有重要的作用［6］，中西方色彩的象征意義不同，地圖色彩的表示方式也不盡相同［7］。可以利用類似色與同種色、對比色與互補色以及特征色與其他色彩的三種方法進行配色［8］;涉及符號、注記及塊狀色彩填充等細節的色彩設計［9］;同時，隨著信息技術和多媒體技術的發展，人們對地圖設色也提出新的要求。

(3)現代地理信息技術的發展及其相關軟件的成熟，使人們能夠更為準確、客觀地在地圖上表達地理實體。如顯示效果、顯示速度、圖例美觀、動態注記等因素的地圖可視化質量不斷提高［10］。

本文以“天津市濱海中心商務區交通圖”的制作為例，借助MapGIS K9軟件，對地圖美學研究進行了一些技術嘗試。

2 地圖美的表現方法

2.1 地圖符號

地圖符號是在地圖上用以表示各種空間對象的圖形記號［11］。地圖符號的作用，一是反映地理實體的空間分布情況;二是通過合理的符號設計展現地圖的藝術性，給讀者帶去美的視覺享受。

2.2 地圖色彩

地圖色彩是地圖語言的重要內容［11］。地圖色彩的作用，一是通過類似色與對比色的設置，使地圖具有整體感和差異感，增強地圖的表現力;二是將不同色彩運用到同一種符號中代表不同的空間對象，簡化地圖符號系統，如同一種線符號，用灰白相間表示鐵路，用藍色表示水運航道，用深藍色表示輕軌。

2.3 地圖顯示效果優化

地圖顯示效果優化是地圖配置非常重要的一部分內容［12］。在借助制圖軟件制圖的過程中常常會遇到線條生硬、地圖要素顯示不符合實際情況等問題。為解決這些問題，需要采取一系列優化方法來改善地圖的顯示效果。對紙質地圖用戶而言，地圖顯示效果優化有助于用戶獲得更科學美觀的地圖，為他們的工作生活提供參考;對電子地圖用戶而言，地圖顯示效果優化能使用戶獲得更友好的參考數據，方便后續的查詢、分析等操作。

3 地圖美學實踐

3.1 軟件平臺介紹

MapGIS是中國地質大學自主研發的一款集當代先進的圖形、圖像、地質、地理、遙感、測繪、人工智能、計算機科學于一體的大型智能軟件系統［13］。筆者選用的MapGIS K9版本比以往版本更加關注細節。

3.2 研究區概況

天津市濱海中心商務區是濱海新區九個經濟功能區之一(圖1)，位于濱海新區的核心地帶，是天津濱海新區發展國際金融、國際貿易和高端服務業的聚集區，是濱海新區金融改革創新基地和未來城市形象標志區［14］。

圖1 濱海中心商務區位置圖

3.3 地圖美學實踐

3.3.1 系統庫創建

當軟件默認的符號庫、顏色庫、字體庫不能滿足地圖設計者需求時，一般需要創建自己的系統庫。Map-GIS K9軟件安裝完成后，Clib與Slib文件夾會出現在安裝目錄下。它們包含系統庫，其中包括顏色、符號和字體。當新建系統庫時，在新建的系統庫文件夾下需要同時創建Clib和Slib兩個文件夾，然后把默認的符號庫和字體庫復制進去。具體操作如下:在安裝目錄下，將Slib中的gissymbol.sym和Pcolor.lib復制到新建的Slib中，并將Clib中的Mapfont70.gis文件復制到新建的Clib中。完成系統庫創建后，需要在地圖編輯器中打開目錄設置，選擇指定的Clib和Slib文件夾存儲位置，完成當前系統庫設置。系統庫管理集符號庫、顏色庫、字體庫管理于一體，其中，符號庫管理能方便地圖設計者設計自己所需的符號以及修改默認符號庫中的部分符號;顏色庫管理能使地圖設計者采用設置CMYK或RGB值的方式增加色標至不同的系統庫中;字體庫管理能夠使用戶根據Windows中安裝的字體來自定義地圖注記的字體。

3.3.2 地圖符號設計

(1)符號的形狀

符號形狀設計應遵循以下兩條原則:其一，設計的符號要盡可能與符號代表的現實實物意義相似，增強符號的表達效果，以便于讀者看到地圖符號就能迅速聯想到現實實體;其二，設計的符號要求簡單抽象，先舍去詳細復雜的細節，后用藝術手法進行美化。在符號庫管理中，筆者根據上述原則設計了一些點狀符號，如用圓內繪制一個“文”字來表示學校，用矩形內繪制一個“P”字母來表示停車場。

(2)符號的尺寸

對紙張地圖而言，符號尺寸易受地圖用途、性質、比例尺等的影響，而且符號尺寸的設計關乎地圖要素分布的合理性和地圖顯示的美觀。電子地圖具有放大、縮小、漫游等功能，所以符號尺寸設計還要考慮屏幕分辨率的大小，分辨率越高，符號尺寸越大。筆者結合此次實踐中地圖1:10000的比例尺和點狀要素的分布情況，將符號的高和寬都設計在50毫米左右。當地圖的比例尺大于等于1:100000時，可以將該大比例尺地圖的具體比例尺大小與1:10000相比較，設置相應大小的地圖符號;當地圖為中、小比例尺地圖時，點狀符號堆疊在一起，非常不美觀。筆者通過設置點要素層的最小顯示比率來解決這一問題，也就是說，當地圖顯示的比例尺小于該最小顯示比時，點狀要素將不會顯示在地圖上;只有當地圖顯示的比例尺大到一定程度，即大于最小顯示比率時，點狀要素才會顯示在地圖上。

(3)符號的色彩

色彩是構成地圖符號的最基本要素。在符號設計中合理利用色彩，不僅能夠簡化符號系統，而且能夠增強地圖符號的美感，提高地圖的表達效果。符號色彩設計應遵循以下兩條原則:其一，注重色彩的象征意義，設計的符號色彩應盡量與實際事物所顯示的色彩相同或相似;其二，注重符號色彩種類的選擇，種類不宜過多，防止因色彩種類采用過度而破壞地圖美感。筆者在符號色彩設計中遵循上述原則，如停車場用藍底白字表示，醫院用紅底白字表示，與它們在現實生活中代表的形象一致，而且單個符號一般采用1～2種顏色，最多不超過3種。

3.3.3 地圖色彩設計

(1)突出主題要素

堅持從整體到局部的原則，先確定地圖顏色的總基調，再進行局部設色。對于主題要素，多使用原色或暖色，而對于非主題要素，多使用中性色或復色。與間色和復色相比，原色能給人留下更深的印象，合理使用原色便于讀者準確把握主題。此外，色彩有冷暖之分，暖色比冷色的色彩記憶性更強，所以在主題要素表示時多用暖色。圖8是天津市濱海中心商務區交通圖，在圖中重點反映的是該地區的道路交通情況，所以在地圖色彩設計時，這些要素的色彩就要設計得比較突出。如一級道路用棕黃色RGB(253，194，101)，二級道路用土黃色 RGB(254，221，102)，三級道路用淡黃色 RGB(255，246，116)，輕軌用深藍色 RGB(0，0，175)。

(2)考慮讀者讀圖感受

合理的地圖設色使讀者在讀圖時產生輕松愉悅的感覺，而不恰當的地圖設色不僅不能突出主題，而且會使讀者產生不悅之感。地圖是現實世界的模擬圖，在設計色塊時，要充分考慮人們在長期閱圖中形成的習慣，盡量選擇更接近自然界實物的色彩。如圖8中，用藍色RGB(153，183，211)來表示河流，用綠色RGB(171，215，160)來表示植被。

(3)合理使用中性色

中性色主要包括黑、灰、白、金、銀五種，它們與其他顏色搭配使用，起到突顯其他顏色的作用。在地圖設計中最常用到的是黑、白、灰三種。其中，黑色常用來表示區域輪廓線或地圖圖框的顏色;灰色給人的視覺沖突感較弱，所以多用來表示地圖背景的色彩;白色一般不單獨使用，常與其他中性色搭配使用，如鐵路用灰白相間的線狀符號來表示。

3.3.4 地圖顯示效果優化

(1)光滑處理

在繪制道路時，如果輸入的造折線非水平也非垂直的話，顯示的道路線會產生毛邊，不光滑。造成失真的原因是:這些線條在光柵圖形顯示器中對應的圖形是由一系列相同亮度的離散像素來表示連續量的［15］。之前我們常通過編寫一個程序來進行線條的光滑，但這種方式費時效率低。MapGIS K9提供了相應的快捷操作，方便線條的光滑處理，在工具欄的［設置］下選擇［視窗選項］，用戶可根據彈出的視圖顯示參數對話框調整圖像質量。圖2是低圖像質量與高圖像質量效果對比圖。

(2)道路貫通

道路是交通圖中非常重要的主題要素，它可以用線表示，也可以用面表示。筆者這里用的是面狀道路，與線狀道路相比，它在十字路口、立交橋等顯示上更加科學美觀。但由于線狀道路繪制效率高，目前制圖中普遍采用線狀道路。在線狀道路繪制完成后，偶爾發現多條道路相交在一起，道路之間不連通，不符合實際道路網絡的分布。

MapGIS K9提供了一套專用的繪制驅動工具，可以快速地按整圖、按專題圖、按圖形參數進行雙線貫通圖繪制，極大地減小了工作量并提高了顯示效果。其中，按整圖配置是在圖3所示的雙線道路繪制參數對話框中選擇［簡單配置］，設置內外線的線寬和顏色。設置完成后，該圖層的所有道路由原先相交的單線變成按設置參數顯示的雙線，而且相交處的道路相互貫通;按專題圖配置是根據道路等級屬性字段建立單值專題圖并設置線參數項中的線寬、可變線寬1、線顏色、可變顏色1作為該等級道路貫通顯示參數，它們之間的對應關系如表1所示。然后選擇自繪驅動制圖表達_道路，自繪參數設置選擇使用專題圖。設置完成后，根據專題圖中不同等級道路所設置的參數實現道路貫通;按圖形參數配置與按專題圖配置相似，它是根據用戶自定義道路的線寬、可變線寬1、線顏色、可變顏色1，實現道路貫通，如手動選中不同等級的道路進行不同的參數設置。

圖2 低圖像質量與高圖像質量效果對比圖

圖3 雙線道路繪制參數設置對話框

表1 線參數與自繪參數關系對應表

(3)橋梁繪制

橋梁作為道路交通網絡的一部分，在城市交通圖中擁有重要地位。先利用線編輯工具繪制橋梁的一邊，然后利用工具欄［通用編輯］下的［圖元鏡像］中的原點鏡像，選中已經繪制好的一邊橋梁即可形成長度相等、形狀相同的另一邊橋梁。這種方法是橋梁繪制的常用方法，但它的缺點是繪制的單一橋梁至少需要由八個坐標組成，不符合僅由起止兩個坐標組成的情況，而且靈活度和便捷度都不太理想。MapGIS K9提供了更高效的橋梁繪制方法，具體實現步驟如下:選中并右擊橋梁圖層，選擇［屬性］，在彈出的橋屬性頁左側選擇［顯示］，右側進行圖層自繪設置，包括自繪驅動選擇和自繪參數設置。其中，在自繪驅動中選擇制圖表達_橋梁，在自繪參數設置中會彈出圖4所示對話框，用戶可以自定義橋寬度、橋墩長、線寬度和線顏色。設置完成后，可以通過線編輯中的輸入造折線，確定線的起始坐標和終止坐標即可完成橋梁繪制。圖5是利用常用方法與自繪驅動方法效果對比圖。

圖5 常用方法與自繪驅動方法效果對比圖

圖4 橋繪制參數設置對話框

(4)立體顯示

立體顯示常用在電子地圖的圖形設計中，它能夠更加逼真地反映圖形的位置、數量信息，模擬其在空間中的分布情況，提高圖形的表達效果。目前常用的圖形立體顯示的方法主要有:其一，借助GIS軟件，對平面圖形的顏色和高度實現立體顯示;其二，采用GDI+技術在符號設色模塊中增加填充效果的選項，利用色彩的漸變產生立體層次感［1］;其三，利用光影技術，實現點、線、面符號的立體顯示，增加地圖的層次感與立體感［4］。MapGIS K9中立體顯示的原理是方法一。由于此次實踐的地圖是城市交通圖，筆者選擇建筑物圖層為立體顯示的對象，來模擬城市交通網絡中建筑物的分布情況。具體實現步驟如下:選中并右擊建筑物圖層，選擇［屬性］，在彈出的建筑物屬性頁左側選擇［顯示］，右側進行圖層自繪設置，自繪驅動選擇［立體顯示］，自繪參數按圖6所示進行設置。圖7是平面圖形顯示與立體顯示效果對比圖。

圖6 立體顯示設置對話框

圖7 平面圖形顯示與立體顯示效果對比圖

4 結語

通過自定義系統庫，設計制圖所需的符號、色彩和字體，彌補默認系統庫的不足;從形狀、大小、顏色三方面進行地圖符號的設計;根據突出主題要素、考慮讀者讀圖感受以及合理使用中性色設計地圖色彩;從光滑處理、道路貫通、橋梁繪制、立體顯示四方面對地圖顯示效果進行優化，增強地圖顯示的美感。圖8為最終的成果圖。

圖8 天津市濱海中心商務區交通圖

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