制作小幅面地貌暈渲鳥瞰圖的方法討論

仲　佳，王　永，韓海豐，姚金明

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250013)

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制作小幅面地貌暈渲鳥瞰圖的方法討論

仲佳，王永，韓海豐，姚金明

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250013)

Method of Making Small Format Hillshade Airview Map Based on DEM

ZHONG Jia,WANG Yong，HAN Haifeng，YAO Jinming

摘要：基于制作小比例尺山東省地貌鳥瞰圖的實例，介紹了采用DEM數(shù)據(jù)制作生成小幅面地貌暈渲鳥瞰圖的方式、方法，并對制作中采用的方式方法及相關(guān)參數(shù)進行了分析比較。

關(guān)鍵詞：DEM；鳥瞰圖；ArcScene；小幅面；暈渲

長期以來,人們一直試圖尋找一種能科學(xué)、直觀地表達地形起伏的方法,逾越二維介質(zhì)表達三維實體的鴻溝。制圖學(xué)者一直致力于地圖的立體表示,地貌暈渲是一種采用光線照射使地表產(chǎn)生反射的地面表示方法，一直是表現(xiàn)地貌地勢的一種常見手段。鳥瞰圖是根據(jù)透視原理，用高視點透視法從高處某一點俯視地面起伏繪制成的立體圖，就像從高處鳥瞰制圖區(qū)，比單純的平面圖更有真實感。

在信息時代,計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)的引入,使得暈渲圖的制作向計算機自動化方向發(fā)展。基于DEM的地貌自動暈渲以其自身的優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。自動生成的暈渲圖美觀、準確、成圖速度快。而通過地貌暈渲方式展現(xiàn)的鳥瞰圖，則比平面圖更具有立體感、真實感，可應(yīng)用于各類圖集或系統(tǒng)界面。

本文通過制作小比例尺山東省地貌鳥瞰圖的實例，探討一種能夠快速簡潔地生成小幅面地貌暈渲鳥瞰圖的方式方法。

一、鳥瞰圖設(shè)計與制作

山東省地貌鳥瞰圖是作為地圖集的插圖使用，幅面較小，主要用于直觀、形象地展示山東省的地形地貌特點。綜合項目的需求，本文最終選擇采用ArcGIS軟件制作。

ArcGIS產(chǎn)品是一個較全面的GIS平臺，其中ArcScene是一個適合于展示三維透視場景的平臺。ArcScene中場景表現(xiàn)為平面投影，可以添加矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)，適合于小范圍內(nèi)精細場景的刻畫。基于以上特點，本文采用ArcGIS軟件，處理山東省DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合地名、水系等數(shù)據(jù)，運用ArcScene軟件編制，生成山東省小比例尺地貌暈渲鳥瞰圖。整個成圖過程除了數(shù)據(jù)選擇及參數(shù)設(shè)置,其他過程主要由計算機自動處理，快捷、準確、方便,成圖時間短，出圖效率高。

生成山東省地貌鳥瞰圖的流程如圖1所示。

圖1　山東省地貌鳥瞰圖制作流程

1. 數(shù)據(jù)的選擇與處理

根據(jù)山東省的地理位置及數(shù)據(jù)情況，山東省小比例尺地貌暈渲鳥瞰圖幅面設(shè)計為A4大小。鳥瞰的數(shù)據(jù)均采用正軸等角割圓錐投影，此投影條件下，小比例尺地圖變形較小。因地圖幅面較小，無須較精細的DEM數(shù)據(jù)，因此運用ArcToolbox中的3D Analyst Tools中的Resample工具，將原有DEM數(shù)據(jù)抽稀為500 m格網(wǎng)間距。矢量數(shù)據(jù)主要是配合DEM數(shù)據(jù)，使鳥瞰圖內(nèi)容更加豐富，因此地名數(shù)據(jù)只保留17個地市地名點，水系數(shù)據(jù)只保留山東省內(nèi)主要河流及大型湖泊、水庫。

2. 圖面制作

以上數(shù)據(jù)處理完成后，將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcScene軟件中進行圖面配置。

在ArcScene軟件中建立一個工程，導(dǎo)入山東省DEM數(shù)據(jù)及地名點數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)。DEM數(shù)據(jù)根據(jù)高程值分級，確定顏色漸變顯示，調(diào)整顯示效果、顯示質(zhì)量，以及各類參數(shù)；輔助的地名點數(shù)據(jù)和水系數(shù)據(jù)，疊加到DEM數(shù)據(jù)之上，調(diào)整顏色及參數(shù)。根據(jù)設(shè)計方案，DEM不分級漸變色，顏色由“白→綠→黃→棕”漸變，標準差顏色拉伸值為8，高程拉伸值為35，采用平滑和陰影效果，通過圖面整飾，得到最佳效果，即鳥瞰圖制作完成。

二、顯示效果

由于ArcScene軟件不支持注記的顯示，因此成圖中只有地名點，可以根據(jù)自身需求，通過其他軟件添加注記。顏色選擇了較為流行的平原綠色、山頭棕色的漸變效果，也可以根據(jù)不同的制圖需求設(shè)置其他顏色。圖2為成圖顯示效果。

圖2　成圖顯示效果

三、方法討論

運用ArcScene制作小幅面地貌暈渲鳥瞰圖，成圖速度快，但是圖面是否美觀清晰，關(guān)鍵取決于數(shù)據(jù)的選擇和參數(shù)的設(shè)定。下面就這幾項進行深入的分析和討論。

1. 數(shù)據(jù)選擇

ArcScene軟件本身適合于小范圍內(nèi)的精細場景刻畫，會將所有數(shù)據(jù)讀入場景中完全顯示，占用大量的顯存、物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存，因此較為適合制作小幅面地圖，因而制作全省范圍的暈渲鳥瞰圖，其中的DEM數(shù)據(jù)必須進行適當(dāng)?shù)某橄√幚恚噶繑?shù)據(jù)也要簡化處理，才能進行圖面的制作。

2. 主要參數(shù)設(shè)定

(1) 顏色拉伸

暈渲圖采用分級設(shè)色，圖面分級界線過于明顯，不夠柔和；采用不分級漸變色效果較好。采用不分級漸變色效果時，當(dāng)漸變色確定好后，需要根據(jù)數(shù)據(jù)情況及顯示效果進行顏色拉伸設(shè)置。通過不同的顏色拉伸值設(shè)置，使圖面效果達到最佳。具體的數(shù)值需要根據(jù)數(shù)據(jù)情況進行反復(fù)試驗確立[3-4]，如圖3、圖4所示。

圖3　顏色無拉伸

圖4　顏色拉伸8

(2) 高程拉伸

如果整體地形較為平緩，應(yīng)適當(dāng)提高高程拉伸值，突出地形對比效果；而對于地形起伏明顯且海拔較高的地區(qū),不宜采用過大的高程拉伸值，否則會出現(xiàn)地形過于夸大、失真，從而影響顯示效果。基于山東省的情況，加之本文鳥瞰圖采用的是小比例尺，如果不加大高程拉伸值，則圖面起伏較小，立體效果不明顯，因此最終選用了高程拉伸值為35[3-4]，如圖5、圖6所示。

圖5　高程拉伸15

(3) 光照效果

地貌暈渲圖本身需要使用光照效果，否則暈渲圖的立體地形起伏效果無法更好地顯示，因此地圖制作時也需要勾選光照效果，圖7沒有勾選光照效果的暈渲圖更像是一幅水墨畫，而圖8已勾選光照效果的暈渲圖則立體得多。

圖6　高程拉伸35

圖7　未勾選光照效果

圖8　已勾選光照效果

(4) 平滑效果

由于采用的DEM數(shù)據(jù)格網(wǎng)間距較大，因此暈渲圖顯示效果較為粗糙，如果不勾選平滑效果，則圖面有明顯的鋸齒狀，因此，建議勾選平滑效果選項，使圖面更加平滑美觀，如圖9、圖10所示。

圖9　未勾選平滑效果

(5) 高度及角度

圖面場景通過不同的展示角度及展示高度，得到的圖面效果各不相同，可以根據(jù)具體的需求確定。圖11—圖14分別為不同的角度及高度的顯示效果。

圖10　已勾選平滑效果

圖11

圖12

圖13

圖14

3. 輔助要素的設(shè)置

圖面疊加其他數(shù)據(jù)(如水系、地名點數(shù)據(jù))時切記要設(shè)置高程數(shù)據(jù)源及高程拉伸參數(shù)，否則由于地面高程值的不同，會出現(xiàn)被暈渲圖壓蓋的現(xiàn)象，如圖15、圖16所示。

圖16　已設(shè)置，水系顯示完整

四、結(jié)束語

綜上所述，使用ArcGIS系列軟件，利用DEM制作小幅面地貌暈渲鳥瞰圖，整體來說技術(shù)成熟，且較為方便、快捷。數(shù)據(jù)處理完成后，可以直接在ArcScene軟件中編輯制作，并可以添加其他要素，編輯制作完成后導(dǎo)出圖片，也可導(dǎo)入其他軟件中，進行進一步的制作。在確定使用目的及制作方案后，主要考慮幾項參數(shù)的設(shè)定。對于各類參數(shù)的設(shè)定，需要在對數(shù)據(jù)及地形的了解程度上不斷地試驗探索， 才能得到最佳的圖面效果。

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2016中國智慧城市與測繪地理信息發(fā)展高層論壇舉辦

[本刊訊]3月16日，由中國測繪地理信息學(xué)會、江蘇省測繪地理信息局、中國礦業(yè)大學(xué)和鹽城市人民政府聯(lián)合主辦，《測繪學(xué)報》編委會、江蘇省測繪地理信息學(xué)會、中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院、鹽城市科技局、江蘇星月測繪科技股份有限公司承辦的2016中國智慧城市與測繪地理信息發(fā)展高層論壇在鹽城舉辦。國家測繪地理信息局副局長、中國測繪地理信息學(xué)會理事長李維森出席開幕式并講話，江蘇省測繪地理信息局局長施建石、鹽城市人民政府副市長張京麒出席開幕式并致辭，李德仁、王家耀、張祖勛、楊元喜、郭仁忠等兩院院士出席論壇。

李維森副局長，李德仁、王家耀、楊元喜、郭仁忠院士，長江學(xué)者吳立新教授分別作了題為《測繪地理信息與智慧城市》《展望大數(shù)據(jù)時代的地球空間信息學(xué)》《“互聯(lián)網(wǎng)+時空大數(shù)據(jù)”與智慧城市》《綜合PNT系統(tǒng)》《智慧城市：大數(shù)據(jù)時代的城市治理》《智慧大豐與資源環(huán)境動態(tài)監(jiān)測》的主題報告。論壇還設(shè)立了主題為“智慧城市與測繪地理信息發(fā)展”的高端對話環(huán)節(jié)，李德仁、張祖勛、楊元喜、郭仁忠、史照良、孫群、劉耀林、李滿春、吳立新等9位學(xué)者圍繞測繪地理信息在智慧城市建設(shè)中的作用、測繪地理信息行業(yè)如何借助“互聯(lián)網(wǎng)+時空大數(shù)據(jù)”實現(xiàn)跨界融合跨越發(fā)展、測繪地理信息行業(yè)如何更好地服務(wù)智慧城市建設(shè)等議題進行了高端對話，并與參會人員進行互動。

會上，還舉行了星月測繪商城上線暨星月眾創(chuàng)空間啟動儀式。來自政府部門、高校、科研機構(gòu)、企業(yè)界和媒體代表300余人參加了此次論壇。

(本刊編輯部)

中圖分類號：P284

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)03-0130-04

作者簡介：仲佳(1981—)，女，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)方面的工作。E-mail: zhongjia@126.com

收稿日期：2015-02-02； 修回日期： 2015-11-02

引文格式： 仲佳，王永，韓海豐,等. 制作小幅面地貌暈渲鳥瞰圖的方法討論[J].測繪通報，2016(3)：130-133.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0105.