關(guān)于GIS的圖形繪制方法的分析

摘 要：地理信息系統(tǒng)是空間信息系統(tǒng)的一種特定形式，本文通過(guò)介紹地理信息系統(tǒng)（GIS）、函數(shù)轉(zhuǎn)換、繪圖、封裝地圖等基本知識(shí)，詳細(xì)的分析了GIS的圖形繪制方法。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)（GIS）；地圖繪制

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）稱為“地理學(xué)信息系統(tǒng)”，是空間信息系統(tǒng)的一種特定形式。需要在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)的支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、運(yùn)算、分析、管理、描述、顯示的技術(shù)系統(tǒng)。

地理位置中的經(jīng)緯度坐標(biāo)只能在地理信息中代表為某個(gè)地點(diǎn)、標(biāo)志或方位，對(duì)于用戶理解和認(rèn)識(shí)周邊信息有一定的局限；在通過(guò)相關(guān)技術(shù)獲取到位置之后，了解了所處的地理環(huán)境，通過(guò)查詢和分析環(huán)境信息，為用戶的活動(dòng)提供信息支持與服務(wù)，更注重用戶的需求，滿足用戶的各種體驗(yàn)。

一、地圖是通過(guò)函數(shù)的調(diào)用繪制出來(lái)的

地圖的繪制是對(duì)函數(shù)的基本操作，即使用繪圖語(yǔ)句畫出來(lái)的。從基礎(chǔ)的底層地圖繪制，就是使用繪圖函數(shù)繪制點(diǎn)、線、面、標(biāo)準(zhǔn)、柵格等組合起來(lái)，就形成了一張地圖。

二、地圖繪制中的關(guān)鍵——坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

.NET提供了大量繪圖方法，基本上都是以Graphics類的函數(shù)形式提供，包括各類幾何形狀、圖像、文字的繪制，通過(guò)這些方法可以畫出各種圖形。但是圖形的繪制和坐標(biāo)方位有著贊揚(yáng)聯(lián)系，使我們繪制的地圖可以轉(zhuǎn)換為地圖元素，即地理坐標(biāo)的經(jīng)緯度，需要解決坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

首先了解一下轉(zhuǎn)換函數(shù)：

///經(jīng)緯度

///屏幕坐標(biāo)

public Point WorldToScreen（PointF xy）

再一個(gè)，有時(shí)，還需要根據(jù)屏幕上點(diǎn)位置反算出它的經(jīng)緯度，如在需要顯示鼠標(biāo)指針處的經(jīng)緯度，所以還需要這么一個(gè)函數(shù)：

///屏幕坐標(biāo)

///經(jīng)緯度

public PointF ScreenToWorld（Point xy）

有了這兩個(gè)函數(shù)，就可以將以經(jīng)緯度表示的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，然后再屏幕繪圖了。

三、繪圖

有了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類Coordinator，就可以用經(jīng)緯度數(shù)據(jù)來(lái)繪圖了，如得到了經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，就可以將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，然后用Graphics的方法來(lái)畫出來(lái)了，Graphics對(duì)象又從哪里來(lái)呢？可以從一個(gè)Image對(duì)象創(chuàng)建，也可以從一個(gè)控件的Paint事件中取得。

為了使用方便，F(xiàn)reeMicaps把符號(hào)繪制功能封裝到三個(gè)符號(hào)類中，以靜態(tài)方法提供。

.NET的繪圖是對(duì)GDI+的封裝，包括了對(duì)點(diǎn)、線、面等各種圖形元素的封裝，圖形圖像的繪制、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，各種反走樣和平滑等功能，功能十分強(qiáng)大，利用它可以繪出各種圖形。

四、圖層

為了使繪圖過(guò)程便于管理，可將繪圖過(guò)程分為組，如可以將一張地圖的繪制分為：交通地圖、建筑地圖、管道地圖、區(qū)域地圖等幾個(gè)過(guò)程，每次繪圖好像就是在一張玻璃上繪制，疊加起來(lái)就形成了一張地圖，這里把每次繪圖過(guò)程形象地稱為一個(gè)圖層。地圖分層后，圖層可以增刪，每個(gè)圖層可以單獨(dú)進(jìn)行隱藏、設(shè)置屬性等，更重要的是可以將利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)把每個(gè)圖層當(dāng)做一個(gè)對(duì)象進(jìn)行管理。

對(duì)圖層進(jìn)行抽象，需要調(diào)用圖層繪制方法（Render），圖層標(biāo)題（LayerName）和用于表示數(shù)據(jù)源的字符串（DataSource）。用于表示繪圖樣式的設(shè)置的LayerStyle，加上一些輔助方法屬性，最終形成如下抽象圖層類（CustomLayer）。

FreeMicaps中，每種數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一種圖層類，為了使圖層類編寫方便，使用了設(shè)計(jì)模式中的模板方法，定義繪制流程，主程序在調(diào)用圖層的Render（）方法時(shí)，會(huì)自動(dòng)判斷是否已經(jīng)讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要分析數(shù)據(jù)繪圖。

對(duì)于同一種類型數(shù)據(jù)，需要從CustomLayer繼承新建一個(gè)圖層類。各種類型數(shù)據(jù)圖層的工作方式一樣，僅在數(shù)據(jù)讀取和繪制方面不同。所以，寫新圖層類時(shí)，僅需實(shí)現(xiàn)DoLoad（）和DoRender（）兩個(gè)抽象方法，完成讀取數(shù)據(jù)和繪制圖層代碼即可。FreeMicaps里使用了字符串作為數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)，通用GIS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了抽象。

一張地圖有多個(gè)圖層，所以還需要將圖層放入一個(gè)列表，用于繪制地圖時(shí)遍歷圖層。調(diào)用每個(gè)圖層的Render（）方法，形成一張完整的地圖。

圖層繪制是需要有順序的，在圖層的樣式（LayerStyle）中放了一個(gè)ZOrder屬性，通過(guò)它來(lái)控制圖層順序。但由于List本身的排序方法是一種“非穩(wěn)固排序”，也就是說(shuō)當(dāng)兩個(gè)圖層的ZOrder相等時(shí)，它們的順序是不確定的，為了避免這個(gè)問(wèn)題，F(xiàn)reeMicaps從CollectionBase繼承了一個(gè)類LayerList，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖層的管理，并實(shí)現(xiàn)了IXmlSerializable接口，完成圖層序列化功能。

FreeMicaps中，每種數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一種圖層類，為了使圖層類編寫方便，使用了設(shè)計(jì)模式中的模板方法，定義繪制流程，主程序在調(diào)用圖層的Render（）方法時(shí)，會(huì)自動(dòng)判斷是否已經(jīng)讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要讀數(shù)據(jù)繪圖。

五、封裝地圖

有了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類、圖層類、圖層列表類，就可以利用它們做出一個(gè)具有縮放平移、圖層管理等功能的地圖了，但為了更方便地對(duì)地圖進(jìn)行操作，還需要對(duì)這些類進(jìn)行組合封裝。

新建一個(gè)類WeatherMap，添加Coordinator和LayerList類的實(shí)例作為它的屬性，將Coordinator類的實(shí)例作為私有成員，將地圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等方法加入WeatherMap類，調(diào)用WeatherMap類的方法。

再回到抽象圖層類CustomLayer，它有一個(gè)成員Map，即為WeatherMap對(duì)象，在將圖層加入圖層列表時(shí)會(huì)自動(dòng)賦值。在編寫CustomLayer的子類時(shí)，可調(diào)用它來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和地圖操作。

為了使地圖在繪制復(fù)雜圖形過(guò)程中不至于BUG，需要在繪圖過(guò)程中能隨時(shí)中斷繪圖，如快速縮放平移地圖中，可終止前次繪圖過(guò)程直接繪制最后一次，就實(shí)現(xiàn)了地圖繪制的多線程，特別是多線程操作UI，對(duì)程序流程造成了一定混亂。

六、再次封裝-增加UI

上面已完成了地圖繪制的核心代碼，為了使代碼編寫更加容易，需要對(duì)WeatherMap類再次進(jìn)行封裝（MapView類），加入U(xiǎn)I部分，即給地圖加一個(gè)具有界面的殼，并在上面實(shí)現(xiàn)地圖的操作如縮放、拖動(dòng)功能。

MapView從PictureBox類繼承，內(nèi)建了WeatherMap類的實(shí)例，在MapView的Refresh（）方法中調(diào)用WeatherMap.Render（）對(duì)地圖進(jìn)行繪制。

為了完成對(duì)地圖的操作，F(xiàn)reeMicaps定義一個(gè)IMapTool接口，包含了鼠標(biāo)和鍵盤操作方法，MapView類內(nèi)建一個(gè)IMapTool接口成員，MapView的鼠標(biāo)和鍵盤操作，將被IMapTool接口的實(shí)例接管，在實(shí)現(xiàn)IMapTool接口的類中，可對(duì)地圖做各種操作，如平移、縮放等操作，這個(gè)對(duì)象可隨時(shí)替換以實(shí)現(xiàn)不同方式的地圖操作。

在FreeMicaps中，已完成一個(gè)實(shí)現(xiàn)IMapTool接口的類ZoomTool，此類為默認(rèn)的地圖縮放和平移工具。

另外，在MapView中，還引入了一個(gè)當(dāng)前圖層的概念CurrentLayer，用它來(lái)表示當(dāng)前操作的圖層，后面用它來(lái)實(shí)現(xiàn)圖層元素拾取、圖層工具條等功能。

通過(guò)以上論述的方法，可以對(duì)地圖的開發(fā)有了全面、透徹的了解，便于開發(fā)人員對(duì)地圖系統(tǒng)的優(yōu)化和升級(jí)。文章對(duì)GIS系統(tǒng)的論述僅限于基礎(chǔ)應(yīng)用和開發(fā)，不妥之處請(qǐng)批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱洪軍.基于GIS的移動(dòng)終端LBS系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)現(xiàn)[D].華東師范大學(xué)，2008.

[2] 李海艷.移動(dòng)GIS的概念體系研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2006.

作者簡(jiǎn)介：

王盼（1985-），男，漢族，北京人，本科，工程師，單位：國(guó)家新聞出版廣電總局北京廣播電視維護(hù)中心，研究方向：廣電系統(tǒng)節(jié)目傳輸和調(diào)度。