（大地测量学与测量工程专业论文）基于gdi的地图符号库的设计开发与优化.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 地图符号库是数字化成图系统与地理信息处理软件中的一个重 要的组成部分。符号绘制是实现地图符号库的关键，g d i + 作为微软推 出的最新的图形设备接口，与之前的g d i 相比，具有更加强大的图形 图象处理功能，给地图符号带来了新的绘制技术。本文在分析g d i + 的基础上，按照分层的思想分别归纳出地图符号库中点、线、面三类 符号的构成单元，分别设计相应的描述参数，最后通过组合g d i + 函 数绘制出符号，并在此基础上提出了一些地图符号改进绘制的方法。 主要研究工作和创新点如下： ( 1 ) 根据点状符号的组成特点，归纳出了5 种图素：圆、拐角、 弧段、矩形和等边三角形，并给出了各种图素的参数描述格式以及每 个点状符号的图素组合结构。 ( 2 ) 将线状符号的线型归纳为虚线和实线，并给出了线状符号单 元的拆分方法，分别设计了虚线和实线的参数描述格式，并就虚线层 的绘制提出了两种绘制方法。 ( 3 ) 将面状符号拆分为边界线和填充基类，边界线可以通过线状 符号的方式绘制；把填充基类分成颜色填充、线型填充、g d i + 模板填 充和点状符号填充，并分别设计了参数的描述格式，同时，利用g d i + 的裁剪功能，提出了无空洞面域和含空洞面域的符号绘制方法。 ( 4 ) 设计了注记的c + + 结构体，利用g d i + 提供的文本操作函数， 初步实现了注记功能，并提供了简单的编辑功能。 ( 5 ) 针对用g d i + 开发地图图式符号库时，绘制复杂线状符号存在 的转角问题，即在线段线段连接处标注符号不均匀的问题，提出了 一种基于单位距离的线状符号绘制方法，该优化方法不但提高了复 杂线状符号的显示效果，在符号显示效率上也有所提高。 ( 6 ) 实现了v c + + 环境下的g d i + 二次缓存绘图技术、面域的点状符 号快速填充和绘图区域的局部刷新技术，弥补了g d i + 在地图符号库 绘制上的不足，提高了整个地图符号的绘制速率和美观程度。 关键字地图符号，g d i + ，参数化，符号单元，算法优化 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t t h em a ps y m b o ld a t a b a s ei sa n v e r yi m p o r t a n tp a r t i n d i g i t a l m a p p i n gs y s t e ma n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m g d i + i st h en e w g e n e r a t i o ng r a p h i c d e v i c ep o r ti nm i c r o s o f t c o m p a r e dw i t hg d i ，i th a s m o r ep o w e r f u lf u n c t i o ni np r o c e s s i n gg r a p h i ci m a g ew h i c hc a nb r i n ga n e w r e n d e r i n gt e c h n o l o g yt om a ps y m b o l s b ya n a l y s i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c o fg d i + ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e dt h es y m b o l u n i to ft h es y m b o l su s i n g h i e r a r c h i c a lm e t h o d s f u r t h e r m o r e ，t h es p e c i a ld a t as t r u c t u r eh a sb e e n d e s i g n e dt od e s c r i b es y m b o l u n i t f i n a l l y , t h em a ps y m b o ld a t a b a s eh a s b e e nd e c e l o p p e da n ds e v e r a lo p t i m i z e dm e t h o d sw i t hg d i + h a v eb e e n a c h i e v e d t h em a i nw o r k sa r el i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) f i v ek i n d so fp o i n ts y m b o lu n i t s ，i e ，r o u n d ，c o m e r , a r c ，r e c t a n g l e a n de q u i l a t e r a lt r i a n g l e ，a r es u m m a r i z e da c c o r d i n gt ot h ef e a t u r eo f p o i n t s y m b o l s ，a n dg i v et h eu n i t ss p e c i a ld a t as t r u c t u r ea n dd e s c r i b ec o m p o s i t e s t r u c t u r ef o re a c hp o i n ts y m b o lb a s e do nu n i t s ； ( 2 ) t h ea u t h o rs u b d i v i d e dl i n e t y p et os o l i dl i n ea n dd o r e dl i n e ，a n d d e s i g n e dt h e i rs p e c i a ld a t as t r u c t u r e i s t h e np r o p o s e dt h em e t h o dt os p l i t l i n es y m b o la n dt w od r a w i n gm e t h o d s o nd o r e dl i n e ( 3 ) r e g i o ns y m b o l ss p l i tb o u n d a r ya n df i l l e db a s ec l a s s ，a n dt h e i r s p e c i a ld a t as t r u c t u r ei sd e s i g n e d t h eb o u n d a r yc a nb ed r a w nb yt h ew a y o fl i n es y m b o l ；t h ef i l l e db a s ec l a s sc o n t a i nc o l o r f i l l i n g 、l i n e a rf i l l i n g 、 g d i + t e m p l a t ef i l l i n ga n dp o i n tf i l l i n g m e a n w h i l e ，a c c o r d i n gt ot h ec u t f u n c t i o no fg d i + ，t h em e t h o dt od r a wr e g i o nw i t ho rw i t h o u th o l ei s p r o p o s e d ( 4 ) c + + s t r u c t u r eo fa n n o t a t i o ni sd e s i g n e d a c c o r d i n gt ot h eg d i + ， n o t ef u n c t i o ni s i n i t i a l l yi m p l e m e n t e da n dp r o v i d i n gs i m p l ye d i t i n g f u n c t i o n ( 5 ) t h e r ei s ac o m e r - p r o b l e mu s i n gg d i + t oi m p l e m e n td e v e l o p c o m p l e xl i n e a rs y m b o l si nc a r t o g r a p h i cs y m b o l sf o rf u n d a m e n t a ls c a l e m a p s ，i e ，t h em a r k e ds y m b o li sn o tm a r k e du n i f o r m l ya tt h ej u n c t i o no f l i n es e g m e n t s i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m s ，t h ea u t h o r sp r e s e n ta m e t h o dt od r a wl i n e a r s y m b o l sb a s e do nu n i td i s t a n c e ，t h em o d i f i e d m e t h o dp r e s e n t e di nt h i sp a p e rn o to n l ys o l v e dt h ec o m e r - p r o b l e m ，t h e i i 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t e f f i c i e n c yo fd r a w i n gt h ec o m p l e xl i n e a rs y m b o l sa l s oh a sb e e ni m p r o v e d ( 6 ) i no r d e rt om a k eu pt h ed e f i c i e n c i e si ns y m b o ld r a w i n gf o rg d i + ， s o m es c h e m e sa r ep r o p o s e d ，w h i c hc o n t a i n sd o u b l ec a c h et e c h n o l o g y u s i n gg d i + i nv c + + 、t h eq u i c k - f i l l e da l g o r i t h ma b o u tu s i n gp o i n t s y m b o la n dl o c a lr e f r e s ht e c h n o l o g y i to b v i o u s l yi m p r o v et h et e m p oa n d q u a l i t yf o rm a ps y m b o ld a t a b a s e j k e yw o r d s ：m a ps y m b o l ，g d i + ，p a r a m e t r i c s t r u c t u r e ，o p t i m i z e d a l g o r i t h m i i i 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 地图符号 1 1 1 地图符号的发展 第一章绪论 符号学( s e m i o t i c s 或s e m i o l o g y ) 是研究符号传意的- - f 3 入文学科，包括研究 符号的本质、变化发展规律、与人类之间的联系等( 陈毓芬，1 9 9 5 ) 。符号是符号 学的基本概念之一，它是信息的外在表现形式或物质载体，是信息表达和传播中 不可缺少的元素。在日常生活中常见的符号类型有标点符号、数学符号、化学符 号、交通标志、时间符号、日期符号等等，当把符号学的原理应用到地图学变成 一门应用学科时，便产生一门新的学科一地图符号学。 地图符号学这一概念是由法国的贝尔廷提出的，他定义了区别于制图符号特 征的六个图形变量：形状、方向、尺寸、明度、密度和颜色，而这六个变量便组 成了描述图形符号规律的视觉变量( s e m i o l o g i eg r a p h i g u e ，1 9 6 7 ) 。视觉变量是 地图图形符号设计的基础，在提高符号构图规律和加强地图的表达效果方面起着 非常重要的作用，美国人鲁宾逊( a r o b i n s o n ) 提出了基本图形要素：色相、 亮度、尺寸、形状、密度、方向和位置( 地图学原理，1 9 8 4 ) ；在1 9 9 5 年又做了 进一步改进，将基本要素归为视觉变量，并且将视觉变量看成是由基本视觉变量 和从属视觉变量两部分组成。其中，基本视觉变量包括：形状、尺寸、方向、色 相、亮度、纯度，从属视觉变量包括网纹排列、网纹纹理、网纹方向( 陈毓芬，1 9 9 5 ) 。 地图符号学是研究地图符号系统的构图基础、感受方式和设计使用的科学， 更是研究和建立作为地图语言的地图符号系统的理论( 廖克，2 0 0 3 ) 。u 弗莱 塔克认为制图符号学是由制图语法、制图语义和制图语用三部分组成的，也就是 语法学、语义学和语用学( s e m i o t i ka n dk a r t o g r a p h i c ，1 9 7 1 ) 。这种观点沿用至 今，经过后期的继续发展应用到地图符号学上，便形成了目前对地图符号学研究 内容的认识，包括三方面内容( 廖克，2 0 0 3 ) ： ( 1 ) 地图符号的结构( 句法) 。研究建立与应用符号系统的法则及其结构特 点、地图语言的语法，形成相互联系的、完整的符号系统结构； ( 2 ) 地图符号的意义( 语义) 。研究各种地图符号所代表的地图信息的含义， 符号与表示对象以及对象之间的关系，能表达出任何信息内容，并保证符号能明 确代表所要表达的内容； ( 3 ) 地图符号的实用性( 语用) 。即研究作为信息表达手段的地图符号的信 息价值，用图者感受的特点，且符号系统应保证快速感受和牢固记忆。 地图符号是地图符号学的研究对象，被广泛应用于地图中来表示事物对象的 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 形状大小、空间位置、质量特征以及数量特征，在研究和设计地图符号时，要充 分考虑到符号与符号间、符号与制图对象间和符号同使用者之间的关系。广义的 地图符号是指表示各种事物现象的线划图形，色彩，数学语言和注记的总和，也 称为地图符号系统。狭义的地图符号是指在图上表示制图对象空间分布，数量， 质量等特征的标志( 百度百科，地图符号) 。简单点说，地图符号就是地图上各 种形状、大小和颜色的图形以及文字的总称，是表达地图内容的一种重要工具， 也是地图的基本特征之一 地形图图示作为地图符号的有效载体，代表着地形图上各种地物和地貌要素 的符号、注记和颜色的规则和标准，是测绘和出版地形图必须遵守的基本依据之 一，统一标准的图式能够清晰的反映出实地的形态特征和地貌特征，是人们阅读 和使用地形图的重要工具。根据地图比例尺的不同，对同一地物表达的地图符号 的选择也会有所不同，到目前为止，我国的地形图图式的国家标准或测绘行业标 准实施已有近2 0 年的时间，在我国的国家基础建设和测绘生产过程中起着重要 的作用，现有的一些标准文件有tg b t 7 9 2 9 l ：5 0 0 ，l ：1 0 0 0 ，l ：2 0 0 0 地形图图 式、g b t 5 7 9 1 1 ：5 0 0 0 ，1 ：1 0 0 0 0 地形图图式、g b1 2 3 4 3 2 1 ：2 5 0 0 0 、l ： 5 0 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 0 地形图编绘规范及图式、g b l 5 9 4 4 1 ：2 5 0 0 0 0 地形图编绘 规范及图式、g b1 4 5 1 2 1 ：1 0 0 0 0 0 0 地形图编绘规范及图式、c h t 4 0 1 l 1 ： 5 0 0 0 0 0 地形图编绘规范及图式( z b a7 9 0 0 1 ) 。随着新地物的不断出现，对地形 图图示的增添和修改将会是一个长期的过程。 地图符号是地图的语言，将地物的空间信息传递给人类，通过相应的符号模 型，就能对地理空间进行不同程度的抽象、概括和简化。地图符号由于受比例尺 变化影响小，故能较好地反映出区域的真实基本面貌，在提高了地图的表现力和 应用效果上能起着非常重要的作用。 1 1 2 地图符号的作用 g i s 研究的是海量空间信息数据的分析处理，怎么将这些分析处理结果用直 观的形式表达出来，为决策提供直观依据，是g i s 的主要功能之一。只有将空 间数据库中的海量数据转换为直观的图形信息，地理信息处理结果才能为规划、 管理与决策提供有力的支撑( 邬伦等，2 0 0 5 ) 。g i s 的可视化实际上就是通过计算 机，将获取的大量抽象的空间数据转换为人的视觉可以直接感受到的计算机图形 图像的一个过程，以此来表达模拟现实世界。 地图作为空间信息的载体和信息传输的手段，是空间实体的符号化模型，现 代地图经历了纸质地图、数字地图后，到了电子地图的发展阶段，其信息丰富多 样，能及时提供正确信息，方便快捷地修改、检索、传输信息，可以实现g i s 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 数据可视化，因此地图是g i s 产品的主要表现形式。根据地理实体的空间形态， 常用的地图种类有点位符号图、线状符号图、面状符号图、等值线图、三维立体 图、晕渲图等( 张正栋等，2 0 0 5 ) 。 地图符号是地图的语言，在g i s 中用来表示地理对象的种类、位置、大小、 形态、结构、质量与数量特征。k o u s s o u l a k o u 和k r a a k 对地图符号库的定义为： 地图符号库是用来管理地图符号的数据库。它可以在电子地图系统和g i s 系统 中实现可视化，并且能够为空间数据提供符号化功能( 谢超，2 0 0 6 ) 。g i s 中的 地图符号库通常分为矢量符号和栅格符号，分别组成矢量符号库和栅格符号库， 其中大部分属于二维符号。随着信息技术日新月异的发展，g i s 符号也朝着三维 方向发展，现有的g i s 三维符号主要借助于o p e n g l 平台加以显示，通过设置 o p e n g l 相关函数的参数，投影变换、阴影处理、光照模型处理和纹理映射，将 三维空间数据显示在二维的屏幕上。 1 2 地图符号库设计开发的研究现状 1 2 1 理论研究与基本实现 陈顺清总结了地形图符号库的特点：1 ) 一定的图形硬、软件支持；2 ) 一定的 比例尺要求；3 ) 地形图符号具有很强的逻辑性和规律性。在方便、灵活、实用 和节省空间与快速响应的原则下，提出了装配式符号库的构成和表格驱动式的符 号设计方法；程朋根提出了组合式绘制符号、线符号和参数化界面设计的方法， 接着采用面向对象的方法，完成了符号分类组织、符号库结构、符号设计软件及 空间信息符号化动态库的设计与研究，认为符号是“图素代码+ 图素描述参数 的集合；赵江洪等结合地图符号理论，考虑到符号的多样性和复杂性，提出了较 好的划分方案、结构设计及相应的关键算法，利用较少的通用模型和算法来实现 地图符号的绘制和制作；杨春成等应用了o o p 技术描述地图符号，将地图符号 的特征描述与特征再现分解开来，使得符号制作与符号调用不在同一系统中，提 高了系统的整体性a 日匕t - , ；针对数据库型符号库模型的不足，王伟等采用双层地图符 号库模型，继承了其他模型的高速和高质量优点，减少了代码量，提高了符号库 的系统独立性，并利用c o m 技术实现了地图符号库设计系统。 此外，为了满足地图需求的高精度地图符号，吴小芳等抽象分类符号图元， 利用g d i + 构建高精度地图符号库框架，较好地解决了g i s 系统下地图数据可视 化、地图输出与出版对高精度符号的需要。在提高绘图速率方面，也有学者做了 大量研究，蔡先华等采用基于特征元的方法，提高了线符号的绘制速率。 3 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 2 基于软件平台的实现 现有的数字化成图软件或是g i s 软件都有自己的地图符号库供用户选择使 用，同时会提供自己特有的符号设计器或者二次开发编程的接口。用户可以使用 符号设计器，按照自己的需求自行设计一些符号，也可以通过编程的方式，采用 相应软件规定的编程语言，用程序加以实现。常见的软件平台有a r c g i s 、 m a p l n f o 、g e o m e d i a 、m a p g i s 、s u p e r m a p 和c o r e l d r a w 等等。 a r c g i s 是美国e s r i 公司2 0 世纪8 0 年代初推出的一个g i s 软件，发展至今 已成为全球最著名的g i s 软件，a r c g i s 作为一个可伸缩的平台，无论是在桌面， 在服务器，在野外还是通过w e b ，为个人用户也为群体用户提供了全面的g i s 功能。用户可以使用a r c g i sd e s k t o p 框架中的符号编辑器制作相应的点、线、 面符号加以保存，保存文件的扩展名为s t y l e ，用户同样可以使用a e ( a r c g i s e n g i n e ) 嵌入式的开发制作符号，保存到扩展名为s e r v e r s t y l e 的样式文件库中。 m a p l n f o 是目前桌面办公系统中常用到的g i s 工具，由美国m a p l n f o 公司开 发，本身提供了点、线、面符号，由于只是示意性的，其功能不强，制作点符号 有两种途径实现：栅格位图和矢量符号，线符号通过该系统的m i l i s t e d e x e 开发， 面符号没有提供工具开发，需要用户自行解决，其符号库的制作难度大。 g e o m e d i a 是由i n t e r g r a p h 公司采用j u p i t e r 技术开发的新一代g i s 软件，有 丰富的点、线、区图形元素，加上多种多样的线型、填充模式和颜色等，可很好 的制作地图符号。用户根据自己的需要，通过“定义符号文件”功能可建立自己 的符号库，再用程序调用符号库即可实现对某一类地物符号化。 m a p g i s 是中国地质大学自主开发的g i s 工具，包含符号库、线型库、图案 库和色库等，有着方便快捷的符号制作和编辑功能，所有库的符号编辑工作都在 一个统一的系统库编辑工具下，但每个符号包含的图元文件大小不能超过6 4 k 。 s u p e r m a p 软件是由北京超图地理信息技术有限公司研制。s u p e r m a pd e s k p r o 中提供了快捷方便、功能强大的符号编辑器，该编辑器含有点、折线、弧线、六 边形、椭圆等等特殊笔画，也可以设定线型和面型，引入已有的符号文件等，用 户可根据自己所需设计新的地图符号。 c o r e l d r a w 是加拿大公司c o r e l 推出的绘图软件，它是基于各种w i n d o w s 平台上的矢量绘图软件，图形与符号功能强大，拥有一个庞大的矢量符号库，能 制作出其他绘图软件无法设计制作的符号，与此同时c o r e l d r a w 还提供了完善 的符号建立、编辑和维护的功能，用户可以方便的扩充符号库。 此外，常见的南方c a s s ，m i c r o s t a t i o n 等数字成图软件，都具备一定的地图 符号库的扩展和编辑功能。 4 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 3 研究现状的分析 地图符号库的设计已趋向于采用面向对象的方法，将符号分为点、线、面文 件分别存储，并伴随有符号编辑器，可以交互式扩展系统的地图符号库。上述的 这些软件，虽都带有地图符号制作的功能，但仅局限于在自身软件平台上加以开 发，软件之间的符号库数据格式转换很困难，甚至于没有，通用性不强。有些软 件是国外的，所提供的地图符号库并不适合我国的国情需要，还需用户自己去制 作开发，增大了用户的工作量。因此，加强地图符号库的管理，增进对地图符号 库设计技术的交流，研究出一套开放式的地图符号设计与实现方法，显得尤为重 要。 1 3g d l + 新一代图形处理技术 w i n d o w s 图形设备接口的早期版本是g d i ( g r a p h i c sd e v i c ei n t e r f a c e ，即图 形设备接口) ，作为w i n d o w sa p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 的一个重 要组成部分，它的主要任务是负责系统与绘图程序之间的信息交换，处理 w i n d o w s 程序的图形输出。g d i + 是g d i 的升级版本，在g d i 的基础上作了大量 的优化改进，易用性更好。g d i 其中的一个好处就是用户不必知道任何关于数据 怎样在设备上绘制图像的细节，g d i + 更好地拓展了这一优点，g d i 是一个中低 层a p i ，用户必须需要知道设备情况，而g d i + 是一个高层的a p i ，用户可以不 必知道设备情况，下图1 1 介绍g d i + 的封状与使用过程。此外，g d i + 不但在功 能上比g d i 强大很多，而且在代码编写方面也要显得更加简单方便，这将使得 其很快成为w i n d o w s 图形图像程序开发的首选。 c + + lc 掣、v b 、j 襻 ，l a f x w i 。 j r1 j r g d i p l 。， j r s y s t e m d r a w l 。g 【d l l l j r g d i 类与结构 g d i + a p l g d i + 托管类接口 j l c + + 封装t0d i l e x p o n s j 千托管代码封装 c h 封装 ( m f c )g d i p l u s f l a t hg d i + 平面a p ig d i p l u s d l l 1 r 0 w i n g d l h g d ia p ig d d 2 锄 上 设备驱动程序 上 计算机硬件( 显示器、打印机等图形设备) 图l 。1g d i + 的封装与使用( 陈宝楷，2 0 0 7 ) 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 g d i + 支持浮点坐标，如p o i n t f 、s i z e f 、r e c t f 分别为表示浮点数据类型的点、 大小、矩形，由于在设备上的屏幕坐标是整型，在矢量图形放大缩小时，采用浮 点坐标则能更精确的在屏幕上定位。在颜色结构中增添了代表颜色透明度的 a l p h a 分量。库文件中增加了a l p h a 混合函数、抗锯齿处理和颜色混合函数，纹 理处理和渐变色画笔函数。对光栅格式的编码和解码的支持得到进一步扩展，调 节图像的亮度、对比度和颜色平衡，如：j p e g 、g i f , p n g 、b m p 、t i f f , i c o n 和e x i f 等图像文件格式，还能对图像进行旋转和任意范围的剪切等。此外，在颜色管理 中增加了对s r g b 、s r g b 6 4 和i c m 2 的支持，对版式的支持包括c l e a r t y p e 、纹 理和以渐变色填充的文本，以及对u n i c o n 和w i n d o w s 2 0 0 0 脚本的支持。 地图符号的显示同计算机技术的发展是息息相关的，g d i + 作为下一代图形设 备接口，具有更优良的图形图像处理特性，非常适合于底层编写绘制代码。也有 人使用t r u e t y p e 造字程序来进行符号库的开发，该方法把点状符号当成字库 里面一个成员，通过字库项目代码加以调用，能很好的实现点状符号的绘制，但 在线状符号和面状符号绘制上不尽人意。因此本文选用g d i + 作为设计实现地图 符号库的工具。 1 4 本文的研究内容与意义 现在已有学者对地图符号库的实现做了很多研究，也得出了一些实用的方 法。然而，当前的大部分研究工作者并没有给出完整的地图符号库设计与实现的 具体步骤，只是针对某一类地图符号的研究。随着计算机水平的不断提高，微软 视窗处理系统的不断推陈出新，使得处理图形图象的功能日臻强大，采用新的方 法实现地图符号库已经具备了硬件和软件上的条件。本文的目的就是要在v c + + 的平台上，以g d i + 图形处理接口为基础，开发出一整套参数化的地图符号库制 作方法，设计思路如下图1 - 2 所示： i ，一 、1 i i 匾l ：；g d i + 绘图： 掣磊一 ：、粤； 设计各类符号 的构图单元 + 设计各类构图 单元的参数组 织结构 i广一一一一一一一一一一一一 ；匝亟匦 幽医丽再澜 函剥l 堡鉴笙兰叁型里鍪l ii ， ： ：i 面状符号绘制函数l ii j一一一一一一一一一一一一一 图1 - 2 地图符号库的参数化设计思路 6 中南大学硕士学位论文第一章绪论 具体的研究内容包括以下几点： 1 ) 对点状符号、线状符号和面状符号设计参数化的数据组织结构。 2 ) 组合使用g d i + 函数，实现绘制符号的关键功能。 3 ) 优化g d i + 绘制符号的速率和准确性。 4 ) 实现作者参与开发的村镇增量信息更新系统( e v i l l a g e u p d a t e s y s t e m ) 的地 图符号库。 5 ) 采用图形处理优化方法，提高系统的符号绘制速率。 1 5 文章的组织结构 论文共分为六章，第一章为绪论，概述了选题的背景和与本文研究内容相关 的研究现状并加以分析，介绍了本文的研究内容和研究意义。 第二章介绍了本文设计地图符号库的初步准备工作，提出了符号库的组织结 构，描述了g d i + 的新功能以及在地图符号绘制上能利用到的方面。 第三章主要描述了点状符号、线状符号和面状符号的基本单元拆分形式，设 计了基本单元的参数化数据组织结构，并对每个参数的含义以及使用做了详细的 介绍；同时也设计了注记的结构体参数。 第四章介绍了组合g d i + 函数绘制地图符号和注记的方法，并对绘制线状符 号和面状符号的关键功能做出了详细介绍。 第五章针对利用g d i + 绘制地图符号的缺点以及提高符号绘制速率，提出了 复杂线状符号绘制的优化算法、二次缓存技术、面域的点状符号填充优化方法和 绘图区域的局部刷新技术。 第六章为结论与展望，对本文所做的工作做了总结，展望了今后的研究方向。 中南大学硕士学位论文 第二章地图符号库的设计与开发基础 第二章地图符号库的设计与开发基础 2 1 地图符号库的分析 要完成对地图符号库的设计，就必须弄清楚地图符号的基本特点，本节主要 介绍当前地图符号的分类形式，探讨出一般的设计原则，并简要说明本文对地图 符号库的认识和设计原理。 2 1 1 地图符号的基本分类 地图符号基本上有按几何特征分类、地图符号的几何精确性关系分类以及其 他分类等。根据地图符号的几何特征，大致可以分为点状符号、线状符号和面状 符号。 1 ) 点状符号 在地图上表示的对象在抽象的意义下其几何特征能定位于某一点的个体符 号，通过形状和颜色表示物体的含义，且符号大小与地图比例尺无关，点符号几 何性质突出，都有确定的定位点和方向性，图形不随所在位置的变化而变化，主 要有控制点、独立符号等，如图2 1 中所举示例： a 三角点 文 b 水准原点 c 独立天文点d 斜并井口 图2 1 点状符号举例 2 ) 线状符号 具有一条有形或者无形的中心线或者中心轴，表达空间上沿某个确定方向延 伸的线状或带状现象的符号，其长度与地图比例尺的大小有关，呈线段状。如下 图2 2 所示： 文轻轨 i l l h l l u = 亡二仁= 仁 b 已定国界c 建设中铁轨 图2 2 线状符号举例 8 一x x d 铁丝网 中南大学硕士学位论文 第二章地图符号库的设计与开发基础 3 ) 面状符号 用来表示二维地图上呈面状分布的地物或地理现象的符号，所处范围与地图 比例尺相关，一般有一条有形或无形的边际轮廓线，通过绘制轮廓线范围内的点、 线符号加以区分种类，依靠轮廓线定位。如图2 3 所示： a 草地 l lt l霉 b 芦苇地c 橡胶园 图2 3 面状符号举例 符号的几何精确性就是符号的形状和大小同地图比例尺的关系，可以分为： 依比例符号、不依比例符号、半依比例符号。 1 ) 依比例符号 能够保持地理对象的平面轮廓图形，在实地占有较大的面积，当比例尺缩小 后仍能清楚的显示其轮廓并且位置依旧不变，保持与地面实物相似，如大面积街 区、森林、海洋、湖泊、河流等。绘制时，通常以线划表示其外轮廓，采用符号 填充，特殊线填充或者颜色填充等。 2 ) 不依比例符号 通常所表示的物体在实地上的面积较小，不能完整的表示出物体的轮廓形 状，甚至缩至图上只能显示为一个点，不能按照地图比例尺量算物体的实际大小， 因此仅具有方位意义和表示物体类型的意义，这类符号按其设定好的定位点来确 定具体的位置。 3 ) 半依比例符号 多为线状符号，主要是指实地上的狭长物体的符号，能够在相应比例尺下表 示出物体的实际长度，但宽度不能表示出来，如狭长街区、铁路、公路、土堤等。 由于其表达特征，在图上只能测其长度，而不能测其宽度。 地面物体与符号图形的缩小比率并非总是一致的，这和国家制定的符号标准 有关。如表示学校的符号，在较大比例尺图上能完整的依比例表示，准确的绘制 出轮廓范围，属于面符号，而在较小比例尺图上则可能表示为半依比例号，甚至 非依比例符号，在国家基本比例尺地图图式第2 部分：1 ：5 0 0 0l ：1 0 0 0 0 地 形图图式中使用点符号文或者 表示，因此符号同比例尺关系具有一定的 相对性。 9 中南大学硕士学位论文第二章地图符号库的设计与开发基础 地图符号的分类方式除了上述两种主要分类之外，还有其他形式的分类。按 地图符号的视觉含义可以分为形象符号和抽象符号；按地图符号的设计视点可以 分为正形符号和侧视符号；按地图符号的外形特征可以分为几何符号、透视符号、 象形符号和艺术符号；按地图符号表示的制图对象的地理尺度可以分为定性符 ， 号、定量符号和等级符号( 张为成；2 0 0 5 ) 。 2 1 2 符号的定位点和定位线 大部分地图符号为不依比例符号，它们都是经过变型处理的图形，一般在设 计时就已规定了符号的哪一部分代表地物的实地位置，这些规定的点和线称为定 位点和定位线。点状符号是单个符号，采用定位点来表示代表对象的真实位置； 线状符号是代表呈线状分布的地理实体，采用定位线来表示其真实位置；面状符 号是依比例符号，表示的是具有相同特性的一块面域，其边界线就为定位线( 国 家基本比例尺地图图式第1 部分：1 ：5 0 0l ：1 0 0 01 ：2 0 0 0 地形图图式，2 0 0 7 ) 。 标准中对符号定位点和定位线选取标准如下 1 ) 符号图形中有一个点的、该点为地物的实地中心位置。如图2 - 4 所示，三 角点、独立天文点、图根点等的定位点为符号中心的圆点。 a 三角点 c 独立天文点 图2 - 4 内舍点的符号 # c 图根点 2 ) 宽底符号定位点在其图形的几何中心，如蒙古包、文物碑石、水塔等。 厂、 j l a 蒙古包 b 。文物碑石 图2 - 5 宽底符号 宜 c 水塔 3 ) 底部为直角的符号定位点在其直角的顶点，如路标、加油站、汽车停车站 等。 e a 路标 t b 加油站 图2 - 5 底部为直角的符号 1 0 p c 汽车停车站 中南大学硕士学位论文 第二章地图符号库的设计与开发基础 4 ) 几种图形组成的符号定位点在其下方图形的中心或交叉点，如敖包、卫星 地面站、假山等。 s a 敖包 氐 b 卫星地面站 图2 - 7 由多豺图形组合成的符号 a c 假山 5 ) 下方没有底线的符号定位点在其下方两端点连线的中心点，如地下窑洞、 亭、牌坊等。 n a 地下窑洞 龠 b 亭 图2 - 8 没有底线的符号 6 ) 圆形、正方形、长方形等符号，还有其他的不依比例尺表示的符号定位点 在其几何图形中心，如检修井孔、坎儿井、长途汽车站等。 o# a 检修井孔b 坎儿井 c 长途汽车站 图2 - 9 不依比例尺的其他符号 7 ) 线状符号定位线在其符号的中轴线；依比例尺表示时，在两侧线的中轴线。 如缆车道、国界等。 a 缆车道 图2 - 1 0 线状符号 2 1 3 符号库的绘制方法和组织结构 - - 一- 一- 叫 b 国界 符号库有矢量符号库和栅格符号库之分，本文主要介绍基于矢量数据的符号 库的设计方法。目前符号图形大都是采用国家制定的国家基本比例尺标准图式， 更多的是探讨实现符号库的方法。当前主要有两种方法来实现符号库的功能：一 种是基于程序的方法，一种基于函数的方法。 1 ) 基于程序的方法 r i lc 中南大学硕士学位论文第二章地图符号库的设计与开发基础 该方法是对每一类地图符号编写一个独立的绘图程序，这些程序的集合就构 成了符号库。绘图时，只需按照编号，输入相关的位置、大小、颜色等参数，程 序根据这些参数就能完成地图符号的绘制。 这种方法的关键是每个程序都必须对绘图要素、数学表达式和实现程序三个 方面均考虑完整。优点是可以根据符号编码直接调用相应绘制程序，自动地进行 符号化，缺点是不便于扩充，新建符号时，需要程序员编写新的代码，重新编译。 2 ) 基于函数的方法 该方法是采用公用函数的方法实现符号的绘制，按照面向对象的思想，用统 一的数据结构方法对符号进行描述，也就是每一个符号都有一条与之相应的描述 信息，将这些信息保存到一个文件或者数据库构成地图符号库。这种方法要求把 符号的图形特征抽象成可以用数据表达的形式，再按照一定的组织结构统一起 来，调用公用函数就能将符号绘制出来。该方法与程序的编写无关，便于动态增 添、编辑或删除符号，具有很强的灵活性。下表2 1 为两种方法的在程序上的比 较。 表2 - i 符号绘制方法 点状符号线状符号面状符号 d r a w p t - s j d ( ) ；三角点 d r a w p l _ b z t l ( ) ；标准 程序法d r a w p t _ t w d l d ( ) ；1 1 天文独 铁路 d r a w p g _ l w d ( ) ；芦苇地 d r a w p l _ y d g j 0 ；已定 d r a w p gg y 0 ；果园 立点 国界 d r a w p o i n t s y m b o l ( i n td r a w l i n e s y m b o l ( i n t 函数法p t c l a s s i d ) ：绘制点状p l c l a s s i d ) ；绘制线状 d r a w p o l y g o n s y m b o l ( i n t p g cl a s s l d ) ；1 1 绘制面状 符号符号 本文采用的是基于函数的实现方法，按照符号的几何特征分为点状符号、线 状符号和面状符号。描述符号的数据文件是以饮t 格式文件保存，如图2 1 1 所示。 文中所用到的绘图统一函数如图2 1 2 所示， l 塌匹丁1 皿舅u 西一r 摧璺j 一僵l l ，n 文件编辑? 捂交查看帮助q 五 1 1 0 1 8 4 ；t ，0 ，0 ，0 ，o ，1 。1 8 0 ，口，1 ，3 0 ；r ，日囊 1 19 1 盱：c ，0 。0 ，0 ，0 ，1 0 。o 。1 ，1 。0 ：n ，0 ，9a 1 1 6 2 0 1 ；c ，0 ，o 。0 ，0 ，1 。0 ，0 ，1 ，2 ：l 。0 ，0 。b 燮 1 1 口2 0 2 ；c ，0 ，0 。0 ，0 ，1 0 0 ，1 1 ：l 0 。0 b 1 1 眈；t ，0 。0 ，0 0 ，1 ，o ，0 ，1 ，3 ；c ，9 ，0 日 1 1 0 0 2 ；t 0 ，。2 ，0 ，口，s ，7 2 ，0 1 。1 4 s ，1 2 2 呐；l ，0 ，0 。0 ，日，1 ，0 。0 ，1 ，0 7 0 7 ，9 2 2 口4 日0 ；r ，0 ，0 ，0 ，0 ，1 0 。0 ，1 ，1 6 。1 6 ，0 2 5 0 1 1 0 6 ；l 。0 ，0 0 ，0 ，1 口，0 。1 。2 。2 0 0 ，b 2 s 0 1 ；l o ，0 ，0 ，0 ，1 。0 0 ，1 ，1 1 ，o ，o ，日 2 5 0 6 0 2 ；l 。0 ，0 ，b ，0 ，1 ，0 ，b ，1 ，1 ，1 ，9 ，0 g 2 s 0 6 0 3 ；l ，b ，0 9 ，0 ，2 。9 0 ，0 。1 ，1 1 。0 。0 ， 2 5 肺呐；l ，0 ，0 ，0 。0 ，2 。9 0 ，0 。1 1 ，1 ，0 ，9 ， 2 6 0 7 0 0 ；c 0 。0 。0 ，0 ，1 ，0 ，0 ，1 。0 8 ；l 。0 2 2 6 0 8 0 0 ；l ，一0 8 ，0 o ，日，h ，9 0 ，0 ，1 1 3 ，1 2 6 0 9 0 0 ；l ，0 ，0 。0 0 1 0 。0 ，1 。1 2 s 。1 2 5 2 6 1 3 0 1 ：l 。0 ，0 ，0 ，0 。1 9 ，0 1 ，3 1 s ，3 7 5 2 6 1 3 0 2 ；l ，0 ，0 ，0 ，0 ，1 ，0 ，0 ，1 ，3 1 s ，3 7 5 2 6 1 3 0 3 ；l 。0 ，0 ，0 ，o 。1 ，0 ，b ，1 s 5 0 ，0 。0 2 7 鸵b 1 ：l ，0 ，一2 2 4 ，0 ，0 。1 0 ，0 ，1 ，2 3 4 ，嚣 蘧： 、篓：溺。篱。 图2 1 1 符号库的数据文件 j c r e a t e ( c s t r i n gz s y m b o l f i l e ，漆 ；移c r e a t i n 弓 】r c l i n e ( i n tn s t y l 气 国c r e