第五章-地理信息系统产品的输出设计

1、第五章第五章 地理信息系统产品输出设计地理信息系统产品输出设计第一节第一节 地理信息系统产品的输出形式地理信息系统产品的输出形式第二节第二节 地理信息系统图形输出系统设计地理信息系统图形输出系统设计第三节第三节 地理信息系统可视化与虚拟现实地理信息系统可视化与虚拟现实第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式 地理信息系统产品输出是按用户能理解的形式或能够传送到其它计算地理信息系统产品输出是按用户能理解的形式或能够传送到其它计算机并能立即使用的形式表示数据处理结果这样一种操作过程。机并能立即使用的形式表示数据处理结果这样一种操作过程。 人们能理解的共同形式（有时叫做兼容输出）是地图、图

2、形、表格等；人们能理解的共同形式（有时叫做兼容输出）是地图、图形、表格等；计算机兼容的形式是能读入其他计算机系统的磁盘、磁带等记录形式，还计算机兼容的形式是能读入其他计算机系统的磁盘、磁带等记录形式，还包括某些通讯网、电话线、无线电话连接设施等电子传输形式。包括某些通讯网、电话线、无线电话连接设施等电子传输形式。一、一、GISGIS产品基本概念产品基本概念 是指由系统处理、分析、可以直接提供研究、规划和决策人员使是指由系统处理、分析、可以直接提供研究、规划和决策人员使用的产品，其形式有用的产品，其形式有地图地图、图象图象、统计图表统计图表以及各种格式的以及各种格式的数字产品数字产品等，是系统中

3、数据的表现形式。等，是系统中数据的表现形式。1 1、地图、地图 GISGIS中图形的输出的主要形式，是空间实体的符号化模型。具有以下特征：中图形的输出的主要形式，是空间实体的符号化模型。具有以下特征：（1 1）采用特殊数学法则产生的可量测性：）采用特殊数学法则产生的可量测性：采用地图投影、比例尺和定向将采用地图投影、比例尺和定向将地球表面的实体投影到二维平面并制成各种分幅的地图。地球表面的实体投影到二维平面并制成各种分幅的地图。（2 2）使用符号化模型产生的直观性：）使用符号化模型产生的直观性：用颜色、尺寸、大小等表示点状符号、用颜色、尺寸、大小等表示点状符号、线状符号、面状符号。线状符号、面

4、状符号。（3 3）采用制图综合产生的一览性：）采用制图综合产生的一览性：制图综合对实体质量特征进行分类分级，制图综合对实体质量特征进行分类分级，对次要的实体或实体特征进行选取概括，使得反映的地理现象主次分明确对次要的实体或实体特征进行选取概括，使得反映的地理现象主次分明确切地表示出各要素间相互关系，更易于理解事物本质和规律。切地表示出各要素间相互关系，更易于理解事物本质和规律。二、二、 GISGIS产品类型产品类型第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式2 2、图像、图像 GISGIS中图形的输出的另一种形式，它也是空间实体的一种模型，其特点为：中图形的输出的另一种形式，它也是空间实

5、体的一种模型，其特点为：（1 1）不用符号化方式，而是采用人的直观视觉变量如色、灰度、模式表示不用符号化方式，而是采用人的直观视觉变量如色、灰度、模式表示空间实体的质量特性。空间实体的质量特性。（2 2）通常将空间划分为规则的单元，并赋予视觉变量。通常将空间划分为规则的单元，并赋予视觉变量。3 3、统计图表、统计图表 统计图表用以表示非空间信息。统计图与地图综合使用，形成以统计符统计图表用以表示非空间信息。统计图与地图综合使用，形成以统计符号表示的专题图。号表示的专题图。4 4、其它、其它 数字地图等。数字地图等。第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式三、地理信息系统产品的输出设备

6、三、地理信息系统产品的输出设备硬件硬件 打印机打印机( (字符图形字符图形) )、绘图机、显示屏、胶片记录仪等。根据图形设、绘图机、显示屏、胶片记录仪等。根据图形设备输出形式可以将其划分为矢量制图设备和栅格制图设备，即矢量制图备输出形式可以将其划分为矢量制图设备和栅格制图设备，即矢量制图和栅格制图。和栅格制图。软件软件 GISGIS具有一系列产品输出软件具有一系列产品输出软件: :包括图形（图象、图表）输出、外部转包括图形（图象、图表）输出、外部转换、符号设计三部分。输出软件应有好的用户界面，如采用菜单、窗口、换、符号设计三部分。输出软件应有好的用户界面，如采用菜单、窗口、图符（图符（icon

7、)icon)等技术。等技术。 第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式地理信息系统产品的输出设备地理信息系统产品的输出设备四、主要产品介绍四、主要产品介绍1 1、常规地图、常规地图(1)(1)全要素地图全要素地图 指地形图，包括水系、地貌、植被、居民点、交通、境界、独立地物指地形图，包括水系、地貌、植被、居民点、交通、境界、独立地物等内容。等内容。(2)(2)各类专题图各类专题图 专题图是突出表示一种或几种自然或社会经济现象的地图。它主要由专题图是突出表示一种或几种自然或社会经济现象的地图。它主要由地理基础和专题内容两部分组成。专题图按照空间分布的点状、线状和面地理基础和专题内容两部

8、分组成。专题图按照空间分布的点状、线状和面状分布大致有以下的一些表示方法：定点符号法、线状符号法、质别底色状分布大致有以下的一些表示方法：定点符号法、线状符号法、质别底色法、等值线法、定位图表法、范围法、点值法、分值比较法、分区图表法法、等值线法、定位图表法、范围法、点值法、分值比较法、分区图表法和动线法等。和动线法等。 第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式质别底色法质别底色法定点符号法定点符号法点值法点值法分区图表法分区图表法分区图表法分区图表法线状符号法线状符号法等直线法等直线法范围法范围法分级统计法分级统计法（3 3）遥感影像地图）遥感影像地图第一节第一节 GISGIS产品

9、输出形式产品输出形式（4 4）统计图表与数据报表）统计图表与数据报表统计图统计图 统计图是将这些属性数据传递给用户。统计图的主要类型有统计图是将这些属性数据传递给用户。统计图的主要类型有柱状柱状图图、扇形图扇形图、直方图直方图、折线图折线图和和散点图散点图等。等。数据报表数据报表 统计表格是详尽表示非空间数据的方法，不直观，但可提供详细统计表格是详尽表示非空间数据的方法，不直观，但可提供详细数据，可对数据再处理。数据，可对数据再处理。第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式统计图表举例统计图表举例第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式2 2、数字地图、数字地图种类：屏幕地

10、图，电子地图，动态地图种类：屏幕地图，电子地图，动态地图特点：特点：（1 1）信息存储量大、体积小、便于携带。信息存储量大、体积小、便于携带。（2 2）利用高分辨率的显示器实现地图的显示，提高地图的现实精度。利用高分辨率的显示器实现地图的显示，提高地图的现实精度。（3 3）便于与遥感和便于与遥感和GISGIS相结合，以及便于多层次信息的复合分析。相结合，以及便于多层次信息的复合分析。第一节第一节 GISGIS产品输出形式产品输出形式第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计 一、基本理论一、基本理论(1)(1)世界坐标系与大地坐标系世界坐标系与大地坐标系 世界坐标系世界坐标系(

11、World Coordinates(World Coordinates，简称，简称WC)WC)，也称为用户坐标系。一般，也称为用户坐标系。一般由用户自己选定，与机器设备无关。由用户自己选定，与机器设备无关。 大地坐标系大地坐标系(Geodetic Coordinates)(Geodetic Coordinates)是地理坐标系的一种。大地原点是地理坐标系的一种。大地原点是大地坐标的起算点，一般由国家或地区选定。大地坐标采用由大地测量是大地坐标的起算点，一般由国家或地区选定。大地坐标采用由大地测量方法决定的大地纬度方法决定的大地纬度( (B B) )和大地经度和大地经度( (L L) )。 54

12、54北京坐标系：选定北京为坐标原点，根据该点推得的坐标。北京坐标系：选定北京为坐标原点，根据该点推得的坐标。 8080陕西坐标系：选定陕西省泾阳县永乐镇设立新的大地原点。陕西坐标系：选定陕西省泾阳县永乐镇设立新的大地原点。1 1 图形坐标系统图形坐标系统第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计（2 2）输出设备的物理坐标与逻辑坐标系）输出设备的物理坐标与逻辑坐标系 在设计、描述图形对象时，用户使用的是对象所在的世界坐标系在设计、描述图形对象时，用户使用的是对象所在的世界坐标系(用户用户坐标系坐标系)。在输出时，往往要使用与设备物理参数有关的设备坐标系。在输出时，往往要使用与设

13、备物理参数有关的设备坐标系(Device Coordinates，简称，简称DC)。设备坐标系设备坐标系：是物理设备的输入输出：是物理设备的输入输出(IO)空间。每一种图形设备都有空间。每一种图形设备都有其独有的坐标系，如图形显示器使用荧屏坐标系，其坐标原点大都在左其独有的坐标系，如图形显示器使用荧屏坐标系，其坐标原点大都在左上角；绘图机使用绘图坐标系，其坐标原点在板面的左下角等。上角；绘图机使用绘图坐标系，其坐标原点在板面的左下角等。逻辑坐标系逻辑坐标系：为了方便图形的输出，在世界坐标系：为了方便图形的输出，在世界坐标系(WC)和设备坐标系和设备坐标系(DC)之间定义了一个与设备无关的规范化

14、设备坐标系之间定义了一个与设备无关的规范化设备坐标系(Normalized Device Coordinates，简称，简称NDC)，这种坐标系的每一维坐标的取值范围可以为，这种坐标系的每一维坐标的取值范围可以为0，1，也可以是，也可以是0到到65535之间的整数。之间的整数。 第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计（1）RGB表示，三基色定理表示，三基色定理红（红（R）绿（）绿（G）蓝（）蓝（B）三色通过叠加形成一种混合色）三色通过叠加形成一种混合色例如：例如： 白色（白色（R G B）= （255， 255 ，255） 黑色（黑色（R G B）=（0，0，0） R G

15、B组成的立方体是非线性的，即两种颜色相近的程度不能简单地组成的立方体是非线性的，即两种颜色相近的程度不能简单地用欧氏距离来表示。用欧氏距离来表示。应用：应用：用于彩色监视器。用于彩色监视器。2 颜色模型和颜色空间颜色模型和颜色空间地图的表示用颜色、符号、注记等方法。地图的表示用颜色、符号、注记等方法。第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计H（Hue)色度：色度：反映颜色的分类，如纯红、品红；反映颜色的分类，如纯红、品红；L (Light)亮度：亮度：反映颜色黑的程度，如白色的亮度比黑色的亮度高反映颜色黑的程度，如白色的亮度比黑色的亮度高S (Saturation)饱和度：饱

16、和度：反映颜色的纯度，如纯红的饱和度比粉红的饱反映颜色的纯度，如纯红的饱和度比粉红的饱和度高。和度高。用用HLS表示后，最后还是转成表示后，最后还是转成RGB显示。显示。应用：应用：用于彩色监视器用于彩色监视器(遥感影像显示等遥感影像显示等) 。（2）HLS表示表示第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计青色青色(C)(C)、品红、品红(M)(M)、黄色、黄色(Y)(Y)分别是红色、绿色和蓝色的补色。这分别是红色、绿色和蓝色的补色。这三种颜色是通过白光中消除或减去某种颜色来规定的。其它颜色可三种颜色是通过白光中消除或减去某种颜色来规定的。其它颜色可以通过这三种颜色的混合来得到

17、。以通过这三种颜色的混合来得到。应用应用：在硬拷贝机中使用。：在硬拷贝机中使用。（3 3）CMYCMY表示表示第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计二、输出的几何变换二、输出的几何变换v二维图形变换二维图形变换v三维图形变换三维图形变换v地图投影变换地图投影变换 几何变换就是如何实现从用户坐标系到荧屏坐标系的变换。变换几何变换就是如何实现从用户坐标系到荧屏坐标系的变换。变换类型包括：类型包括：第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计 二维图形的变换类型主要包括比例、旋转、平移、镜像、观察变换等。二维

18、图形的变换类型主要包括比例、旋转、平移、镜像、观察变换等。(1)(1)比例变换：比例变换：比例变换就是将平面上任意一点比例变换就是将平面上任意一点(x(x，y)y)的横坐标放大或缩小的横坐标放大或缩小S S1111倍，纵坐标放大或缩小倍，纵坐标放大或缩小S S2222倍。倍。(2)(2)旋转变换：旋转变换：旋转变换就是将平面上任意一点绕原点旋转某一角度，一般旋转变换就是将平面上任意一点绕原点旋转某一角度，一般规定逆时针方向为正，顺时针方向为负。规定逆时针方向为正，顺时针方向为负。(3)(3)平移变换：平移变换：平移变换平移变换是将平面上任意一点沿平移变换平移变换是将平面上任意一点沿x x方向移

19、动方向移动t tx x，沿，沿y y方向移动方向移动t ty y 。1 1 二维图形变换二维图形变换第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计(4)(4)镜像变换镜像变换 镜像变换就是将平面上的二维图形绕一直线镜像变换就是将平面上的二维图形绕一直线axax+ +byby+ +c c=0=0对称变换。对称变换。(5)(5)漫游和缩放漫游和缩放 就是把用户坐标系中指定窗口内的图形映射到荧屏上的视图区的过就是把用户坐标系中指定窗口内的图形映射到荧屏上的视图区的过程。实现对画面的漫游和缩放。程。实现对画面的漫游和缩放。第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计2 2 三

20、维图形变换三维图形变换 三维空间的点可以用齐次坐标系表示三维空间的点可以用齐次坐标系表示:H Hx x H Hy y H Hz z H H ，其中，其中H H不等不等于于0 0。若。若H H=1=1，则为规范齐次坐标。，则为规范齐次坐标。三维图形变换过程三维图形变换过程 使用齐次坐标后，首先对图形进行平移变换和比例变换，再进行使用齐次坐标后，首先对图形进行平移变换和比例变换，再进行平行投影，可实现平行投影，可实现三维图形变换。三维图形变换。3 3 地图投影变换地图投影变换 地图投影变换就是从一种地图投影变换为另一种地图投影。其实地图投影变换就是从一种地图投影变换为另一种地图投影。其实质是建立两

21、平面之间及邻域双向连续点的一一对应关系。质是建立两平面之间及邻域双向连续点的一一对应关系。第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计三、地形图与专题图的输出组织形式三、地形图与专题图的输出组织形式 计算机中的地图通常以计算机中的地图通常以图层图层进行组织，每一进行组织，每一图层图层包含地图的一包含地图的一个个不同部分不同部分。地图中的各种要素，如境界线、交通线、居民地等。地图中的各种要素，如境界线、交通线、居民地等等，常放在不同图层中。等，常放在不同图层中。图层是透明的图层是透明的，各图层叠加在一起构成，各图层叠加在一起构成完整的一幅地图。完整的一幅地图。 1 1透明图层与影像

22、图层透明图层与影像图层 在统一的空间坐标系下，遥感影像也可以作为图层进行组织，可在统一的空间坐标系下，遥感影像也可以作为图层进行组织，可以与矢量图层进行叠合。以与矢量图层进行叠合。第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出系统设计2 2 专题图的符号系统专题图的符号系统专题图的符号取决于实体的位置，形状取决于实体的质量或者数量特征。专题图的符号取决于实体的位置，形状取决于实体的质量或者数量特征。专题图的符号可分为：专题图的符号可分为：v 点符号点符号v 线状符号线状符号v 面状符号面状符号常见的面状符号 常见的线状符号 常见的点状符号 第二节第二节 GISGIS图形输出系统设计图形输出

23、系统设计专题图的符号系统举例专题图的符号系统举例第三节第三节 GISGIS可视化与虚拟现实可视化与虚拟现实 可视化的概念首先在可视化的概念首先在19871987年由美国国家自然科学基金会员会图形图年由美国国家自然科学基金会员会图形图象专题组提出了科学计算可视化（象专题组提出了科学计算可视化（visualization in scientific visualization in scientific computing)computing)，它研究如何将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转，它研究如何将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转换成图形或图像信息，并可进行交互式分析。换成图形或图

24、像信息，并可进行交互式分析。 但是随着计算机技术，尤其是计算机图形学技术和图像处理技术的但是随着计算机技术，尤其是计算机图形学技术和图像处理技术的发展，一种动态的、交互式的地理信息系统可视化产品正在引起越来越发展，一种动态的、交互式的地理信息系统可视化产品正在引起越来越多的关注，成为地理信息系统研究领域的热点之一。多的关注，成为地理信息系统研究领域的热点之一。 纸质地图是地理信息系统的一种重要输出形式。毫无疑问，它是可纸质地图是地理信息系统的一种重要输出形式。毫无疑问，它是可视化的产品。视化的产品。 虚拟现实技术是实现地理信息系统可视化的关键所在。虚拟现实技术是实现地理信息系统可视化的关键所在

25、。第三节第三节 GISGIS可视化与虚拟现实可视化与虚拟现实一、三维空间图形模型一、三维空间图形模型 模型是用来表示实际的或抽象的物体和现象。现实世界中的地理模型是用来表示实际的或抽象的物体和现象。现实世界中的地理实体可以用形象的、直观的三维空间图形的模型加以表达。实体可以用形象的、直观的三维空间图形的模型加以表达。地理实体的模型就其复杂程度而言，可以分为三类：地理实体的模型就其复杂程度而言，可以分为三类：v 线框模型线框模型v 面模型面模型v 实体模型实体模型第三节第三节 GISGIS可视化与虚拟现实可视化与虚拟现实1 1 线框模型线框模型使用直线、折线、曲线等物体的棱边来表示其形体特征。使用直线、折线、曲线等物体的棱边来表示其形体特征。优点：优点：简单，易于生成各种投影视图。简单，易于生成各种投影视图。缺点：缺点：无法给出物体的表面信息。无法给出物体的表面信息。2 2 面模型面模型面模型是在线框模型的基础上增加了有关面与边的拓扑关系信息面模型是在线框模型的基础上增加了有关面与边的拓扑关系信息而得，主要使用多边形、曲面等物体的各个表面单位来表示形体而得，主要使用多边形、曲面等物体的各个表面单位来表示形体特征。特征。优点：优点：具有丰富的形体信息。具有丰富的形体信息。缺点：缺点：无法表示物体的实心还是空心，内外部信息等。无法表示物体的实心还是空心，内外