GIS原理与方法201112-12GIS输出与地图可视化

1、中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院地理信息系统原理地理信息系统原理中国地质大学江城学院GIS GIS 原理与方法原理与方法 1 1 绪论绪论 2 2 空间数据结构空间数据结构 3 3 地理信息系统的地理数学基础地理信息系统的地理数学基础 4 4 地理信息系统的数据输入地理信息系统的数据输入 5 5 地理信息系统的数据处理地理信息系统的数据处理 6 6 空间数据管理空间数据管理 8 8 空间分析空间分析 9 9 数字高程模型数字高程模型 12 GIS12 GIS输出与数字地图输出与数字地图 13 13 地理信息系统工程地理信息系统工程 14 14 地理信息系统的发展趋势

2、地理信息系统的发展趋势 中国地质大学江城学院第十二章第十二章 GISGIS的数据输出与地图可视化的数据输出与地图可视化 12.1 GIS的输出的输出 12.2 地图符号地图符号 12.3 专题信息表达专题信息表达 12.4 电子地图电子地图 12.5 空间信息可视化空间信息可视化 12.6 计算机地图出版系统计算机地图出版系统中国地质大学江城学院 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。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。 人们能理解的共同形式

3、（有时叫做兼容输出）是地图、图形、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，还包括某些通讯网、电话线、无线电话连接设施等电等记录形式，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。子传输形式。GISGIS输出产品输出产品 是指由系统处理、分析、可以直接提供研究、规划和决策人员是指由系统处理、分析、可以直接提供研究、规划和决策人员使用的产品，其形式有使用的产品，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数字产品产

4、品等，是系统中数据的表现形式。等，是系统中数据的表现形式。12.1 GIS12.1 GIS的输出的输出中国地质大学江城学院喷墨绘图仪矢量绘图仪高分辨率彩显打印机胶片输出仪虚拟现实与仿真系统产品输出软件系统解决方案普通地图专题地图影像地图统计报表三维数字模型或虚拟环境决策方案中国地质大学江城学院 地图 图像 统计表 三维多媒体虚拟现实中国地质大学江城学院 地理信息系统产品的类型主要有普通地图、专题地图、影像地图、统计报表、三维数字模型、三维虚拟地图、决策方案等。中国地质大学江城学院 一、普通地图一、普通地图 普通地图包括静态显示和动态显示的普通地图和晕宣普通地图包括静态显示和动态显示的普通地图和

5、晕宣地图（下图，左为晕宣图，右为线化图）。可提供布地图（下图，左为晕宣图，右为线化图）。可提供布局合理、比例适当、负载平衡、符号化明确、图例正局合理、比例适当、负载平衡、符号化明确、图例正确、易于出版印刷等地图产品。确、易于出版印刷等地图产品。普通地图输出普通地图输出 中国地质大学江城学院 二、专题地图二、专题地图 提供按专题属性显示或某种专题应用的提供按专题属性显示或某种专题应用的多种类型专题类别地图。多种类型专题类别地图。 中国地质大学江城学院（1）房产地图）房产地图 （2）分区地图）分区地图 （3）道路交通地图）道路交通地图 （4）统计专题地图）统计专题地图 中国地质大学江城学院 专题地

6、图可根据专题属性进行显示和制图。主要方法有： 中国地质大学江城学院 1、按分类码显示制图、按分类码显示制图 可根据地物的分类码查询检索显示制图可根据地物的分类码查询检索显示制图 分类码专题制图分类码专题制图 中国地质大学江城学院 2、按计算量测值显示制图、按计算量测值显示制图 可根据地物的计算量测值显示制图。如计算的人可根据地物的计算量测值显示制图。如计算的人口密度、建筑密度等。口密度、建筑密度等。中国地质大学江城学院 3、按整数属性值分色显示制图、按整数属性值分色显示制图 可根据地物的整数属性值分色值显示制图。如森可根据地物的整数属性值分色值显示制图。如森林覆盖类型、道路等级等。林覆盖类型、

7、道路等级等。整数属性值分色值显示制图整数属性值分色值显示制图 中国地质大学江城学院 4、按数值分类显示制图、按数值分类显示制图 某些数值可按一定的区某些数值可按一定的区间进行分组、分类显示制间进行分组、分类显示制图图 。数值分类显示制图数值分类显示制图 中国地质大学江城学院 5、分类统计显示、分类统计显示 某些数值可先进行统某些数值可先进行统计，然后将统计结果计，然后将统计结果进行显示制图。进行显示制图。 中国地质大学江城学院 三、影像地图三、影像地图 影象地图包括正射影像图、栅格地图、分类渐进色彩显示的地图和多光谱影像图等。中国地质大学江城学院 1、正射影像图、正射影像图遥感影像经几何纠正处

8、理后，得到正射影像图。遥感影像经几何纠正处理后，得到正射影像图。 中国地质大学江城学院 2、栅格地图、栅格地图 空间数据分类的栅格空间数据分类的栅格化显示、扫描地图、化显示、扫描地图、网格观测数据等可通网格观测数据等可通过栅格地图显示制图。过栅格地图显示制图。 中国地质大学江城学院 3、分类渐进色彩显示、分类渐进色彩显示的地图的地图 一些观测结果，如污一些观测结果，如污染程度、温度分布等染程度、温度分布等可通过分类渐进色彩可通过分类渐进色彩显示进行制图。显示进行制图。 中国地质大学江城学院 4、按光谱显示制图、按光谱显示制图 遥感影像或观测的多遥感影像或观测的多属性值可按光谱或分属性值可按光谱

9、或分层显示制图。层显示制图。 中国地质大学江城学院 四、统计报表输出四、统计报表输出 统计报表是统计报表是GIS的常见的常见输出形式。可输出各输出形式。可输出各种类型的统计图、统种类型的统计图、统计表。计表。 中国地质大学江城学院 五、三维模型和虚拟环境五、三维模型和虚拟环境 三维模型提供GIS分析结果的虚拟数字产品，如数字高程模型、数字景观模型、数字城市模型、三维仿真地图、数字管线模型等（图16-14）。虚拟环境是基于三维虚拟现实与仿真系统，提供的三维虚拟场景 。中国地质大学江城学院（1）数字高程模型）数字高程模型 （2）数字景观模型）数字景观模型 （4）数字管线模型）数字管线模型 （3）三

10、维仿真地图）三维仿真地图中国地质大学江城学院（5）数字城市模型）数字城市模型 中国地质大学江城学院三维虚拟场景三维虚拟场景 中国地质大学江城学院 六、决策方案六、决策方案 地理信息系统的决策地理信息系统的决策支持分析的的结果往支持分析的的结果往往以地图和报表的结往以地图和报表的结合形式输出。如选址合形式输出。如选址分析、拆迁分析、路分析、拆迁分析、路径分析、资源分配分径分析、资源分配分析等。析等。 选址分析决策方案输出选址分析决策方案输出 中国地质大学江城学院12.1.2 GIS12.1.2 GIS输出设备输出设备 硬件硬件 笔式绘图仪笔式绘图仪 光栅扫描显示器光栅扫描显示器 点阵式打印机点阵

11、式打印机 静电绘图仪静电绘图仪 激光照排机激光照排机 喷墨绘图仪喷墨绘图仪中国地质大学江城学院12.1.2 12.1.2 GISGIS输出设备输出设备设备设备图形输出方式图形输出方式精度精度特点特点矢量绘图机矢量绘图机矢量线划矢量线划高高适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图等特殊方式的绘图等特殊方式的绘图喷墨打印机喷墨打印机栅格点阵栅格点阵高高可制作彩色地图与影像地图等各类精致地图可制作彩色地图与影像地图等各类精致地图制品。制品。高分辨彩显高分辨彩显屏幕像元点阵屏幕像元点阵一般一般实时显示实时显示GIS的各类图形、图像产品。的各类图形、图像产品。行式打印

12、机行式打印机字符点阵字符点阵差差以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精度差，变形大。度差，变形大。胶片拷贝机胶片拷贝机光栅光栅较高较高可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯片或正胶片。片或正胶片。中国地质大学江城学院第十二章第十二章 GISGIS的数据输出与地图可视化的数据输出与地图可视化 12.1 GIS的输出的输出 12.2 地图符号地图符号 12.3 专题信息表达专题信息表达 12.4 电子地图电子地图 12.5 空间信息可视化空间信息可视化 12.6 计算机地图出版系统计算机地图出版系统中国地质大学江城学院12

13、.2 12.2 地图符号地图符号 12.2.1 12.2.1 地图符号的实质地图符号的实质 地图符号的实质是以约定关系为基础，用一种视觉形象图形来代地图符号的实质是以约定关系为基础，用一种视觉形象图形来代指事物的抽象概念。指事物的抽象概念。 例如，黑色代表居民地、独立地物，蓝色代表水系，棕色代表地例如，黑色代表居民地、独立地物，蓝色代表水系，棕色代表地貌，绿色代表森林，河流用由细到粗的渐变线表示等。貌，绿色代表森林，河流用由细到粗的渐变线表示等。 中国地质大学江城学院12.2.2 12.2.2 地图符号的分类地图符号的分类1.1.按符号的图形特征可分为：按符号的图形特征可分为：v 点符号点符号

14、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面状符号 常见的线状符号常见的线状符号 常见的点状符号常见的点状符号 中国地质大学江城学院符号系统举例符号系统举例点符点符号号线符号线符号面符号面符号中国地质大学江城学院2.2.按符号和所表示对象的比例关系可分为：按符号和所表示对象的比例关系可分为：v 依比例符号依比例符号 大多为面状大多为面状v 半依比例符号半依比例符号 大多为线状大多为线状v 不依比例符号不依比例符号 大多为点状大多为点状3.3.按符号所表示制图对象的地理特征量度可分为：按符号所表示制图对象的地理特征量度可分为：v 定性符号定性符号v 定量符号定量符号v 等级符号

15、等级符号参见第参见第3 3节：专题信息表达节：专题信息表达中国地质大学江城学院12.2.3 12.2.3 地图符号的设计要求地图符号的设计要求 1. 符号要简明、形状要图案化符号要简明、形状要图案化 2. 符号应有概括性和表现力符号应有概括性和表现力 3. 符号应有独立性和逻辑系统性符号应有独立性和逻辑系统性 4. 符号色彩要有象征性符号色彩要有象征性 5. 符号总体要有艺术性符号总体要有艺术性中国地质大学江城学院第十二章第十二章 GISGIS的数据输出与地图可视的数据输出与地图可视化化 12.1 GIS的输出的输出 12.2 地图符号地图符号 12.3 专题信息表达专题信息表达 12.4 电

16、子地图电子地图 12.5 空间信息可视化空间信息可视化 12.6 计算机地图出版系统计算机地图出版系统中国地质大学江城学院专题地图定点符号法专题地图定点符号法专题地图质别底色法专题地图质别底色法专题地图分区图表法专题地图分区图表法专题地图质别底色法专题地图质别底色法中国地质大学江城学院输出图面设计输出图面设计中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院 pie chart bar/column chart stacked chart 中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院第十二章第十二章 GISGIS的数据输出与地图可视的数据输出与地图

17、可视化化 12.1 GIS的输出的输出 12.2 地图符号地图符号 12.3 专题信息表达专题信息表达 12.4 电子地图电子地图 12.5 空间信息可视化空间信息可视化 12.6 计算机地图出版系统计算机地图出版系统中国地质大学江城学院电子地图电子地图是以地图数据库为基础，以数字形式存贮在是以地图数据库为基础，以数字形式存贮在外存贮器上，并能在屏幕上快速显示的可视地图。外存贮器上，并能在屏幕上快速显示的可视地图。快速、动画显示；快速、动画显示；生产周期短；生产周期短； 检索十分方便；检索十分方便；编辑修改容易；编辑修改容易；动态模拟；动态模拟； 通讯传送简便；通讯传送简便； 量测自动化。量测

18、自动化。电子地图的电子地图的主要特点是主要特点是： 中国地质大学江城学院电子地图的应用电子地图的应用r1）导航和智能运输系统（车载系统）导航和智能运输系统（车载系统）r2）电子地图资料库）电子地图资料库r3）提供网络地图）提供网络地图r随着信息社会的到来，将大量使用电子地图，电子地随着信息社会的到来，将大量使用电子地图，电子地图生产已成为一热门行业，因此，在国外已出现著名图生产已成为一热门行业，因此，在国外已出现著名的电子地图供应商。的电子地图供应商。中国地质大学江城学院第十二章第十二章 GISGIS的数据输出与地图可视化的数据输出与地图可视化 12.1 GIS的输出的输出 12.2 地图符号

19、地图符号 12.3 专题信息表达专题信息表达 12.4 电子地图电子地图 12.5 空间信息可视化空间信息可视化 12.6 计算机地图出版系统计算机地图出版系统中国地质大学江城学院12.5 12.5 空间信息可视化空间信息可视化 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象专题组提出了科学计算可视化科学计算可视化（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

20、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换成图形图形或或图像图像信息，并可进行交互式分析。信息，并可进行交互式分析。 纸质地图、电子地图纸质地图、电子地图是地理信息系统的重要输出形式。毫无疑问，它是地理信息系统的重要输出形式。毫无疑问，它们是可视化的产品。们是可视化的产品。 从从GISGIS数据库数据库中检索出的要素、中检索出的要素、特征及定位信息特征及定位信息 预预处处理理从符号库读从符号库读取符号信息取符号信息 符号化符号化 从字符库读取汉从字符库读取汉字及字符信息字及字符信息 地图输出地图输出 色彩库色彩库色彩信息色彩信息空间数据可视化的过程：空间数据可视

21、化的过程：中国地质大学江城学院虚拟现实技术虚拟现实技术是实现地理信息系统动态可视化的关键所在。是实现地理信息系统动态可视化的关键所在。虚拟现实技术的特征：虚拟现实技术的特征：立体感的视觉效果立体感的视觉效果、存在感存在感、多感知性多感知性、闭环交互方式闭环交互方式、动态显示动态显示。中国地质大学江城学院 地理空间数据可视化技术技术是地理空间数据可视化技术技术是GIS输出成输出成果形式表达的重要技术。是现代计算机图果形式表达的重要技术。是现代计算机图形、图象显示技术、数字建模技术与形、图象显示技术、数字建模技术与GIS技技术结合发展的结果。使用这种技术的术结合发展的结果。使用这种技术的GIS也也

22、称为虚拟称为虚拟GIS（VR-GIS）。）。中国地质大学江城学院12.5.1 12.5.1 可视化的概念可视化的概念 可视化本意即是变成可被视觉所感知。在可视化本意即是变成可被视觉所感知。在人脑中形成对某物（人）的图象，是一个人脑中形成对某物（人）的图象，是一个心理过程，目的是促使对事物的观察力及心理过程，目的是促使对事物的观察力及建立概念等。建立概念等。中国地质大学江城学院 一、科学计算可视化一、科学计算可视化 科学计算可视化是指运用计算机图形学和图科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示

23、出来，并及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它不仅进行交互处理的理论、方法和技术。它不仅包括科学计算数据的可视化，而且包括工程包括科学计算数据的可视化，而且包括工程计算数据的可视化，它的计算数据的可视化，它的主要功能是从复杂主要功能是从复杂的多维数据中产生图形，也可以分析和理解的多维数据中产生图形，也可以分析和理解存入计算机的图像数据。存入计算机的图像数据。它涉及到计算机图它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。它主要基视觉及人机交互技术等多个领域。它主要基于计算机科学的应用目的

24、提出的，它侧重于于计算机科学的应用目的提出的，它侧重于复杂数据的计算机图形。复杂数据的计算机图形。中国地质大学江城学院二、空间信息的可视化二、空间信息的可视化空间信息可视化是一个全新的概念，可解释空间信息可视化是一个全新的概念，可解释为，空间信息可视化是指运用地图学、计算为，空间信息可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示并进行交字、表格、视频等可视

25、化形式显示并进行交互处理的理论、方法和技术。互处理的理论、方法和技术。也可以说，空间信息可视化是科学计算可视也可以说，空间信息可视化是科学计算可视化在地学领域的特定发展。化在地学领域的特定发展。 中国地质大学江城学院空间信息可视化主要形式有：空间信息可视化主要形式有：1、数字地图：主要类型有：、数字地图：主要类型有：（1）虚拟地图，在计算机屏幕上产生的地图。）虚拟地图，在计算机屏幕上产生的地图。（2）动态地图，由于地学数据存储于计算机内存，）动态地图，由于地学数据存储于计算机内存，可以动态显示地学数据的不同角度的观察，不同可以动态显示地学数据的不同角度的观察，不同方法的表示结果，或者随时间的变

26、化结果。方法的表示结果，或者随时间的变化结果。（3）交互交融地图，是指人可与地图进行相互作）交互交融地图，是指人可与地图进行相互作用和信息交流。交互即相互改变显示行为，交融用和信息交流。交互即相互改变显示行为，交融即投入感和沉浸感。即投入感和沉浸感。中国地质大学江城学院2、多媒体地图（超地图）：综合、形象地表、多媒体地图（超地图）：综合、形象地表现空间信息的使用文本、表格、声音、图像、现空间信息的使用文本、表格、声音、图像、图形、动画、音频、视频各种形式逻辑地联图形、动画、音频、视频各种形式逻辑地联接并集成为一个整体概念，是空间信息可视接并集成为一个整体概念，是空间信息可视化的重要形式。化的重

27、要形式。 各种多媒体形式能够形象、各种多媒体形式能够形象、真实地表示空间信息某些特定方面，作为全真实地表示空间信息某些特定方面，作为全面地表示空间信息的不可缺少的手段。面地表示空间信息的不可缺少的手段。3、三维仿真地图：、三维仿真地图： 三维仿真地图是基于三维三维仿真地图是基于三维仿真和计算机三维真实图形技术而产生的三仿真和计算机三维真实图形技术而产生的三维地图，经具有仿真的形状、光照、纹维地图，经具有仿真的形状、光照、纹理理，也可以进行各种三维的量测和分析。，也可以进行各种三维的量测和分析。中国地质大学江城学院 4、虚拟现实：、虚拟现实： 虚拟现实是空间信息可虚拟现实是空间信息可视化进一步研

28、究和发展的新方式。它是视化进一步研究和发展的新方式。它是由计算机和其它设备如头盔、数据手套由计算机和其它设备如头盔、数据手套等组成的高级人等组成的高级人-机交互系统，以视觉为机交互系统，以视觉为主，也结合听、触、嗅甚至味觉来感知主，也结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境，使人们有如进入真实的地理空的环境，使人们有如进入真实的地理空间环境之中并与之交互作用。间环境之中并与之交互作用。中国地质大学江城学院12.5.2 12.5.2 可视化的技术方法可视化的技术方法一、地图可视化的概念化模型一、地图可视化的概念化模型根据根据1991年年Taylor的地图视觉化的概念化模的地图视觉化的概念化模型描述（图

29、型描述（图17-1），），将地图学理论原则放在将地图学理论原则放在三角形的底边，认知和传输为等边三角形的三角形的底边，认知和传输为等边三角形的另两边，连接处在三角形中心的可视化，并另两边，连接处在三角形中心的可视化，并认为认知和传输为目的的地图可视化构成了认为认知和传输为目的的地图可视化构成了现代地图学的主要内容。现代地图学的主要内容。计算机技术，尤其计算机技术，尤其是计算机图形图像显示技术，提供了可视化是计算机图形图像显示技术，提供了可视化的技术支撑。的技术支撑。1994年他增加了动态和交互作年他增加了动态和交互作用为可视化的主要特征。用为可视化的主要特征。中国地质大学江城学院可视化动态与交互作用 地图学理论与原则新计算机技术新多媒体技术认识与分析可视与步可视传输地图视觉化的概念化模型地图视觉化的概念化模型 中国地质大学江城学院 二、可视化的技术方法二、可视化的技术方法 尽管近几年三维可视化技术成为了尽管近几年三维可视化技术成为了GIS的研的研究热点，并逐步向虚拟究热点，并逐步向虚拟GIS方向发展，其应方向发展，其应用领域涉及数字地球、数字流域、数字城市、用领域涉及数字地球、数字流域、数字城市、乃至数字小区，但为了提高三维漫游和交