计算机地图制图原理.doc

计算机地图制图原理第1章计算机地图制图是指以计算机硬件设备为基础，在相应软件软件系统的支持下，以数字格式对地图制图要素与现象数据进行采集、处理与管理，按照地图制作的规范进行符号化、图版制作与输出，并提供地图自动分析的过程。地图是按照一定的数学法则，将地球（或星体）表面的空间信息，经概括综合后以可视化、数字化或可触摸的符号形式，缩小表达在一定载体上的图形模型，用以传输、模拟和认知客观世界的时空信息。计算机地图制图系统的数据转换：多源数据-计算机地图制图系统-数字地图。计算机地图制图一般过程：地面数据获取-地面数据处理-地图输出。计算机图形学是研究怎样用计算机生成、处理和现实图形的一门学科。计算机图形系统由图形硬件系统和图形软件系统组成，图形硬件系统是支持图形的设备，图形软件系统是实现图形设备管理和图形功能的程序和数据，计算机图形系统特点是数据量大、数据结构复杂、数据操作计算机量大和处理方法复杂。计算机图形系统基本功能：1.图形输入输出功能2.图形定义和维护功能3.图形数据存储和管理功能4.图形变换、图形处理和数据计算功能。地图数据主要包括：1.地理要素空间数据2.地理要素属性数据3.地理要素空间关系数据4.地图符号库5.地图注记数据6.地图元数据。计算机地图制图的当前发展特点：1.多元数据采集手段一体化2.数据标准化3.数据库集成化4.地图产品多元化5.地图分析的深入6.地图表达方式多样化7.地图及相关应用商业化。计算机地图制图的主要研究内容：1.计算机地图制图硬件设备研制与开发2.制图数据采集与预处理3.地图要素表达与数据结构4.地图符号设计5.地形表达6.地图数据存储与组织7.地图操作8.地图空间分析与地图关系9.输入输出10.三维可视化、虚拟现实地图与虚拟地理环境11.地图制图新技术应用12.计算机地图制图软件系统与应用系统开发。第2章地图：地图是根据一定的数学法则，将地球上的自然和社会现象，通过制图综合形成的信息，运用符号系统缩绘到平面上的图形，已传递他们的数量和质量在时间和空间上的发展和变化。地图分类：1.按地图内容分为普通地图和专题地图2.按比例尺分大中小比例尺地图3.按制图区分地球图、月球图、全球图、大洋图等4.按用途可分为通用地图和专用地图5.按承载物质可分为纸质图、磁介质图、纺织物图、化纤品图等6.按其他标志分桌面用图、挂图、手持GPS图等。数字地图是以数字形式存储和记录的地图，是在一定的坐标系统内具有确定的位置、属性及关系标志和名称的地面要素和现象的离散数据，在计算机可识别的存储介质上存储的概括的有序集合。数字地图分类：数字地图按几何数据表示的形式分为矢量式和栅格式数字地图。数字地图与电子地图密切相关，数字地图是电子地图的基础，是存储方式，电子地图是地面数据的可视化产品，是数字地图的可视化，是表示方式。 计算机地图制图是以地图制图原理为基础，以计算机及外围设备为工具，采用数据库技术和图形数字处理方法，实现地图信息的获取、变换、传输、识别、存储、处理、显示和绘图的应用科学。地图表示手段由地图图形、地图色彩和地图文字组成。地图表示方法是指地图上制图对象图形表达的基本方法，基本方法有个体符号法、线状符号法、范围法、底色法、等值线法、点值法、运动符号法、格网法、统计图法等。地图图形的数据表示形式分矢量和栅格形式的数据。数字地图实质上是空间点集在二维空间上的投影。地面数据的采集方法：1.几何数据采集2.属性数据的获取几何数据获取方法有外业测量、栅格形式的空间数据化、现有地图数字化数据规范化：定义规范、空间数据转换规范、制图数据质量控制、制图要素规范。数据压缩目的：删除冗余数据，减少数据的存储量、节省存储空间、加快后继处理速度。数据压缩方法：间隔取点法、垂距法和偏角法、道格拉斯-普克法、光栏法。第4章基本图形生成算法图形表示方法：点阵表示（图象）和矢量表示（图形）。直线的生成算法：数值微分法、中点画线法、Bresenham算法。圆的生成算法：圆弧扫描算法、角度DDA法、圆的中点画法、Bresenham画圆算法。椭圆生成算法：中点画圆法。点阵字符和矢量字符的比较：1.字符变换不同，表示点阵的是位图，表示矢量字符的是端点坐标2.占用空间不同，矢量字符占用空间少，矢量字符只需要一套字符3.矢量字符美观。第4章地面数据结构和地图数据库图形对象的特征：1.图形对象具有形状和色彩等特征2.图形对象具有2个级别3.图形对象具有分层表示性4.图形对象受到图形系统分辨率的约束5.图形对象具有自己的图形坐标系6.图形对象调用总伴随着图形变换操作7.图形对象具有多种信息的编码方式、压缩方式和图形数据文件的组织方式。图形数据结构是指图形数据在计算机内的组织和编码形式。基本图元是图形系统的基本图形元素。一般图形系统的8种图元：点、多点标记、线、折线、正文、区域填充、点阵图形、广义图元。空间对象分为简单对象、复合对象、复杂对象。图形属性是描述图形外貌和细节的因素集合。地图数据结构的作用：P86地图数据结构分为：矢量结构和栅格结构。矢量数据就是代表地图要素的各离散点平面坐标的有序集合，栅格数据是地图图形栅格单元按矩阵形式存储的集合。特点：栅格数据记录的属性数据本身，而位置数据可以由属性数据对应的行列号转换为相应的坐标，栅格数据结构适合于表达遥感影象数据和DEM；矢量数据结构是主要的地图数据结构，具有结构紧凑、冗余度低、利于网络、检索分析等，具有空间实体的拓扑信息，便于深层次分析。数字地图采用的矢量数据格式。 栅格数据结构、矢量数据结构比较。栅格数据结构优点：数据结构简单、叠加操作易实现、能有效表达空间可变性、栅格图象便于做图象的有效增强。缺点：数据结构不严密、不紧凑、难以表达拓扑关系，图形输出不美观。矢量数据结构优点：提供更严密的数据结构、提供更有效的拓扑编码、图形输出美观接近于手绘；缺点：矢量比栅格结构复杂、叠加操作没有栅格有效、表达空间变化性能力差、不能对数字图形作增强处理。地图数据管理的三个阶段：程序管理阶段、文件管理阶段、数据库管理阶段。地图数据库的数据模型：层次模型、网络模型、关系模型对象关系数据库模型。图形数据与属性数据结合方式分为：图形文件、图形数据库、图形文件+外挂属性数据、图形数据、属性数据一体化管理、面向对象的组织模式。空间数据引擎指提供存储、查询、检索空间数据，以及对空间数据进行空间关系运算和空间分析的程序功能集合。空间数据引擎基本功能：1.多用户管理2.多空间数据库管理3.空间数据的索引4.空间关系运算和空间分析功能5.GSQL语句的解释执行。空间数据引擎关键技术：1.空间数据模型的建立2.空间查询语言3.空间数据的索引4.数据一致性问题。地图数据分层组织方法：1.按专题分层2.按地图实体类别分层。第5章图形处理变换与常用地图操作坐标系转换表：建模坐标系世界坐标系观察坐标系规范化坐标系设备坐标系。图形变换是指图形的几何信息经过几何变换后产生新的图形。投影：P133。投影变换：将三维空间的物体变换到二维投影面上的过程称为投影变换。平面几何投影是指投影面是平面，投影线是直线的投影。平面几何投影分为平行投影和透视投影。第6章地图符号设计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、信息载体，包括线划符号、色彩和注记。地图符号的分类：1.按符号所表现的制图对象的几何特征分类2.按符号与地图比例尺的关系分类3.按符号所表示的制图对象的地理特征量度分类4.按符号的图形特征分类。地形图图式是地图符号样式和描绘规则的规范，它规定了响应比例尺地形图上表示各种地物、地貌要素的符号、注记和颜色。计算机制图符号绘制方法有编程法和信息法。编程法是由绘图子程序按符号图形参数计算机绘图矢量并操作绘图仪绘制地图符号。信息的构成有直接信息法和间接信息法。地图符号设计的内容包括：图案设计、尺寸设计和色彩设计。地图注记的设计包括字体、字大、字色、间距和配置等方面。第7章三维地形模型与可视化三维地形显示的基本步骤：P194DTM：数字地面模型DEM：数字高程模型TIN：不规则三角网GRID：规则格网DTM数字地面模型基本组成部分：数据获取、数据转换、数据预处理、构网建模、存储和管理、数模的应用。LoD技术：三维地形数据组织，在不影响视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性，提高绘制算法的效率。LoD模型分类：不连续的LoD模型、连续的LoD模型、几何结构自身上的LoD模型。OpenGL：是一种计算机图形处理系统，一种API接口，是目前用于开发可移植、可交互的2D和3D图形应用程序的首选环境。OpenGL图形操作步骤：P223。OpenGL下地形三维可视化：P224第8章计算机地图制图系统分析与设计软件开发的瀑布模型：问题定义、可行性分析、需求分析、总体设计、详细设计编码实现、系统测试和运行维护。计算机地图制图系统进行需求分析和系统设计：数据采集与输入、数据预处理、数据组织与存储、地图符号库与符号定义功能、标准地图布局生成、地图生成与编辑、地图操作与分析、地图制图输出。数字正射影象图是利用数字高程模型对经扫描处理的数字化航空相片、遥感相片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪生成的数字正射影象数据集。第9章地图分析与地理信息系统地图应用包括地图阅读、地图分析、地图解译三部分。地图分析的作用：1.获得各要素的分布规律、揭示各要素的相互联系、研究各要素的动态变化、进行综合评价、进行区划和规划。地图分析的主要方法：目视分析法、地图量测与计算、地图图解分析、地图统计分析、地图数学模型分析、地图时序分析。地图分析的步骤：P252数字地图分析是指基于以数字形式存储和表示的地图进行的各项地图分析操作。地理信息系统：P259地理信息的应用：测绘与地图制图、资源管理、规划设计、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持。地理信息系统的发展趋势：由单机转向网络、由二维转向三维、由静态转向动态、由集中系统转向组件、由固定转向移动、由集中处理到分布式处理、异构系统互操作、由技术想科学的演变、GIS社会化与商业化。第11章计算机地图制图的发展与展望电子地图P315：电子地图是具有地图的符号化数据特征、以地图数据库为基础的可供人们阅读的有序数据集合，以数字形式存储在计算机外存储器，并能在电子屏幕上实时显示。电子地图特点：动态性、交互性、超媒体集成性、具有查询和量算、制作工艺先进、制图精度高、是数字地球等数字化管理的基础工作。电子地图的应用：地图量算和分析、规划管理、军事指挥、城市公共设施管理、导航与智能交通、个人应用。多媒体地图P320：多媒体地图是建立在计算机软件、硬件基础上，借助于计算机综合处理多种多媒体信息的功能，将文字、图形、图象、色彩、声音、动画及动态技术想结合，使多种信息逻辑地并集成议和有机的、具有人性化操作界面的空间信息传输系统。多媒体地图研究内容：1.理论研究方向：多媒体技术与地图学的内在联系、结合途径与原理、多媒体地图基本理论、多媒体地图的内容组成与要素关系、以及多种多媒体信息在地图中的表达与数据组织、多媒体地图标准与规范、多媒体地图传输空间信息的过程方式与实质、多媒体地图认知、多媒体地图分析、多媒体技术条件下地图及地图学的学科体系变化。2.应用研究方向：多媒体地图制图系统的构成与其内容、多媒体地图数据库