计算机辅助制图(一)课件

数字测图7/23/2023回顾（1）数字测图系统中，主要硬件为哪些？主要的作用是什么？（举例说明）（2）常用的测图软件有哪些？主要特点是什么？（3）全站仪在通讯时，要进行哪些工作？（4）全站仪在数字测图系统中主要作用是什么？7/23/2023知识目标1.掌握测量坐标与屏幕坐标之间的变换；2.了解测量坐标系到绘图仪坐标系的换算；3.了解图形裁剪方法；4了解地图符号自动绘制的基本方法；5.了解点状符号和面状符号的自动绘制；6.了解曲线光滑的几种典型的算法；7.了解等高线的自动生成的方法和过程；8.了解矢量数据及栅格数据的结构及其组织方法；9.了解栅格图像与矢量图形的区别；10.了解空间数据的分层的概念及分层方法。7/23/2023能力目标1.掌握测量坐标与屏幕坐标之间的变换；2.了解图形缩放时的坐标变换；3.了解测量坐标系到绘图仪坐标系的换算；4.了解图形裁剪方法；5.了解地图符号自动绘制的基本方法；6.了解点状符号和面状符号的自动绘制；7.了解曲线光滑的几种典型的算法；8.了解等高线的自动生成的方法和过程；9.了解矢量数据及栅格数据的结构及其组织方法；10.了解栅格图像与矢量图形的区别；11.了解空间数据的分层的概念及分层方法。7/23/2023基本图形显示

当图形大于屏幕显示范围时，屏幕区域以外被裁切7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换提出问题：①计算机的屏幕坐标系的如何定义的？②测量坐标系是如何定义的？③计算机屏幕坐标系与测量坐标系之间的关系是怎样的？7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换 计算机的屏幕坐标系的如何定义的？ 计算机屏幕坐标系是以屏幕左上角为原点，以从左至右的水平方向为x轴，以从上至下的垂直方向为y轴的直角坐标系，屏幕坐标系的坐标单位为像素，其取值一般只能是0和正整数，具体取值范围与屏幕分辨率有关，如对分辨率为1024×768的显示器而言x的取值范围为0~1023，y的取值范围为0~767。Oxy7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换 如图所示，XOY是测量坐标系，xoy是屏幕坐标系，若屏幕水平方向和垂直方向长度分别为sx和sy，相应的实地长度分别为SY和SX屏幕左下角的测量坐标为（X0，Y0），任一点P的测量坐标（X，Y）和相应的屏幕坐标（x，y）之间存在如下关系：

其中，kx=sx/SY和ky=sy/SX分别为x方向和y方向的比例系数。7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换图形缩放时的坐标变换 （1）定倍数缩放显示：定倍数缩放显示是在原窗口中选定某点并给定缩放倍数，缩放后将该点移至窗口中心并按给定的缩放倍数来显示该图形。 （2）开窗放大显示： 开窗放大显示是在原窗口中选定以某点为中心的矩形区域，放大后将所选矩形区域内的图形显示到整个窗口中。7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换 （1）定倍数缩放设所选点在原窗口中的坐标为(xm，ym)，其相应的测量坐标为(XM，YM)，缩放倍数为k，则原窗口中任一点P的坐标(x，y)与缩放后窗口中的坐标(x′，y′)之间存在如下关系：

7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换 （1）定倍数缩放缩放后窗口中的坐标(x′，y′)与相应高斯坐标(X，Y)之间存在如下关系：

7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换（2）开窗放大显示： 设所选点在原窗口中的坐标为(xm，ym)，其相应测量坐标为(XM，YM)，所选矩形区域在x方向和y方向上的长度分别为和，则原窗口中任一点坐标(x，y)与放大后窗口中的坐标(x′，y′)之间的关系为：

其中和分别为x方向和y方向上的放大倍数7/23/2023测量坐标与屏幕坐标之间的变换（2）开窗放大显示：放大后窗口中的坐标(x′，y′)与相应高斯坐标之间的关系为：

7/23/2023坐标转换测量坐标系到绘图仪坐标系的换算 绘图仪坐标系和数学中的笛卡尔坐标系是相同的，它的坐标原点，对不同的绘图仪硬件缺省值不尽相同，有的位于绘图仪的左下角，有的位于绘图仪的中心，但一般都可通过软件将绘图仪的坐标原点设于绘图仪有效绘图区的任一位置。绘图仪的坐标单位为绘图仪脉冲当量。多数绘图仪的一个脉冲当量等于0.025mm，即1mm相当于40个绘图仪坐标单位。7/23/2023图形裁剪提出问题：1、为什么要裁剪？2、如何实现裁剪？为了保持地形图的规范性，往往需要通过图形裁剪将图幅外的图形去除掉。在图形显示时，也需要通过图形裁剪去除掉显示窗口范围之外的图形。图形裁剪实际上是一种保留给定区域内的图形而除掉区域外的图形的——种图形处理方法。尽管从理论上讲图形裁剪区域可以是任意多边形，但实际使用的裁剪区域通常是四边形，最常用的裁剪区域是矩形。图形裁剪的处理对象主要是构成各种地图要素的直线段。7/23/2023图形裁剪(1)直线段的裁剪

直线段裁剪算法的基本思想是，根据线段两端点的位置判断该直线段是否与裁剪区域边界相交，如果相交，则计算出交点位置，并用裁剪区域内的线段部分取代原线段。××××××7/23/2023图形裁剪（2）多边形的裁剪 多边形的裁剪比直线要复杂得多。因为经过裁剪后，多边形的轮廓线仍要闭合，而裁剪后的边数可能增加，也可能减少，或者被裁剪成几个多边形，这样必须适当地插入窗口边界才能保持多边形的封闭性。7/23/2023图形裁剪（3）圆和曲线的裁剪 圆和曲线都可以用一组短的直线段来逼近，因此，圆和曲线的裁剪可采用对每一短直线段的裁剪，从而实现对圆和曲线的裁剪。7/23/2023任务1 使用Excel将下列点的测量坐标转换为1024*768的屏幕坐标，并分别展绘出来，比较两图形之间的差异。7/23/2023地图符号的自动绘制

什么是地图符号？

地图符号是描述制图对象的一种语言，地图符号的自动绘制在计算机地图制图中占有非常重要的地位。地图符号类型繁多，是一个极为复杂的体系，不同地图符号在地图中表示不同的地理实体，要实现地图符号的自动绘制，关键在于建立一个结构完整、功能完备、开放式的地图符号数据库。地图符号数据库一般由描述符号的符号库(数据文件)和调用符号的程序模块组成，优秀的地图符号数据库在实现地图的符号化处理时，应该具有在可视环境下的符号生成与编辑功能，集完备性、可扩充性、灵活性、精确性、美观性、易用性、高效性于一体。

7/23/2023一、地图符号自动绘制的基本问题1.地图符号自动绘制的基本方法

早期：对于早期不具备专用图形系统的软件，地形图的生成多依赖于AutoCAD等环境，其符号库的建立不可避免地要以AutoCAD有关概念和方法为基础，如图块(BLOCK)、线型(LINE-TYPE)、填充(HATCH)等类符号的建立、使用和维护，基本上是应用AutoCAD所提供的命令和数据结构。现在：对于现行相对独立的图形系统的数字测图软件，符号库的设计按生成符号数据的方法可分成两类：程序生成法、模板生成法。我们常用的是模板生成法7/23/2023一、地图符号自动绘制的基本问题程序生成法，即根据给定的符号代码(编码)和定位信息，通过一段程序生成相应的符号数据；模板生成法，它是先把所有图式符号套合在固定的格网模板上，逐个写出其在模板上点、线、弧的坐标及连线信息，生成符号库，使用时根据符号代码和定位信息从符号库中读出相应数据，经过坐标系的旋转、平移和其他处理即可生成真正的符号数据。7/23/2023一、地图符号自动绘制的基本问题程序生成法与模板生成法特点：第一种方法，每个图示符号都对应一段固定程序，因此其重点是编写程序代码，第二种方法的关键是设计符号数据库，而负责转换的程序代码相对简单。若按生成符号数据结构来分，可分成两类，一类是直接产生绘图信息，如传统的PU、PD命令，另一类是生成固定数据结构的图形文件。无论采用什么形式的符号库，都必须具备扩充功能。从这一点看，模板生成法更具优势，它不必增加程序代码，只需在符号库文件(一般为文本文件)中按规则加入相应模板数据即可。因此，本节主要介绍模板法符号库的设计及应用。7/23/2023一、地图符号自动绘制的基本问题2.地图符号的分类与编码分析地图符号可以看出：有限数量的基本图形元素按一定规则组合构成地图符号，而不同类型的符号构成符号库。其中基本图形元素是指点、线、矩形、圆角矩形、圆、椭圆、圆弧、扇形、多边形、正多边形、星形和文字等。这是一些具有其自身属性和操作方法的最基本元素。计算机地图制图系统中的地图符号库实质上就是将具有同类特征的地图符号按一定的规则(编码)组织存放起来，在绘制地图符号时由调用程序利用编码来查找相应的图式符号及其绘制方法，从而实现地图符号的自动绘制。由此可知编码、分类、调用是地图符号自动绘制的关键。7/23/2023地图符号自动绘制的基本问题地图符号的分类与编码 按符号表征特性可分为点状符号、线状符号、面状符号和某些特殊符号等几大类型点状符号线状符号面状符号特殊符号点状实体线状实体面状实体特殊类型地理实体7/23/2023地图符号自动绘制的基本问题地图符号的分类与编码 地图符号编码有多种方法，一般按地图符号的类型编码，即将不同类型的符号进行不同编码并存放于不同的存放地址。编码是实现地图符号自动绘制所必须的最基本的索引项目，在地图符号编码时应注意：符号库中的每个符号必须有编码，符号库名称要唯一，为了查询方便，符号库的符号名称要与《图式》对应的编号保持一致。7/23/2023二、点状符号的自动绘制点状符号只有一个定位点，对应一个固定的、不依比例变化的图形符号，如各种控制点、独立地物等，它们常常不能用某一固定的数学公式来描述，必须首先建立表示这些符号特征点信息的符号库，才能实现计算机的自动绘制。

1.点状符号库的设计符号的定位点落在格网坐标的原点处

2.点状符号库的应用由于点状符号库的坐标是模板格网坐标系统，因此实际应用时须经一定转换。点状符号只有一个定位点，转换时只须进行坐标系统的平移和比例缩放。重点问题7/23/2023二、点状符号的自动绘制

1.点状符号库的设计如图所示，并且使符号的定位点落在格网坐标的原点处。然后在模板符号库中按一定的数据结构分别记录组成该符号的基本图元的坐标信息。经分析，绝大部分点状符号均可看成是某些基本图元的集合，基本图元包括点、线段、圆（弧）、多边形等四种，分别用p、l、c、g作为标识。7/23/2023二、点状符号的自动绘制

2.点状符号库的应用假设测图比例尺分母为M，某符号的定位坐标为(X0，Y0)，单位是m，则坐标转换公式为：长度（或宽度）转换公式为：式中

——测量坐标下的坐标或长度

——库内格网坐标或长度

7/23/2023三、线状符号的自动绘制1.线状符号的分类根据模板法符号库的设计原理，线状符号可以分成以下四类：单实线符号：如小比例尺实线路。周期单线符号：小路、篱笆、陡坎等。这类符号有个共同的特点就是，只有一条边缘线(定位线)且符号整体沿边缘线方向呈周期性变化。双实线符号：如简易公路、公路等。周期双线符号：如铁路、围墙等。这类符号的共同特点是符号有两条平行边缘线(实线或虚线)且沿边缘线方向呈周期性变化。7/23/2023三、线状符号的自动绘制2.线状符号库的设计

和点状符号相比，由于其定位坐标多于一个且数量不统一。经分析，在线状符号库数据结构设计中应考虑以下几方面：线长：主要指边缘实线的长度，用a表示，应用时a可以根据定位坐标计算得到。符号宽：主要指双线符号的两边缘线中轴之间的间距，库中用b表示，应用时分两种情况，一是宽度不依比例，二是宽度实测，它们由符号代码来区分。周期：沿线状符号前进方向的变换周期一般均可由直接得到，如图4-8所示几种符号的周期分别为5.0、10.0和1.5。基本图元：线状符号的基本图元有线段和圆(弧)，各种图元在库中的数据结构同点状符号。7/23/2023三、线状符号的自动绘制3.线状符号库的应用线状符号库的应用模块主要解决以下问题：按照模板法生成原理，用线状符号的野外采样坐标串计算a、b值。计算对应于每个a值的方位角、格网坐标系到测量坐标系的旋转角及周期数。在每个a值范围内，把符号库内对应符号的图元按周期数循环计算出测量坐标系的坐标及其它数据。根据定位线计算符号平行线在相邻两段a之间的交点坐标(拐点求交)。7/23/2023四、面状符号的自动绘制 面状符号一般由边界轮廓线(线状符号)和填充模式(点状符号或线状符号)组成，因此，在模板法符