地图学第5章-地图图形设计

1、第五章 地图图形设计,地图图形是地图图形符号、地图注记和其他构成整个地图版面的基本要素的总称，因而地图的图形设计就包括地图图形符号设计、注记标注和图面配置设计等内容，其目的是将地图各个组成部分按一定的原则组合成一个完整有序的整体，而且具有一定的美学价值。,一般地图是通过各种线划图形符号来传输空间信息的，因此图形设计是地图学的重要组成部分。 地图图形符号是表达地图内容的基本单位。由于地图符号在地图中所起的作用，犹如语言中的字词一样，因此有人将地图符号称作地图语言。,地图图形符号,地图上除了地图图形符号以外，还需要使用一定数量的文字和数字来说明各要素的名称、性质、种类和数量，这些文字和数字统称为地

2、图注记。 从功能上讲，地图注记可起到与图形符号相同的作用，因此地图注记往往被纳入地图符号的范畴。一般情况下，广义的地图符号是包括图形符号和地图注记两大部分。,地图注记,1视觉变量 2图形设计的一般性原则 3 地图符号的图形设计 4 地图符号的尺寸设计 5 地图符号的色彩设计 6 地图注记与标注 7 地图版面要素与配置设计,1视觉变量,视觉变量,视觉变量是指能引起视觉上变化的基本图形和色彩元素。任何一个视觉变量的变化都会引起整个地图符号外观或含义的变化，所以它是构成图形符号的基本元素。,视觉变量的含义,视觉变量包括基本视觉变量和派生视觉变量两类。 基本视觉变量包括形状、尺寸、方向、颜色色相、颜色

3、亮度、颜色饱和度六个变量 派生视觉变量包括图案排列、图案纹理和图案方向 。,基本视觉变量 形状,形状反映了空间事物的真实或抽象的外观和分布特征。它是图形在视觉上的重要差别。,基本视觉变量 尺寸,尺寸尺寸是指图形记号所占据的空间尺度。通常认为，符号越大越重要。,基本视觉变量 方向,方向以相对于某一参考标志线所成的角度来衡量。,基本视觉变量 颜色色相,颜色色相是指颜色本身的相貌，是色彩彼此相互区别的标志。,基本视觉变量颜色亮度,颜色亮度是指人眼对物体的明暗感觉（视觉亮度）。,基本视觉变量 颜色饱和度,颜色饱和度是指颜色的鲜艳程度。颜色的饱和度愈高，颜色愈鲜艳。,基本视觉变量示例,派生视觉变量 图案

4、纹理,图案纹理指在面状符号内配置一些简单的符号所形成的图形式样。,派生视觉变量 图案排列,图案排列在面状符号内部可以规律或随机地配置一些简单的图形。,派生视觉变量 图案方向,图案方向是以面状符号内排列的符号行或列相对于某一参考方向所成的角度来衡量。,主要针对面状符号中填充的图案（pattern）而言。,派生视觉变量示例,根据几个有限的视觉变量可以构造出几乎无限的地图符号，简化符号设计，并容易使设计的地图符号具有系统性。 研究构成各类地图符号（点、线、面）的视觉变量，在计算机制图中可以减少符号的编程工作量，而且便于对各类符号进行分类管理。 视觉变量的变化会使人产生不同的感受，从而获得对地理特征变

5、化的认识。,研究视觉变量的意义,不同类型符号的视觉变量,不同类型符号的视觉变量,不同类型符号的视觉变量,不同类型符号的视觉变量,视觉变量的感受类别感,类别感，是指图形给读者带来的不同类别或性质差异的视觉感受 。,类别感：形状和色相、图案纹理、图案方向和图案排列是形成类别感的主要变量。,对图案纹理产生的类别感,视觉变量的感受等级或顺序感,等级或顺序感 ：尺寸、亮度和饱和度是产生等级感的主要视觉变量。,对亮度产生的等级感,视觉变量的感受数量感,数量感：尺寸变量产生数量感的主要变量，颜色亮度变量亦可以产生一定的数量感 。,对符号尺寸产生的数量感,视觉变量的感受立体感,立体感：读者对二维平面图形所产生

6、的三维立体视觉感受，它是各视觉变量共同作用的结果,对符号形状产生的立体感,视觉变量的感受方向感,方向感：主要通过视觉变量中的形状和方向来实现。,视觉变量的感受动态感,动态感：是形状视觉变量有规则的排列或者采用特殊的形状视觉变量而产生的，箭头形状的图形是一种反映动态效果的特殊方法。同样形状的图形在尺寸上有规律地从小（大）变大（小）、色相或亮度渐变，也可形成动感效果,2图形设计的一般性原则,图形设计的一般性原则,较强的清晰易辨性 适当的视觉对比度 明显的图形背景结构 清晰的视觉层次结构,符号要清晰易辨,符号尺寸在清晰辨认上存在着一个下限，低于此限度，符号的形状就不能辨认。虽然对这种限度的精确尺度刻

7、划有不同的意见，但是实际应用中还是确定了这个限度，即眼睛大约1视角所对应的尺寸。 这一限制确立了一个绝对最小尺寸。这个假设是以最好视力和最佳观察条件所规定的。由于这种假设要求太高，所以制图工作者可以把最小尺寸规定稍大些，对于普通视力和普通观察条件可以规定为2视角对应的尺寸，这似乎是可行的尺度。,点状符号可清晰分辨的近似最小尺寸（基于2）,人眼对符号图形分辨能力因图形的形状或组合不同而有所不同。 设计的符号即使都大于符号的最小极限，但是最终的地图成品是否清晰易读，还与复制地图的设备有关。,适当的视觉对比度,即使地图上的符号大到足以分辨，但这并不意味着能使它们本身清晰易读。对比是观察的基础，对比产

8、生差异。当符号与其周边的图形在形状、尺寸、颜色、图案等方面存在明显的视觉差异时，读者就很容易把这个符号识别出来。,中国,影像地图上的符号/注记区分,符号之间具有一定的对比度是必要的，但有时对比度太大也未必合适。例如，面状符号中填充的颜色或图案对比度过大时，会给人跳跃感，此时应适当降低对比度，保证图斑之间的协调对比。,明显的图形背景结构,这里，“图形”一词有其特殊涵义，它是一种感受到的具有清晰的轮廓和紧凑的形状的图形，它不会与周围的背景相混淆。,读者在观察地图时，眼睛和大脑一起工作，不管对地图图形是否熟悉，都会本能地做出反应，将看到的图形立即组织为两个基本的可互相对比的感受印象：眼睛注视到的并能

9、看得很清楚的“图形”和图形周围不稳定的近于无形状的“背景”。,图形背景结构不明显示例,对具有良好轮廓图形的处理,当某种事物连续、对称或紧凑地出现时，往往会导致图形与背景的差别。在观察地图上不连续的图形，人们的知觉具有将其组成完整图形的能力。在制图中可以采用虚线、线遇注记断开等。,知觉的整体性,对具有不良轮廓图形的处理,采用更多的细节促进图形的形成。例如，用颜色或色带将图形突出出来，或增加更多的地图内容。,虹桥镇,滨 海 镇,清晰的视觉层次结构,制图者在设计地图图形中需要首先按地理特征的相对重要性建立等级结构，这种结构称为层次结构，然后通过不同视觉变量的组合，将地理特征的这种层次结构转化为视觉层

10、次，即地图图形对地图读者的视觉形成不同的刺激而产生远近不同层面的视觉效果，这样可以使得地图内容层次分明，便于地图读者将注意力迅速集中在地图的主要内容方面。,地图视觉层次结构,不同类别的空间要素处于不同的视觉层次平面上，制图者希望重点突出的内容要保证能首先吸引读者的目光。,3地图符号的图形设计,符号图形的分类,组合结构符号,地图符号图形设计原则,一、象形化：以抽象的形式反映出实地地物的形态特点，使得地图符号具有自鸣性。 二、图案化：象形化强调的是“形似”，图案图强调的是图形的“规则化”。,三、简单化 四、便于定位：精确/概略定位 五、逻辑性和系统性 六、传承性,象形化与图案化,地图符号的象形化就

11、是要求突出地物最本质的特征，舍去不必要的细部，使图形具有象形、简洁、醒目和美观的特点。,符号要趋于简单化,在设计符号中不能片面地为追求符号的形象新颖和易于区别而设计比较复杂的符号，还必须考虑到制图工艺的要求。设计较好的符号，便于绘制，成图速度快，反之设计效果差的图形就会影响成图的速度与质量。,符号定位点确定原则,几何符号在其几何中心； 宽底符号在其底线中央； 底部为直角的符号在直角的顶点： 组合符号在其下方图形的中心或交叉点； 下方无底线的符号在其下方两端点间的中心点； 线状符号应定位在其中心线上 注记在其左下角上,点状符号,符号定位点确定原则,符号要有逻辑性和系统性,地图上的各种符号不是一个

12、个孤立的个体，而是具有内在有机联系的整体。这种联系体现在符号与符号之间、符号与地理现象之间、符号与现象的层次之间的的逻辑联系上。具体表现在：符号的含义必须明确，符号之间的区别必须明显且主次分明；当制图对象的性质一致或相似时，符号之间要保持一致或相似性。,符号要有传承性,地图符号的图形要尽可能地与惯用的或者标准的符号图形保持一致。,4 地图符号尺寸的设计,地图符号的尺寸是表达空间事物特征最有效的视觉变量之一，它的大小可以反映地物占地范围、地物的重要性及其所代表空间事物在某方面的数量指标。符号尺寸的变化，能使地图读者产生明显的数量和等级差异视觉感受。 符号尺寸的设计也称为符号定标（Symbol S

13、caling）。,地图符号尺寸设计原则,一、地图用途:决定地图符号大小的重要因素。它不仅决定了地图主题内容的表示，也决定了地图使用的条件、场合与读者群体。 二、比例尺：比例尺较大的地图上，单位面积内所容纳的内容相对较少，因此符号尺寸可大些，而比例尺较小的地图则相反，此时符号尺寸要设计得小些。,地图符号尺寸设计原则,三、易辨性：符号尺寸是否能分辨和易于辨认，不仅与人眼的视力有关，还与绘制和复制地图的技术能力有关。 四、一致性与差异性：前者是指符号尺寸要与其所代表的空间事物的数量大小相一致 ；后者是指符号尺寸彼此之间也要能明显分辨大小，以反映空间现象在数量上的差别。,符号的大小与所代表的空间要素的

14、数量指标存在严格的比率关系，这种符号称为比率符号，否则就是非比率符号。 非比率符号的尺寸只能反映出其所代表的要素彼此之间相对的大小关系，因此其尺寸的设计比较随机，一般用于制图对象比较少的情况。 当制图对象数量比较多的时候，要正确比较各个符号彼此的大小，往往都使用比率符号，而且往往采用几何符号。比率符号在统计制图中应用广泛。,地图符号分类,比率符号类别,绝对比率符号 条件比率符号 连续比率符号 分级比率符号,绝对比率符号,符号的大小与所代表的数量指标成绝对比例关系，这种符号称为绝对比率符号。,对于点状符号，首先使得某要素的数量指标等于比率符号的面积，然后计算能确定符号面积的准线长度，这样就确定了

15、符号的大小. 所谓准线，就是能决定点状符号面积或体积的基准线，如圆（球）的半径、正方形（体）的边、正三角形的边等。依据准线长度能确定符号面积的图形，往往都是一些正形符号，如圆形、正方形、正三角形、球形、立方体、长方体等 。,不同维度符号的尺寸设计方法（1）,二维和三维点状符号及其面积和体积公式,不同维度符号的尺寸设计方法（2）,对于线状符号，一般都是使得线状符号的宽度等于其所代表的数量指标；,对于面状符号，在其比率符号设计中可以使得地图上面状符号的面积与数量指标存在比率关系，这种方法主要应用于拓扑地图制作中。,点状比率符号尺寸设计,首先使得某要素的数量指标等于比率符号的面积。 对于某些二维符号

16、，准线长度的平方与符号面积成正比，所以空间事物的数量指标也与准线长度的平方成正比。 符号准线的长度为最小时，符号所代表的数量指标称为比率基数。根据比率基数，就可以求出表示任何数量指标的符号准线长度。,圆形比率符号尺寸设计示例,或,某要素的数量指标,确定准线（半径）R； 确定数量指标P（面积）与准线长度的关系； 计算每一个图形要素的几何尺寸。,比率基数,地图上的符号不能太小，它必须能清晰辨认；它也不能太大，当符号尺寸太大时，不仅会压盖其他符号，也会造成视觉上的不协调。空间事物数量方面的差异性，是造成地图符号相差悬殊的客观基础，这种现象在统计制图中比较常见。在符号尺寸设计中，应该通过一定的手段使得

17、各个符号既不太小也不太大。,条件比率符号,在绝对比率上加以某种函数条件所形成的符号称为条件比率符号，这样可以避免绝对比率符号过大或过小。,条件比率符号尺寸的确定,连续比率符号,无论是绝对比率符号还是条件比率符号，只要有一个数量指标就有一个符号来对应，这种符号称为连续比率符号。,分级比率符号,将制图对象的数量指标分成有限的几级，将每一级赋予一种尺寸的符号（通常以平均数或中位数为指标计算符号的大小），这种符号叫做分级比率符号。,5 地图符号的色彩设计,地图上运用色彩的优点,增强了地图各要素分类分级的概念 简化符号图形，减少了符号的数量 显著增强地图的视觉层次结构，提高地图的表现力,颜色增强了要素的

18、分类分级概念,地图的色彩层次西安风筝地图,光线中的色彩,色光三原色及加色合成,白光可由等量的红（R）、绿(G)、蓝(B)光合成，红、绿、蓝被称为色光的三原色，或称加色三原色。 由于每个光束包含一定的亮度，两个光束的交集将比一个光束更明亮，故色光的合成称为加色合成。,颜料三原色及减色合成,青色(C)、品红色(M) 和黄色(Y)称为颜料三原色，或减色三原色。 颜料混合时，颜料吸收（减去）某些色光而反射出另一些色光，故颜料的混合是一种减色过程。,颜色模型,为了描述和标准化颜色，人们通常选用某种几何平面或几何体来刻画颜色，即所谓的“颜色模型”。 目前人们提出来的颜色模型种类很多，大多数是从颜色的属性方

19、面来描述颜色。 计算机地图制图中所采用的颜色模型，常使用属性混合的三原色比例来表示颜色，如RGB模型、CMY或CMYK模型等。,计算机中常用的颜色模型,CMY颜色模型,RGB颜色模型,这两者颜色立体可给出2563或16,777,216种可能的颜色组合 。实际制图中常采用CMYK或RGB颜色模型.,理论上最大量的C、M、Y等量混合，在计算机显示器上可以模拟出纯正黑色的效果，但在印刷品混合的结果却是浑浊的偏棕色的黑，这种现象可以通过增加一个黑色（K）来补救，这是彩色四色印刷的根本所在。 但是增加第四种颜色会破坏RGB到CMY的对等转换，使得RGB和CMYK之间的色彩对应变得更为复杂。在将RGB模型

20、转换为CMYK模型时，需要一个复杂的算法，一些制图软件提供了这种转换，从而在输出彩色硬拷贝地图时可以正确再现颜色。,地图符号颜色设计原则,一、正确利用色彩的感觉与象征意义。 二、颜色的运用要符合地图的主题和用途。 三、设计颜色要考虑印刷成本,6地图注记与标注,地图注记的分类与功能,一、地图注记可分为名称注记和说明注记两种。 名称注记是指各种要素的专有名称； 说明注记用来说明各要素的数量或质量特征。 二、注记在一定程度上补充了符号的不足。 三、注记起着定位符号的作用 四、反映事物的名称、某些数量和质量特征、空间属性关系（主、支流关系）等。,地图注记设计要素,字体：在地图上常常用不同字体的注记表示

21、不同的事物。 字形：字形主要是针对字格的形状而言的，有直立体和倾斜体之分 。 字号：注记尺寸的大小。 字色：注记的颜色，它只有色相的变化。,地图注记字体,等线体 地图学基本教程 宋 体 地图学基本教程 仿宋体 地图学基本教程 隶 书 地图学基本教程 楷 体 地图学基本教程 魏 碑 地图学基本教程,地图注记字体 美术字,地图注记字体,等线体的特点是笔划等粗，笔端统一，造型简单朴素，字形庄重端正，笔势浑厚雄健。粗等线体庄严、有力、醒目，可做图名、标题和大居民地的注记；中等线体一般作较大居民地的注记；细等线体清秀明快，一般作地图上最小居民地的注记。 宋体的字形方正，横平竖直，横细竖粗，棱角分明。这种

22、字体的结构严谨，端庄清晰，非常符合汉字横笔划多竖笔划少的特点，在地图上广泛作为居民地和水系（倾斜宋体）等的注记，但是一般不作最高等级地物的注记字体，也不作最低等级的注记字体。 仿宋体是宋体结构，楷体书法，棱角分明，清秀有力。作为较低居民地注记的字体。,地图注记字形,直立体：正方体（也称正体） 、长方体和扁方体。 倾斜体：左斜或右斜体和耸肩体。 地图上往往用字形来区分制图要素的质量特征，如居民地等人工地物一般采用正体字；水系采用斜体，象征水的流动；山脉采用耸肩体，但山峰使用正体字。,地图注记字形,地图注记字号,字号是指地图上注记尺寸的大小。在地图上，按照地物的重要性和意义，应采用不同的字号。大字

23、号注记对应着重要或高级别的地物，反之亦然。 在计算机制图中，字号的规格与称呼因软件而定，有以“毫米”为单位的，也有以“字号”或“点”、“磅”为单位的。2.83磅1毫米。,地图注记字色,字色，一般常用高饱和度的颜色，所以认为它只有色相的变化。 但人们对地图上注记的感受能力还取决于注记及其背景之间的视觉对比度。,地图注记字色,地图学 Cartography,地图学 Cartography,地图学 Cartography,注记排列与标注,注记排列设计要素字隔,注记的排列要涉及到字隔、字向和字列等要素。 对于点状注记对象，注记一般要紧靠符号，在大比例尺地图上与上下图廓平行无间隔地注出，在小比例尺地图上

24、与纬线平行无间隔地注出。 对于线状和面状注记对象，字与字之间常顺着对象的延伸线保持一定的间隔，称为散列式注记。为便于阅读，字隔一般不超过字大的四倍。,注记排列设计要素字向,凡字格的底边平行于南北图廓的字，或者虽然字格的侧边不垂直于南北图廓但字格底边平行于南北图廓的字（倾斜体），或者虽然字格字格底边不平行于南北图廓但字格的侧边垂直于南北图廓的字（耸肩体），通称为正向字。此外其他字均称为斜向字。 无论是直立体、左斜或右斜体、左耸肩或右耸肩，都为正向字。 在地图上一般不允许出现反向字。,注记的配置字列,字列：指注记字组的排列形式。 注记字列基本有两种基本排法：雁行字列和屈曲字列，它们的特例是水平字列

25、和垂直字列。,水平字列和垂直字列是雁行字列和屈曲字列的特例。,注记的配置水平字列和垂直字列,注记的配置水平字列和垂直字列,水平字列中各字的连线平行于南北图廓或纬线，自左向右排列，多用于居民地或图形呈水平分布的地理事物的注记。 垂直字列中各字的连线垂直于南北图廓，自上向下排列，多用于图形呈垂直方向分布的地理事物的注记。 对于只有一种书写方向的文字，地名注记的字列很单一。而汉字的书写方向即可水平横写，又可垂直竖写，因此汉文地图上的地名注记可有多种字列。,注记的配置雁行字列,雁行字列均为正字向，便于阅读。 除水平字列和垂直字列以外，其它方向雁行字列的各字连线与南北图廓或纬线斜交，常用于山脉、山岭、水

26、系的注记。,当图面上注记对象的延伸方向明显时（如河流），找到字组中的任何一个字，顺着被标注对象的延伸线易找到其余的字。 当注记对象的延伸方向不明显时，即使找到字组中的任何一个字，也不容易找到其余的字。特别是在注记密度较大而且注记相互交错的小比例尺图上，非常容易混淆。,注记的配置雁行字列,注记的配置屈曲字列,屈曲字列一般为斜向字，个别字为正向字。屈曲字列中各字的连线平行于被标注的对象，字向是随着注记对象的弯曲变化而变化的。,注记的配置屈曲字列,屈曲字列的最大优点是连贯性好，在散列式注记中找到字组中的任何一个字，很容易找到其余的字。特别是注记密度较大且注记常有交错的小比例尺图上，更容易识别注记。

27、缺点是屈曲字列中的每个字都随着注记对象的倾斜程度相应地倾倒，最大倾斜角可达90，不便阅读。,注记配置的一般原则,标注的地物应容易识别，注记与地图其他要素的矛盾应尽量减少，地图整个外观不应拥挤而显得凌乱、呆板。,注记配置原则（1）,在大比例尺地图或无经纬网的小比例尺地图上，水平注记要与南北图廓平行；绘制了经纬网的小比例尺地图上要与纬线平行标注 注记要使读者容易地与其所描述的对象联系起来，定位要清晰，不能产生歧义。,注记配置原则（2）,注记的尺寸要与被标注对象的等级相适应，同一级地理对象的注记字体、大小、字形、颜色应一致，不同等级对象的注记彼此应能明显区分。 注记尽量不要压盖地图上的其他内容或重要

28、部位（同色/不同色）。,5 注记配置要有一定的规律性，既不能拥挤地放置一起，也不能任意或平均分散放置。在同一幅地图上，尽量按同一规律配置注记（点、线、面要素标注）。,注记配置原则（3）,相对其他要素的空间关系，注记与被标注对象应视为一体，保持其空间上的一致性。 任何时候注记不应出现倒置。 上述仅是一般的注记配置原则，在实际注记标注中由于地图要素的复杂性，制图者还须根据具体和特殊情况做出决策，最好的解决办法就是尽量地平衡相互冲突的对象。,7地图版面要素与配置设计,地图版面构成要素包括主图、附图、图名、图例、图廓、指向标志、各种说明文字等。 版面配置设计是指对版面构成要素的图形形式、范围大小、背景

29、颜色、摆放位置等进行设计，以取得良好的视觉平衡和美观效果的过程。,主图表现形式主区与邻区连通,主图表现形式邻区空白,图名,图名可以向地图读者提供有关地图主题内容或制图区域的信息。 图名应尽可能简练，含义明确； 图名一般采用黑色正向字，显得庄重。图名的字体应该醒目、美观和突出，要易于吸引读者的视线，等线体（黑体）或一些美术字常用做图名的字体； 图名位置的安排，应该根据制图区域形状的特点酌定，但一般原则是以横排的方式放在图幅的正上方、左上方或右上方，或者以竖排的方式放在图幅的左上方或右上方，一般不放在图幅的下方。,图名,图廓,图廓,图廓在解决视觉平衡和图面配置设计中，起到非常重要的作用。当图廓的高

30、度与宽度之比近似为5:8或者8:13，换句话说矩形图廓的高与宽度的比值趋近 0.618时，凡是具有这种比例的图廓，看上去会感到平衡、和谐、舒适，给人以美的感觉，这就是数学上著名的黄金分割在图廓设计中的应用。,黄金分割的图廓,比例尺,对于大多数地图来说，一般都要表示数字比例尺，为用图者提供一种地图缩小的比例概念。地图比例尺的重要性因图而异，在地图上表示有距离概念的空间事物时，比例尺是使地图成为有用工具的重要要素。在这种情况下，比例尺应配置在显著位置，而且应该按照用图者易于使用的方式设计。,图例,图例是地图上所用符号的归纳及地图内容的必要说明，它集中地反映了地图的内容和表示方法。 一幅优秀的地图必

31、须具有一个内容完备、结构严谨、设计合理的图例。 在设计图例内容时要求遵守完备性、一致性、明确性和逻辑性的原则。,图例设计原则（1）,完备性：完备性要求图例要对地图上所有的符号进行说明。专题地图中底图要素说明可以视图面情况省略或保留。 明确性：图例中的符号解释具有唯一性。,图例设计原则（2）,一致性：图例中的符号应该与图内的符号完全相同或相似（点、线、面）。,对于一般点状符号，二者应该完全一致； 对于不依比例线状符号，图例中符号的形状、宽度和颜色与图内相同，而依比例线状符号的形状和颜色与图内相同，但宽度在图例中示意表示；,对于面状符号，用填充的矩形表示图内面状要素的性质。,图例设计原则（2）,对于统计地图中的点状符号，图例中的统计图形的形状与结构、颜