Картография местности или рельефное картирование - это изображение формы поверхности Земли на карте с использованием одного или нескольких из нескольких разработанных методов. Рельеф или рельеф является важным аспектом физической географии , и поэтому его изображение представляет собой центральную проблему в картографическом дизайне , а в последнее время - в географических информационных системах и геовизуализации .
Профили холмов [ править ]
Самая древняя форма рельефного изображения в картографии, профили холмов - это просто изображения гор и холмов в профиль, помещенные соответствующим образом на обычно мелкомасштабных (широкая зона покрытия) картах. Сегодня они редко используются, кроме как в «античном» стиле.
Физико-графическая иллюстрация [ править ]
В 1921 году А. К. Лобек опубликовал «Физиографическую диаграмму Соединенных Штатов» , в которой использовалась усовершенствованная версия техники профиля холма для иллюстрации распределения форм рельефа на мелкомасштабной карте. [1] Эрвин Райс развил, стандартизировал и обучил этой технике, в которой используется обобщенная текстура для имитации форм рельефа на большой площади. [2] Комбинация профиля холма и затененного рельефа, этот стиль представления ландшафта одновременно идиосинкразичен для его создателя - часто раскрашен вручную - и полезен для иллюстрации геоморфологических закономерностей.
План косой рельеф [ править ]
Совсем недавно Том Паттерсон разработал компьютерную технику картографирования местности, вдохновленную работами Райса, получившую название план косой рельеф . [3] Этот инструмент начинает с закрашенного рельефного изображения, затем смещает пиксели на север пропорционально их высоте. В результате горы «встают» и «перекрываются» элементами на севере, точно так же, как профили холмов. Некоторым зрителям эффект легче увидеть, чем другим.
Hachures [ править ]
Hachures , впервые стандартизованный австрийским топографом Иоганном Георгом Леманном в 1799 году, представляет собой форму штриховки с использованием линий. Они показывают ориентацию склона, а по своей толщине и общей плотности создают общее ощущение крутизны. Поскольку они не являются числовыми, они менее полезны для научных исследований, чем контуры, но могут успешно передавать довольно конкретные формы местности. [2] Они особенно эффективны при отображении относительно невысокого рельефа, например холмов. Он был стандартом на топографических картах Германии вплоть до 20 века.
Было предпринято несколько попыток воссоздать этот метод с использованием цифровых данных ГИС, но результаты были неоднозначными.
Контурные линии [ править ]
Во- первых , разработанный во Франции в 18 - м веке, контурные линии (или изогипсы) являются изолинии одинаковой высоты. Это наиболее распространенный способ количественной визуализации высоты, знакомый по топографическим картам .
Большинство национальных съемок 18-го и начала 19-го веков не фиксировали рельеф на всей территории охвата, а рассчитывали только точечные отметки в точках съемки. Геологическая служба США (USGS) топографическая съемка карты включена контур представление рельефа, и поэтому карты , которые показывают облегчение, особенно с точным представлением возвышения, стала называть топографическими картами (или «топографической» картой) в Соединенных Штатах , и использование распространилось по всему миру.
На картах, выпускаемых Swisstopo , цвет контурных линий используется для обозначения типа грунта: черный для голых скал и осыпей , синий для льда и подводных контуров и коричневый для грунта. [4]
Контуры Танаки (рельефа) [ править ]
Танака (рельеф) Контуры метод представляет собой метод , предназначенный для освещения контурных линий для того , чтобы помочь визуализировать местности. Линии выделяются или закрашиваются в зависимости от их отношения к источнику света на северо-западе. Если изображаемый объект будет затенять участок линии контура, этот контур будет представлен черной полосой. В противном случае склоны, обращенные к источнику света, были бы представлены белыми полосами.
Этот метод был разработан профессором Танакой Китиро в 1950 году, но эксперименты с ним были проведены еще в 1870 году, но без особого успеха из-за технологических ограничений в печати. Результирующий ландшафт на этом этапе представлял собой изображение в градациях серого. [5] Картограф Бертольд Хорн позже создал программное обеспечение для цифрового создания «Контур Танаки», а Патрик Кеннелли, другой картограф, позже нашел способ добавить цвет к этим картам, сделав их более реалистичными. [6]
У этого метода есть ряд проблем. Исторически сложилось так, что технология печати плохо воспроизводила контуры Танаки, особенно белые линии на сером фоне. Этот метод также требует очень много времени. Кроме того, террасный вид не выглядит привлекательным или точным на некоторых типах местности. [7]
Гипсометрические оттенки [ править ]
Гипсометрические оттенки (также называемые тонировкой слоев, тонировкой высот, раскраской высот или гизометрической раскраской) - это цвета, помещенные между контурными линиями для обозначения отметки . Эти оттенки показаны как цветные полосы в градуированной схеме или как цветовая схема, применяемая к самим контурным линиям; любой метод считается типом изарифмической карты . Гипсометрическое тонирование карт и глобусов часто сопровождается аналогичным методом батиметрического тонирования, чтобы передать различия в глубине воды.
Затененный рельеф [ править ]
Внизу: та же карта с затемнением от солнца.
Затененный рельеф , или затенение холмов, реалистично показывает форму местности, показывая, как трехмерная поверхность будет освещена точечным источником света. Эта тень обычно следует условности верхнего левого освещения , в котором источник света находится вблизи верхний левый угла карты. Если карта ориентирована так, чтобы север был вверху, в результате кажется, что свет исходит с северо-запада. Хотя это нереалистичное освещение в северном полушарии, использование южного источника света может вызвать мультистабильные иллюзии восприятия , при которых топография кажется перевернутой. [8]
Растушеванный рельеф традиционно рисовался углем , аэрографом и другими средствами художника. Швейцарский картограф Эдуард Имхоф широко известен как мастер техники и теории ручного затенения холмов. Затененный рельеф сегодня почти исключительно создается компьютером на основе цифровых моделей рельефа (ЦМР). Математическая основа аналитической отмывки заключается в вычислении нормали к поверхности в каждом месте, а затем в вычислении угла между этим вектором и вектором, указывающим на освещение, с использованием точечного произведения; чем меньше этот угол, тем больше света получает это место. Однако в большинстве программных реализаций используются алгоритмы, сокращающие эти вычисления. Этот инструмент доступен во множестве ГИС и графических программ, включая Photoshop , QGIS , GRASS GIS или расширение ArcMap Spatial Analyst.
Хотя эти относительно простые инструменты сделали штриховой рельеф почти повсеместным на картах, многие картографы остались недовольны продуктом и разработали методы улучшения его внешнего вида, в том числе следующие:
Затенение с подсветкой [ править ]
Вклад Имхофа включал многоцветный подход к затенению, с пурпурным в долинах и желтым на вершинах, что известно как «освещенное затенение». Освещение сторон местности, обращенных к источнику света, желтыми цветами обеспечивает большую реалистичность (поскольку прямой солнечный свет более желтый, а окружающий свет более синий), усиливает ощущение трехмерности ландшафта и делает карту более выразительной. эстетично и артистично. [9] Была проделана большая работа по воссозданию в цифровом виде работ Эдуарда Имхофа , что в некоторых случаях было довольно успешным. [10]
Многонаправленное затенение [ править ]
Распространенной критикой компьютерной аналитической отмывки является ее резкий, искусственный вид, при котором склоны, обращенные к свету, сплошно белые, а откосы, обращенные в сторону, сплошные черные. Райс назвал это «пластиковым затенением», а другие говорили, что это похоже на лунный пейзаж. [2] Одно из решений - включить несколько направлений освещения для имитации эффекта окружающего освещения, создавая гораздо более реалистичный вид продукта. Множественные методы были предложены для этого, в том числе с использованием географических информационных систем программного обеспечения для создания нескольких изображений затененных помощи и усредняя их вместе, используя программное обеспечение для моделирования 3-D для визуализации местности , [11]и специальные программные инструменты для имитации естественного освещения с использованием до сотен отдельных источников. [12] Этот метод оказался наиболее эффективным для очень пересеченной местности при средних масштабах от 1: 30 000 до 1: 1 000 000.
Отображение текстуры / рельефа [ править ]
Можно сделать местность более реалистичной, имитируя трехмерный вид не только голой поверхности земли, но и элементов, покрывающих эту поверхность, таких как здания и растения. Отображение текстуры или наложение рельефа - это метод, адаптированный из компьютерной графики, который добавляет слой затененной текстуры к заштрихованному рельефу поверхности, имитирующему внешний вид местного земного покрова. [13] Эту текстуру можно создать несколькими способами:
- Замена текстуры : копирование, абстрагирование и объединение изображений земного покрова, полученных с помощью дистанционного зондирования. [14]
- Генерация текстуры : создание смоделированного слоя рельефа земного покрова в ГИС, такого как случайное разбросание «деревьев», а затем создание этого затененного рельефа. [15]
- Измерение высоты : использование методов дистанционного зондирования с высоким разрешением, особенно лидаров и дронов , для прямого или косвенного (посредством фотограмметрии ) измерения высоты и / или формы элементов земного покрова и затемнения этой поверхности возвышения.
Этот метод наиболее полезен при создании реалистичных карт в относительно большом масштабе, от 1: 5 000 до 1: 50 000.
Смешение или изменение разрешения [ править ]
Одна из проблем с затененным рельефом, особенно в малых масштабах (1: 500 000 или меньше), заключается в том, что эта техника очень хороша для визуализации местного (высокочастотного) рельефа, но не может эффективно отображать более крупные детали. Например, пересеченная местность холмов и долин покажет столько же или больше изменений, чем большая гладкая гора. Повышение разрешения - это гибридный метод, разработанный картографом NPS Томом Паттерсоном для смягчения этой проблемы. [16]ЦМР с высоким разрешением усредняется с сильно сглаженной версией (т. Е. Со значительно более грубым разрешением). Когда к нему применяется алгоритм отмывки, он дает эффект смешивания мелких деталей исходной модели местности с более широкими элементами, обнаруженными сглаженной моделью. Этот метод лучше всего работает в небольших масштабах и в постоянно жестких регионах.
Косой вид [ править ]
Трехмерный вид (проецируемый на двумерную среду) поверхности Земли вместе с лежащими на ней географическими объектами. Воображаемые виды городов с воздуха были впервые созданы в позднем средневековье , но эти «виды с высоты птичьего полета» стали очень популярными в Соединенных Штатах в 1800-х годах. Появление ГИС (особенно последних достижений в области трехмерной и глобальной визуализации) и программного обеспечения для моделирования трехмерной графики сделало создание реалистичных аэрофотоснимков относительно легким, хотя выполнение качественного картографического дизайна на этих моделях остается проблемой. [17]
Карта повышенного рельефа [ править ]
Это карта, на которой рельеф показан в виде трехмерного объекта. Самый интуитивный способ изобразить рельеф - это имитировать его в масштабе. Изготовленные вручную диорамы могут появиться в Китае в 200 г. до н.э., но массовое производство не было доступно до Второй мировой войны с изобретением пластиковых карт вакуумного формования и компьютеризированной обработки для эффективного создания форм. Обработка также используется для создания больших пользовательских моделей из таких материалов, как пена высокой плотности, и их можно даже раскрасить на основе аэрофотосъемки, поместив печатающую головку [[Inkjet Printing | струйная печать | на обрабатывающее устройство ». Появление 3D-печати представила гораздо более экономичные средства для создания рельефных карт, хотя большинство 3D-принтеров слишком малы для эффективного создания больших диорам.
Скелетные, структурные или разрывные линии [ править ]
Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Июнь 2014 г. ) |
Подчеркивает гидрологический водораздел и водосборные потоки.
Форумы и ассоциации [ править ]
Изображение рельефа особенно важно в горных районах. Комиссия по горной картографии в Международной картографической ассоциации является самым известным форумом для обсуждения теории и методов для отображения этих областей.
См. Также [ править ]
- Графические карты
- Картографическая маркировка
Ссылки [ править ]
- ^ Лобек, AK (1921) Физическая диаграмма Соединенных Штатов , AJ Nystrom & Co., цифровое сканирование в коллекции карт Дэвида Рамси, список No 7129.000
- ^ a b c Raisz, Эрвин (1948). Общая картография (2-е изд.). Макгроу-Хилл. С. 103–123.
- ^ Дженни, Бернхард; Паттерсон, Том (2007). "Представляем план косой рельефности" (PDF) . Картографические перспективы (57): 21.
- ^ Swisstopo, Обычные признаки архивации 2008-05-28 в Wayback Machine .
- ^ Основы картографии. Мисра Р.П. и А. Рамеш. Концепт издательской компании. 1989. С. 389–390.
- ^ Patrick Kennelly & A. Джон Kimerling (2001) Модификации Illuminated Контурная метода Танака, картографии и геоинформатики, 28: 2, 111-123.
- ^ "ПОМОЩЬ (ТЕРРЕЙН) ИЗОБРАЖЕНИЕ." ГИС ЛАБОРАТОРИИ UNBC: ГИС и дистанционное зондирование. Университет Северной Британской Колумбии, nd Web. 28 сентября 2013 г.
- ↑ Эдуард Имхоф (01.06.2007). Картографический рельеф . Esri Pr. ISBN 978-1-58948-026-1.
- ^ Дженни, Бернхард; Хурни, Лоренц (2006). «Цветовые рельефы в швейцарском стиле, модулируемые высотой и воздействием освещения». Картографический журнал . 43 (3): 198–207. DOI : 10.1179 / 000870406X158164 .
- ^ Том Паттерсон, «Увидеть свет: как создать затененный рельеф с подсветкой в Photoshop 6.0», http://www.shadedrelief.com/illumination/ (по состоянию на 30 октября 2017 г.).
- ^ Хаффман, Дэниел П. (2014) Затененный рельеф в Blender , 9-й семинар по горной картографии ICA
- ^ Kennelly, J., & Stewart, J. (2006). Модель равномерного освещения неба для улучшения затенения местности и городских территорий. Картография и географическая информатика, 33 (1), 21–36. https://doi.org/10.1559/152304006777323118 .
- ^ Блинн, Джеймс Ф. "Моделирование морщинистых поверхностей" , Компьютерная графика, Vol. 12 (3), стр.286-292 SIGGRAPH -ACM (август 1978 г.)
- Перейти ↑ Patterson, Tom (2002). «Становясь реальностью: размышления о новом взгляде на карты обслуживания национальных парков». Картографические перспективы (43): 43–56. DOI : 10.14714 / CP43.536 .
- ^ Найберт, Джеффри (2000). «Использование изображений дистанционного зондирования для текстурирования тонированного рельефа слоя» . Картографические перспективы (36): 93. DOI : 10,14714 / CP36.827 .
- ^ Паттерсон, Том., «Повышение разрешения GTOPO30 в Photoshop: как сделать высокогорье более разборчивым», http://www.shadedrelief.com/bumping/bumping.html (по состоянию на 24 сентября 2012 г.)
- ↑ Паттерсон, Том (2005). «Взгляд поближе: руководство по созданию культурных и исторических мест службы национальных парков с высоты птичьего полета» . Картографические перспективы (52): 59–75. DOI : 10.14714 / CP52.379 .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме топографического затенения . |
- Shaded Relief , сайт Тома Паттерсона
- Relief Shading , веб-сайт Института картографии ETH Zurich
- Wikipedia Graphic Lab , руководство по созданию карт с закрашенным рельефом с использованием бесплатного программного обеспечения с открытым исходным кодом.
- Рендеринг карты с использованием техники рельефной штриховки в Photoshop
