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数字地形测量学

数字地形测量学. Digital Topography. 武汉大学测绘学院. 第八章 碎部测量. 8.1 碎部测图方法 8.2 测定碎部点的基本方法 8.3 地物测绘 8.4 地貌测绘 8.5 地图符号的自动绘制与曲线光滑的数学方法 8.6 等高线的自动绘制. 第八章 碎部测量. 8.5 地图符号的自动绘制与曲线光滑的数学方法. 1 概述. 图形： 计算机图形学的研究对象 , 能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象 , 包括自然景物、拍摄到的图片、 用数学方法描述的图形 等等 构成图形的要素

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Presentation Transcript

  1. 数字地形测量学 Digital Topography 武汉大学测绘学院

  2. 第八章 碎部测量 8.1 碎部测图方法 8.2 测定碎部点的基本方法 8.3 地物测绘 8.4 地貌测绘 8.5 地图符号的自动绘制与曲线光滑的数学方法 8.6 等高线的自动绘制

  3. 第八章 碎部测量 8.5 地图符号的自动绘制与曲线光滑的数学方法

  4. 1 概述 • 图形： • 计算机图形学的研究对象,能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象,包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等 • 构成图形的要素 • 几何要素：刻画对象的轮廓、形状等 • 非几何要素：刻画对象的颜色、材质等 • 计算机中表示图形的方法 • 点阵表示 • 枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成) • 简称为图像（数字图像） • 参数表示 • 由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形 • 简称为图形

  5. 1 概述 计算机图形：用计算机生成、处理和显示图形的学科；由几何数据和几何模型，利用计算机进行显示并存储，并可以进行修改、完善以及有关操作的过程；几何形体在计算机中的表示，分析、研究怎样灵活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效率，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。 图象处理：将客观世界中原来存在的物体影象处理成新的数字化图象的相关技术；如CT扫描、X射线探伤等；图象处理：研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像，如何对数字图像做各种变换以方便处理，如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提取。

  6. 1 概述 模式识别：对所输入的图象进行分析和识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型；如邮政分检设备、地形地貌识别等； 计算几何：研究几何模型和数据处理的学科，讨论几何形体的计算机表示、分析和综合，研究如何方便灵活、有效地建立几何形体的数学模型以及在计算机中更好地存贮和管理这些模型数据； 计算机视觉和模式识别： 图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写体识别、机器视觉.

  7. 1 概述 计算机图形学（Computer Graphics）是近三十年来发展迅速，应用广泛的新兴学科，它主要研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形。 图形的具体应用范围很广，但是从基本的处理技术看只有两类， 一类是线条，如工程图、地图、曲线图表等； 另一类是明暗图，与照片相似。 为了生成图形，首先要有原始数据或数学模型，如工程人员构思的草图，地形航测的判读数据，飞机的总体方案模型，企业经营的月统计资料等等。这些数字化的输入经过计算机处理后变成图形输出。

  8. 1 概述 计算机图形学应用领域 目前计算机图形学应用领域主要有： 1、用户接口 ； 2、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） ； 3、科学技术及事务管理中的交互绘图 ； 4、地形地貌和自然资源图 ； 5、过程控制（工业控制） ； 6、办公自动化及电子出版系统 ； 7、计算机艺术、广告、动画和电影 ；

  9. 8、科学可视化 ； 9、计算机辅助教学(CAI) ； 10、多媒体技术 ； 11、其它方面的应用如农业、公安等。 附：计算机图形学应用实例

  10. OpenGL三维显示 -- 海豚

  11. 浙江大学Gscad三维机械CAD系统实例1

  12. 浙江大学Gscad三维机械CAD系统实例2

  13. 浙江大学Gscad三维机械CAD系统实例3

  14. 数字高程模型

  15. 三维飞行

  16. 三维飞行

  17. 1 概述 计算机制图中常用的坐标系统有： 1、世界坐标系(World Coordinate System)； 2、局部坐标系（Local Coordinate System）； 3、观察坐标系（Viewing Coordinate System）； 4、成像面坐标系统； 5、屏幕坐标系统（也称设备坐标系统）。

  18. X +X （Wxt , Wyr） （Wxb , Wyl） +Y Y O 1 概述 • 测量坐标系到计算机屏幕坐标系的换算

  19. 1 概述 • 测量坐标系到计算机屏幕坐标系的换算 式中，X、Y为某一点在测量坐标系中的坐标,Yms为计算机屏幕的最大Y坐标，Sx、Sy为测量坐标到计算机屏幕坐标换算的比例系数，可按下式计算：

  20. 1 概述 • 测量坐标系到计算机屏幕坐标系的换算 为了使在计算机屏幕上显示的图形不致变形，由测量坐标系换算到计算机屏幕坐标系的比例系数在x方向和y方向应采用相同的比例系数，即应取上式计算出的两个系数中的较小值。

  21. 1 概述 • 测量坐标系到绘图仪坐标系的换算 式中，XP0、YP0为窗口左下角点在绘图仪上的定位坐标，M为测量坐标到绘图仪坐标换算的比例系数。

  22. 2地图符号的自动绘制 独立符号 1、独立符号库的建立 2、独立符号的自动输出

  23. 2地图符号的自动绘制 线状符号 1、线型 2、线状符号

  24. 2地图符号的自动绘制 面状符号 1、多边形轮廓线内绘制晕线 2、面状符号的自动绘制

  25. 2地图符号的自动绘制 绘制方法 一个符号对应一段程序，符号库就是程序库，编程工作量较大。 程序生成法 : 模板生成法 : 程序和符号库分离 扩充符号不需改程序

  26. x 3 2 1 0 y -1 -2 -1 0 1 2 2地图符号的自动绘制 1）、点状符号库的设计与实现 —— 库的建立 • 把点状符号叠置在格网模板上 格网分划与符号尺寸单位一致 符号定位点落在格网坐标系原点 • 将点状符号分解成基本图元并记录其坐标信息 点（ p） 线段（ l ） 圆(弧)（ c） 多边形（ g）

  27. 2地图符号的自动绘制 ——点状符号库的数据格式 点：p ,n , x1 , y1 , … … , xn, yn 线：l , n （ 线的个数） x11 , y11 ,x12 ,y12 ,w （坐标，线宽） … … xn1 ,yn1 ,xn2 ,yn2 ,w 多边形：g , n k，m， x1 ,y1 , … ,xm,ym … … k，m， x1 , y1 , … ,xm,ym

  28. 水塔 烟囱 2地图符号的自动绘制 ——关于多边形类型K的说明 • k=0 多边形 • k=1 涂黑区域

  29. a1 a2 r (x, y) 2地图符号的自动绘制 • 圆(弧)：c , n • k, x1 , y1，r1 , a11 , a12 • … … • k , xn , yn，rn，an1， an2 • a1和 a2均从X轴正向起算，顺时针方向为正； • 当a1＝0°且 a2＝360°时表示圆； • k=0 圆(弧)线；k=1 涂黑区域；k=2 洞（涂白区域）

  30. 2地图符号的自动绘制 ——点状符号设计示例（水塔） 3262 水塔 L 4 3.5 0 3 0 0.15 2 -0.5 0 -0.5 0.15 2 0.5 0 0.5 0.15 0 -1 0 1 0.15 g 1 0 5 3 -1 2 -1 2 1 3 1 3 -1 *

  31. 2地图符号的自动绘制 ——点状符号库的应用 • 符号的平移缩放 • 符号的旋转

  32. 1.0 4.0 0.3 1.0 10.0 0.1 2.0 0.1 0.5 10.0 0.2 10.0 0.1 2）、线状符号库的设计与实现 ——线状符号的分类 • 双实线符号：如简易公路、公路 • 周期单线符号 • 周期双线符号 • 单实线符号：如等高线

  33. 10.0 0.1 2地图符号的自动绘制 ——线状符号库设计考虑的因素 • 线长（a）：指边缘实线的长度 • 符号宽（b） ：双线符号两边线中轴的间距 • 周期：沿线状符号前进方向的变换周期 • 基本图元：线段和圆（弧）

  34. 2地图符号的自动绘制 —— 线状符号库结构 符号代码 符号名称 • 非周期性线段数（n） x11 , y11 , x12 , y12 , 线宽 … … xn1 , yn1 , xn2 , yn2 , 线宽 • 非周期性圆(弧)数（n） x1 , y1，r1 , a11 , a 12 … … xn , yn，rn，an1， an2 • 一周期线段数(n) 周期长（数据结构同点状符号） • 一周期圆(弧)数(n) 周期长（数据结构同点状符号）

  35. x 1 0 -1 0 5 10 15 y 2地图符号的自动绘制 0712 国界 0 0 3 10.0 -0.8 0.0 0.8 0.0 0.1 -0.8 6.0 0.8 6.0 0.1 0.0 0.0 0.0 6.0 0.8 110.0 1 0.0 8.0 0.4 0 360 线状符号库示例（国界）

  36. X WN EN WS Y ES • 计算晕线条数 nj=INT［( ) / d］ 2地图符号的自动绘制 3）、面状符号库的设计与实现 ——建筑物填充 • 列晕线方程、建筑物边线方程，并求晕线与建筑物边线的交点 • 判断交点是否为晕线端点 判别式：λ= ( x – xi ) / ( xi+1 – x ) ，找出内分点（λ＞0 ），依x大小排列，每两点为一条晕线。

  37. x xmax p ymin q ymax xmin O y • 计算区域的外接矩形 、 、 、 • 求行列数 nx=INT［( - )/p］ ny=INT［( - )/q］ • 求定位点坐标（保留区域内点） 2地图符号的自动绘制 ——植被符号的填充 x 方向间隔 p y方向间隔 q 相邻两行在y方向 错开 q/2。

  38. 2地图符号的自动绘制 4）、地形图的注记 ——注记的作用 配合地图符号，更完整、准确、全面地表达地图要素的名称、意义、种类、质量和数量等特征，为用户提供更多的信息。 ——注记的要素 字体、字大、字隔、字向、字列、字位、字色 ——注记的实现 利用编程语言提供的写文字功能

  39. 3曲线光滑的数学方法 一、抛物线加权平均法 二、近似斜轴抛物线加权平均法 三、张力样条函数法

  40. 3曲线光滑的数学方法

  41. 谢 谢!

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