1、電腦地圖制圖原理第1章電腦地圖制圖是指以電腦硬件設備為根底， 在相應軟件軟件系統的支持下， 以數 字格式對地圖制圖要素與現象數據進行采集、 處理與管理， 按照地圖制作的標準 進行符號化、圖版制作與輸出，并提供地圖自動分析的過程。地圖是按照一定的數學法那么，將地球或星體外表的空間信息，經概括綜合后 以可視化、 數字化或可觸摸的符號形式， 縮小表達在一定載體上的圖形模型， 用 以傳輸、模擬和認知客觀世界的時空信息。電腦地圖制圖系統的數據轉換：多源數據 -電腦地圖制圖系統 -數字地圖。 電 腦地圖制圖一般過程：地面數據獲取 -地面數據處理 -地圖輸出。 電腦圖形學 是研究怎樣用電腦生成、處理和現實圖

2、形的一門學科。 電腦圖形系統由圖形硬 件系統和圖形軟件系統組成， 圖形硬件系統是支持圖形的設備， 圖形軟件系統是 實現圖形設備管理和圖形功能的程序和數據， 電腦圖形系統特點是數據量大、 數 據結構復雜、數據操作電腦量大和處理方法復雜。電腦圖形系統根本功能： 1. 圖形輸入輸出功能 2.圖形定義和維護功能 3.圖形數據存儲和管理功能 4.圖形變 換、圖形處理和數據計算功能。地圖數據主要包括： 1.地理要素空間數據 2.地理要素屬性數據 3.地理要素空間關 系數據 4.地圖符號庫 5.地圖注記數據 6.地圖元數據。電腦地圖制圖的當前開展特點： 1.多元數據采集手段一體化 2.數據標準化 3.數據

3、庫集成化 4.地圖產品多元化 5.地圖分析的深入 6.地圖表達方式多樣化 7.地圖及相 關應用商業化。電腦地圖制圖的主要研究內容： 1.電腦地圖制圖硬件設備研制與開發 2.制圖數據 采集與預處理 3.地圖要素表達與數據結構 4.地圖符號設計 5.地形表達 6.地圖數據 存儲與組織 7.地圖操作 8.地圖空間分析與地圖關系 9.輸入輸出 10.三維可視化、 虛擬現實地圖與虛擬地理環境 11.地圖制圖新技術應用 12.電腦地圖制圖軟件系 統與應用系統開發。第2章 地圖：地圖是根據一定的數學法那么， 將地球上的自然和社會現象， 通過制圖綜合 形成的信息， 運用符號系統縮繪到平面上的圖形， 已傳遞他們

4、的數量和質量在時 間和空間上的開展和變化。地圖分類： 1.按地圖內容分為普通地圖和專題地圖 2.按比例尺分大中小比例尺地 圖 3.按制圖區分地球圖、 月球圖、 全球圖、大洋圖等 4.按用途可分為通用地圖和 專用地圖 5.按承載物質可分為紙質圖、 磁介質圖、 紡織物圖、化纖品圖等 6.按其 他標志分桌面用圖、掛圖、手持 GPS 圖等。 數字地圖是以數字形式存儲和記錄 的地圖，是在一定的坐標系統內具有確定的位置、 屬性及關系標志和名稱的地面 要素和現象的離散數據， 在電腦可識別的存儲介質上存儲的概括的有序集合。 數 字地圖分類：數字地圖按幾何數據表示的形式分為矢量式和柵格式數字地圖。 數字地圖與電

5、子地圖密切相關， 數字地圖是電子地圖的根底， 是存儲方式， 電子 地圖是地面數據的可視化產品，是數字地圖的可視化，是表示方式。電腦地圖制圖是以地圖制圖原理為根底， 以電腦及外圍設備為工具， 采用數據庫 技術和圖形數字處理方法，實現地圖信息的獲取、變換、傳輸、識別、存儲、處 理、顯示和繪圖的應用科學。地圖表示手段由地圖圖形、地圖色彩和地圖文字組成。 地圖表示方法是指地圖上制圖對象圖形表達的根本方法，根本方法有個體符號 法、線狀符號法、范圍法、底色法、等值線法、點值法、運動符號法、格網法、 統計圖法等。地圖圖形的數據表示形式分矢量和柵格形式的數據。 數字地圖實質上是空間點 集在二維空間上的投影。幾

6、何數據獲取方法有外業測量、柵格形式的空間數據化、現有地圖數字化 數據 標準化： 定義標準、 空間數據轉換標準、 制圖數據質量控制、 制圖要素標準。 數 據壓縮目的：刪除冗余數據，減少數據的存儲量、節省存儲空間、加快后繼處理 速度。數據壓縮方法：間隔取點法、垂距法和偏角法、道格拉斯 -普克法、光欄 法。第 4 章 根本圖形生成算法圖形表示方法：點陣表示圖象和矢量表示圖形 。直線的生成算法：數值微分法、中點畫線法、 Brese nham算法。圓的生成算法： 圓弧掃描算法、角度DDA法、圓的中點畫法、Bresenham畫圓算法。橢圓生成 算法：中點畫圓法。點陣字符和矢量字符的比擬： 1.字符變換不同

7、，表示點陣的是位圖，表示矢量字 符的是端點坐標 2.占用空間不同， 矢量字符占用空間少， 矢量字符只需要一套字 符 3. 矢量字符美觀。第 4 章 地面數據結構和地圖數據庫 圖形對象的特征： 1.圖形對象具有形狀和色彩等特征 2.圖形對象具有 2 個級別 3. 圖形對象具有分層表示性 4.圖形對象受到圖形系統分辨率的約束 5.圖形對象具 有自己的圖形坐標系 6.圖形對象調用總伴隨著圖形變換操作 7.圖形對象具有多 種信息的編碼方式、壓縮方式和圖形數據文件的組織方式。 圖形數據結構是指 圖形數據在電腦內的組織和編碼形式。 根本圖元是圖形系統的根本圖形元素。 一般圖形系統的 8 種圖元：點、多點標

8、記、線、折線、正文、區域填充、點陣圖 形、廣義圖元。 空間對象分為簡單對象、復合對象、復雜對象。 圖形屬性是描 述圖形外貌和細節的因素集合。 地圖數據結構的作用： P86 地圖數據結構分為： 矢量結構和柵格結構。 矢量數據就是代表地圖要素的各離散點平面坐標的有序集 合，柵格數據是地圖圖形柵格單元按矩陣形式存儲的集合。 特點：柵格數據記錄 的屬性數據本身，而位置數據可以由屬性數據對應的行列號轉換為相應的坐標， 柵格數據結構適合于表達遙感影象數據和 DEM ;矢量數據結構是主要的地圖數 據結構，具有結構緊湊、冗余度低、利于網絡、檢索分析等，具有空間實體的拓 撲信息，便于深層次分析。數字地圖采用的矢

9、量數據格式。柵格數據結構、矢量數據結構比擬。柵格數據結構優點：數據結構簡單、疊加操 作易實現、能有效表達空間可變性、柵格圖象便于做圖象的有效增強。缺點：數 據結構不嚴密、不緊湊、難以表達拓撲關系，圖形輸出不美觀。矢量數據結構優 點：提供更嚴密的數據結構、 提供更有效的拓撲編碼、 圖形輸出美觀接近于手繪； 缺點：矢量比柵格結構復雜、疊加操作沒有柵格有效、表達空間變化性能力差、 不能對數字圖形作增強處理。地圖數據管理的三個階段： 程序管理階段、 文件管理階段、 數據庫管理階段。 地 圖數據庫的數據模型： 層次模型、 網絡模型、關系模型對象關系數據庫模型。 圖 形數據與屬性數據結合方式分為：圖形文件

10、、圖形數據庫、圖形文件+外掛屬性數據、圖形數據、屬性數據一體化管理、面向對象的組織模式。空間數據引擎指提供存儲、 查詢、 檢索空間數據， 以及對空間數據進行空間關系 運算和空間分析的程序功能集合。空間數據引擎根本功能： 1.多用戶管理 2.多空 間數據庫管理 3.空間數據的索引 4.空間關系運算和空間分析功能 5.GSQL 語句的 解釋執行。空間數據引擎關鍵技術： 1.空間數據模型的建立 2.空間查詢語言 3. 空間數據的索引 4.數據一致性問題。地圖數據分層組織方法： 1.按專題分層 2.按地圖實體類別分層。第 5 章 圖形處理變換與常用地圖操作 坐標系轉換表：建模坐標系 >世界坐標系

11、 > 觀察坐標系 >標準化坐標系 > 設備坐標系。圖形變換是指圖形的幾何信息經過幾何變換后產生新的圖形。投影： P133。 投影變換：將三維空間的物體變換到二維投影面上的過程稱為投影變換。 平面幾何 投影是指投影面是平面， 投影線是直線的投影。 平面幾何投影分為平行投影和透 視投影。第 6 章 地圖符號設計地圖符號是指在圖上表示制圖對象空間分布、 數量、質量等特征的標志、 信息載 體，包括線劃符號、色彩和注記。地圖符號的分類： 1.按符號所表現的制圖對象 的幾何特征分類 2.按符號與地圖比例尺的關系分類 3.按符號所表示的制圖對象 的地理特征量度分類 4.按符號的圖形特征分類

12、。 地形圖圖式是地圖符號樣式和 描繪規那么的標準，它規定了響應比例尺地形圖上表示各種地物、 地貌要素的符號、 注記和顏色。 電腦制圖符號繪制方法有編程法和信息法。編程法是由繪圖子程 序按符號圖形參數電腦繪圖矢量并操作繪圖儀繪制地圖符號。 信息的構成有直接 信息法和間接信息法。地圖符號設計的內容包括：圖案設計、尺寸設計和色彩設計。 地圖注記的設計 包括字體、字大、字色、間距和配置等方面。第 7 章 三維地形模型與可視化三維地形顯示的根本步驟：P194 DTM :數字地面模型 DEM :數字高程模型TIN : 不規那么三角網 GRID ：規那么格網DTM 數字地面模型根本組成局部：數據獲取、數據轉

13、換、數據預處理、構網建 模、存儲和管理、數模的應用。LoD 技術：三維地形數據組織， 在不影響視覺效果的條件下， 通過逐次簡化景物 的外表細節來減少場景的幾何復雜性， 提高繪制算法的效率。 LoD 模型分類： 不 連續的 LoD 模型、連續的 LoD 模型、幾何結構自身上的 LoD 模型。 OpenGL： 是一種電腦圖形處理系統，一種 API 接口，是目前用于開發可移植、可交互的 2D和3D圖形應用程序的首選環境。OpenGL圖形操作步驟：P223。OpenGL下 地形三維可視化： P224第 8 章 電腦地圖制圖系統分析與設計 軟件開發的瀑布模型： 問題定義、可行性分析、需求分析、總體設計、

14、詳細設計 編 碼實現、系統測試和運行維護。電腦地圖制圖系統進行需求分析和系統設計： 數據采集與輸入、 數據預處理、 數 據組織與存儲、 地圖符號庫與符號定義功能、 標準地圖布局生成、 地圖生成與編 輯、地圖操作與分析、地圖制圖輸出。數字正射影象圖是利用數字高程模型對經掃描處理的數字化航空相片、遙感相 片，經逐像元進行投影差改正、 鑲嵌，按國家根本比例尺地形圖圖幅范圍剪生成 的數字正射影象數據集。第 9 章 地圖分析與地理信息系統地圖應用包括地圖閱讀、地圖分析、地圖解譯三局部。地圖分析的作用：1.獲得各要素的分布規律、 揭示各要素的相互聯系、 研究各要素的動態變化、 進行綜合 評價、進行區劃和規

15、劃。 地圖分析的主要方法：目視分析法、地圖量測與計算、地圖圖解分析、地圖統計 分析、地圖數學模型分析、地圖時序分析。 地圖分析的步驟： P252 數字地圖分析是指基于以數字形式存儲和表示的地圖進行的各項地圖分析操 作。 地理信息系統： P259 地理信息的應用： 測繪與地圖制圖、 資源管理、規劃設計、災害監測、環境保護、 國防、宏觀決策支持。地理信息系統的開展趨勢：由單機轉向網絡、由二維轉向 三維、由靜態轉向動態、由集中系統轉向組件、由固定轉向移動、由集中處理到 分布式處理、異構系統互操作、由技術想科學的演變、 GIS 社會化與商業化。第 11 章 電腦地圖制圖的開展與展望電子地圖P315:電

16、子地圖是具有地圖的符號化數據特征、以地圖數據庫為根底 的可供人們閱讀的有序數據集合， 以數字形式存儲在電腦外存儲器， 并能在電子 屏幕上實時顯示。 電子地圖特點：動態性、交互性、超媒體集成性、具有查詢和量算、制作工藝先 進、制圖精度高、是數字地球等數字化管理的根底工作。 電子地圖的應用：地圖量算和分析、規劃管理、軍事指揮、城市公共設施管理、 導航與智能交通、個人應用。多媒體地圖P320:多媒體地圖是建立在電腦軟件、硬件根底上，借助于電腦綜 合處理多種多媒體信息的功能，將文字、圖形、圖象、色彩、聲音、動畫及動態 技術想結合， 使多種信息邏輯地并集成議和有機的、 具有人性化操作界面的空間 信息傳輸系統。多媒體地圖研究內容： 1.理論研究方向：多媒體技術與地圖學的內在聯系、結合 途徑與原理、 多媒體地圖根本理論、 多媒體地圖的內容組成與要素關系、 以及多 種多媒體信息在地圖中的表達與數據組織、 多媒體地圖標準與標準、 多媒體地圖 傳輸空間信息的過程方式與實質、 多媒體地圖認知、 多媒體地圖分析、 多媒體技 術條件下地圖及地圖學的學科體系變化。 2.應用研究方向：多媒體地圖制圖系統 的構成與其內容、 多媒體地圖數據庫的設計與研