Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ и систематизация карт с элементами «ландшафтного» оформления ..9
1.1 Понятие «ландшафтного» оформления 9
1 2 Краткий исторический обзор способов изображения на карте 11
1.3 Карты природных зон 15
1.4 Туристские карты 17
1 5 Карты-панорамы 24
Глава 2. Теоретические и практические аспекты создания карт с элементами «ландшафтного» оформления 30
2.1 Географический аспект (географическое подобие) 30
2.2 Графический аспект 39
2 2.1 Графические аспекты моделирования 41
2 2.1.1 Моделирование рельефа 41
2 2.1.2 Моделирование элементов содержания 46
2 2 2 Графические аспекты символизации 47
222 1 Рельеф 47
2 2 2 2 Элементы гидрографии 49
2 2.2 3 Населенные пункты и дорожная сеть 52
2 2.2 4 Растительность 54
2.2.2.5 Объекты специального содержания 55
2.2.3 Графические аспекты визуализации . 57
2.2.3.1 Выбор источника и направления освещения при показе рельефа 57
2.2.3.2 Освещенность при моделировании текстуры леса 61
2.2.3.3 Атмосферные эффекты 62
2.3 Познавательный аспект 66
Глава 3. Разработка методики «ландшафтного» оформления карт в программной среде трехмерного моделирования 71
3.1 Анализ и возможности использования цифровых моделей рельефа 71
3.2 Анализ и применение данных дистанционного зондирования 92
3.3 Способы и приемы создания карт с элементами «ландшафтного» оформления 98
3.3.1 Моделирование рельефа 98
3 3 2 Моделирование растительности 106
3.3.2.1 Геотипичные текстуры 108
3.3.2.2 Стилизованные текстуры 113
3.3.2.3 Моделирование растительности на основе синтезированного космического снимка 117
3 3 3 Интеграция изображения подстилающей поверхности (рельефа и растительности) со штриховой нагрузкой карты 119
Глава 4. Технология создания карт с элементами «ландшафтного» оформления 122
4.1 Исходные данные для моделирования 123
4.2 Синтез исходной информации в среде VNS 130
4.3 Конечная продукция 139
Заключение 143
Список литературных и картографических источников 144
Приложения 151
- Краткий исторический обзор способов изображения на карте
- Выбор источника и направления освещения при показе рельефа
- Способы и приемы создания карт с элементами «ландшафтного» оформления
- Интеграция изображения подстилающей поверхности (рельефа и растительности) со штриховой нагрузкой карты
Введение к работе
В настоящее время в картографии интенсивно развивается направление по созданию электронных карт, моделей виртуальной реальности, картографических анимаций, мультимедийных атласов, ГИС — технологий.
Уровень развития информационных технологий предоставляет возможность использования цифровых моделей рельефа, данных дистанционного зондирования, баз геоданных и программных средств для разработки новых методов и подходов к процессу составления и оформления карт, повышающих качество, полноту, достоверность, современность и выразительность картографической информации!
В связи с этим, поставленные в диссертационной работе цели и задачи по повышению > ровня визуализации и представления пространственной информации с учетом все возрастающих технологических и программных возможностей, а также ростом требований к картографической продукции со стороны потребителей, являются актуальными на современном этапе.
Способы отображения содержания на традиционных бумажных картах должны совершенствоваться и развиваться по пути повышения наглядности, информативности и эстетичности.
Диалектический принцип развития применительно к картографическому изображению основывается на применении способов представления пространственной информации, которые использовались ранее и современной научно-обоснованной теоретической базе с использованием новых технологических и программных возможностей.
Достижение поставленных целей возможно на основе тесной интеграции знаний цветоведения, инженерной психологии, семиотики, в области данных дистанционного зондирования, географии, эстетики, машинной графики, развития научных принципов проектирования и картографического моделирования.
Получением наглядного картографического изображения с использованием натуралистического («ландшафтного») способа оформления занимались отечественные и зарубежные специалисты: Колдаев П.К., Левитский П.П., Скворцов П.А., Атоян Р.В., Имгоф Э., Беккер Ф., Беранн X. и др.
Цель диссертационной работы — разработать методику и технологию создания карт с элементами «ландшафтного» оформления, повышающую реалистичность изображения, с использованием современных программных средств, данных дистанционного зондирования, цифровых моделей рельефа, программных возможностей по разработке текстур на примере создания туристских карт масштабов 1: 100000 - 1: 300000.
В соответствии с проводимым исследованием в работе решаются следующие задачи: исследовать применение способа «ландшафтного» оформления на картах природных зон, туристских картах и картах-панорамах;
выделить и обосновать теоретические и практические аспекты создания карт с элементами «ландшафтного» оформления;
изучить и проанализировать источники получения цифровых моделей рельефа и данных дистанционного зондирования, используемых в процессе моделирования поверхности, возможность их применения; разработать способы и приемы моделирования подстилающей поверхности для карт с элементами «ландшафтного» оформления; разработать текстуры для моделирования лесных массивов; разработать технологию создания карт, интегрирующую совокупность программно-технических средств. Основные положения, выносимые на защиту; 1. Обоснование и выбор теоретических и практических аспектов создания карт с
элементами «ландшафтного» оформления. 2 Методика создания карт с элементами «ландшафтного» оформления в программной
среде трехмерного моделирования. 3. Автоматизированная технология создания карт с элементами «ландшафтного»
оформления. Научная новизна работы состоит в совершенствовании и разработке новых видов картографической продукции для туризма, в комплексном научно-практическом подходе к оформлению карт. Впервые в отечественной картографии оформление карт с наглядным (реалистичным) способом представления земной поверхности выполнено на основе автоматизированной технологии с использованием данных дистанционного зондирования, цифровых моделей рельефа, баз геоданных и возможностей программного обеспечения по разработке текстур для отображения элементов ландшафта. Работа выполнялась на стыке различных научных направлений: инженерной психологии, психофизиологии зрительного восприятия, семиотики, цветоведения, машинной графики. Научная новизна работы заключается в разработке методики и технологии создания карт в едином технологическом цикле с созданием электронного проекта карты. Использование электронного проекта, содержащего цифровые базы данных и библиотеки текстур элементов ландшафта, позволит в дальнейшем осуществлять оперативное дежурство, мониторинг территории и создавать производные карты различного содержания и назначения.
Оригинальными результатами научных исследований являются:
теоретические и практические аспекты создания карт с элементами «ландшафтного» оформления в программной среде трехмерного моделирования;
методика автоматизированного создания карт с элементами «ландшафтного» оформления с использованием данных дистанционного зондирования, цифровых моделей рельефа, баз геоданных;
автоматизированная технология создания карт с элементами «ландшафтного» оформления в программной среде трехмерного моделирования, с возможностью оперативного получения производных карт различного содержания. Практическая значимость работы:
Впервые разработанные методы и приемы по созданию карт с элементами «ландшафтного» оформления на основе интеграции различных типов данных и использования современных технологий были реализованы в процессе выполнения конкретного проекта - офисной туристской карты Крыма (масштаб 1:225000) и туристской карты Крыма (масштаб 1:250000). Отработаны все этапы технологии по созданию подобных карт до получения тиражных оттисков. Разработанная технология также была использована в новом проекте по подготовке и созданию туристской карты «Красная Поляна».
В дальнейшем методика и технология будет совершенствоваться и применяться для создания различных тематических карт (карт природных зон, растительности и др.), учебных трехмерных компьютерных представлений.
Разработанные методы и приемы получения наглядного (реалистичного) изображения земной поверхности на карте использовались при осуществлении учебного процесса со студентами картографического факультета по курсу «Оформление карт» и при руководстве в выполнении дипломного проектирования.
Результаты, полученные в процессе написания диссертационной работы, представлялись в виде докладов на Международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК, на 21-й Международной картографической конференции в Дурбане (2003г)
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
В первой главе обосновано применение термина «ландшафтного» оформления карт, с разъяснением его смыслового значения. Были уточнены вопросы терминологии, которая будет использоваться в работе, и даны разъяснения по ее практическому применению.
Наглядность, как свойство карты было выделено в разряд основных при условии сохранения географического подобия. В рамках данной главы также осуществлен краткий исторический обзор используемых способов картографического изображения для отображения элементов содержания с позиции получения наглядного изображения на карте. Выполнены анализ и систематизация карт с «ландшафтным» оформлением с выделением трех основных групп: карты природных зон, туристские карты, карты-панорамы. Для каждой группы карт были проанализированы способы картографического изображения на примере изображения рельефа и растительности.
Вторая глава посвящена разработке и совершенствованию теоретических и практических аспектов создания карт.
Исходя из определения географической карты как образно-знаковой, пространственно-временной модели реальной действительности при осуществлении процесса создания карт с элементами «ландшафтного» оформления автором были выделены и обоснованы следующие аспекты представления картографической информации: географический, графический и познавательный. Эти аспекты легли в основу определения способов и приемов получения наглядного и достоверного картографического изображения.
В третьей главе, посвященной методике создания карт рассмотрены и проанализированы основные источники данных для моделирования земной поверхности: цифровые модели рельефа и данные дистанционного зондирования.
На основе анализа цифровых моделей рельефа, оценки возможности использования данных дистанционного зондирования, рассмотренных географического, графического и познавательного аспектов предложены способы и приемы по созданию карт с элементами «ландшафтного» оформления в процессе осуществления моделирования в трехмерных программных средах. Способы и приемы рассматриваются на примере моделирования элементов «ландшафта», обладающих наиболее выразительными графическими (изобразительными) средствами представления внешнего облика земной поверхности на снимке и карте - рельеф и растительность.
В данной главе разработаны и экспериментатьно апробированы текстуры для моделирования растительности (леса) с использованием в качестве основного эталона изображения лесных ландшафтов на аэро- и космических снимках.
Определены основные требования к моделированию текстуры для достижения сходства с природным рисунком леса и интеграции с показом рельефа территории.
Выбран вариант текстуры, наиболее отвечающий условию географического подобия для карт рассматриваемого масштабного ряда и планового картографического изображения.
Проведена оценка читаемости подписей на фоне используемой текстуры.
Краткий исторический обзор способов изображения на карте
В различные исторические периоды способы картографического изображения неоднократно менялись. Менялась и степень наглядности, географического подобия картографического изображения [15].
Понятия наглядность и географическое подобие тесно связаны друг с другом, одно как бы дополняет другое, с увеличением наглядности увеличивается и географическое подобие при условии наибольшего соответствия природному рисунку и колориту, отображаемого явления. Картографическое изображение может быть наглядным, но выполненным в стилизованной манере и соответственно не быть реалистичным.
Например, перспективное изображение горного массива на древних картах наглядно, но не удовлетворяет требованиям географического подобия. На физиографических картах дна океанов рельеф представлен перспективным изображением, выполненным по смещенным изобатам, с применением приемов светотеневой пластики. Поверхность океанического дна изображена наглядно и отражает реальную картину рельефа поверхности. Соответственно данный способ изображения позволяет наглядно и точно воспроизвести рельеф территории на плоскости, чем отличается от наглядного, но условного изображения горного массива на древних картах.
Степень наглядности и географического подобия рисунка местности на карте менялась от наглядного, но в тоже время условного изображения на первых рукописных картах, живописного изображения на картах-панорамах, до абстрактно-условных картографических произведений и возвращения к реалистичности на принципиально новой научной и технологической основе. Наглядность, точность и достоверность передачи пространственной информации о местности определялись уровнем знаний в области картографии, уровнем развития техники съемки, имеющейся на тот момент технологией создания и способами воспроизведения картографической продукции, масштаба и назначения карты. При этом степень реалистичности при показе различных элементов содержания на картах менялась не одинаково. Общая тенденция, направленная на повышение реалистичности картографического изображения в большей степени затрагивала способы представления природного ландшафта и в меньшей степени социально-экономические элементы содержания. Элементы природного ландшафта наиболее удачно показываются на карте с использованием принципов натуралистического изображения.
Например, изображение рельефа на отечественных и зарубежных картах эволюционировало от схематичного полуперспективного, перспективного способа представления на старинных картах до изображения рельефа с помощью горизонталей, использования способа гипсометрической окраски в сочетании с отмывкой, фоторельефа, рельефа на основе цифровых моделей.
Первое изображение рельефа на картах было выполнено в виде перспективных стилизованных рисунков отдельных холмов, которые располагались небольшими группами или объединялись для показа горных массивов. Их положение на плоскости карты не соответствовало их точным географическим координатам. При этом первоначально это было лишь изображение профиля гор, со временем наглядность и соответственно географическое подобие изображения были увеличены применением способа штрихов. Дальнейшее использование штрихового рисунка при изображении рельефа привело к планово-перспективному, а в последующем и к плановому изображению рельефа на карте.
Изображение рельефа горизонталями стало возможно с развитием техники съемок в XIX в [37]. С использованием способа горизонталей при показе рельефа территории возросла метричность карт, но снизилась их вьфазительность и наглядность. В дальнейшем различное сочетание способа горизонталей, с отмывкой, штриховым рисунком, гипсометрической окраской позволило повысить наглядность и выразительность изображения рельефа. В настоящее время представление поверхности на основе цифровых моделей рельефа позволяет получить высоко реалистичную картину земной поверхности.
Для того, чтобы картографическое изображение было одновременно наглядным и удовлетворяло требованиям географического подобия, необходим научный подход в разработке способа представления земной поверхности, требующий анализа особенностей природного рисунка, колорита элементов ландшафта территории.
До появления аэро- и космической съемки анализ ландшафтного рисунка местности проводился на основе визуальных наблюдений и с использованием фотографий ландшафтов местности. Таким способом создавались первые карты-панорамы.
Поскольку наблюдения велись с поверхности земли или небольших естественных и искусственных возвышений, разрабатываемые способы оформления и условные обозначения выполнялись в соответствии с правилами линейной перспективы. В качестве примера можно привести принцип, принятый при изображении лесов на межевых планах. Рисунок условного знака разрабатывался, руководствуясь видом лесных массивов, который открывается при наблюдении на них с некоторого возвышения. «Если подняться на некоторую высоту от земли, например, на колокольню, и смотреть под углом на лес, то группы деревьев с натуры на план можно изобразить эллипсами, прикосновенными друг к другу и имеющими большую ось расположенной в них горизонтально» [40].
С развитием аэро- и космической съемок появилась возможность наблюдать, изучать и анализировать рисунок и колорит природных ландшафтов на основе прекрасных современных материалов. На аэро- и космических снимках ландшафты территории отображаются со значительной высоты сверху, и ландшафт приобретает рисунок отличный от того рисунка, который наблюдал исследователь с поверхности земли. Кроме того, .на аэро-и особенно космических снимках проявляется оптическая генерализация, которая по своей сути сходна с картографической генерализацией. Проявляются глобальные структуры.
В конце 19 начале 20 века наглядностью и выразительностью картографического изображения, прежде всего при показе рельефа территории, выделялась швейцарская школа. Особенностью швейцарской школы было использование сочетания способа горизонталей с отмывкой, штриховым рисунком скалистых поверхностей и использование цветов гипсометрической шкалы характерных для данного ландшафта с применением принципов воздушной перспективы. Эти карты имели плановое изображение и в отличие от карт-панорам, помимо наглядности при использовании способа горизонталей обладали свойством метричности.
Швейцарский картограф Беккер (Fridolin Becker 1854-1922) разработал свой стиль изображения рельефа на карте с получением объемного изображения на топографической карте за счет использования отмывки по топографической основе. Беккер также проводил эксперименты по выбору направления освещения при выполнении отмывки (рис. 1.3).
Эффекта трехмерности при показе поверхности Беккер добивался, используя следующие приемы: 1) применение наиболее ярких теплых цветов для показа горных вершин; 2) уменьшение интенсивности штриховки в предгорных районах; 3) приглушенные и более холодные цвета для показа долин; 4) использование принципа воздушной перспективы (четкие горные вершины, более сглаженные и размытые долины); 5)отсутствие падающих теней.
Кюммерли (Hermann Kummerly 1857-1905). Широко известна его настенная карта Швейцарии для школы, созданная в 1896 г. Он занимался также и созданием топографических карт с «трехмерным» представлением рельефа территории, среди которых ярким примером является карта " Evolena - Zermatt - Monte Rosa" (1892) (рис. 1.4).
В 20 веке натуралистическое оформление карт характерно больше для туристских, учебных карт и карт природных зон, а также карт-панорам. В последнее время наметилась тенденция к повышению реалистичности картографического изображения при визуализации в различных ГИС продуктах.
Выбор источника и направления освещения при показе рельефа
Это один из наиболее важных параметров, определяющих выразительность и наглядность представления рельефа на карте или на модели местности.
На традиционных бумажных картах отмывка рельефа выполняется при условии бокового освещения от прямого источника света (солнце). Помимо прямого света поверхность освещается также за счет рассеянного и отраженного света, сказывается влияние рефлексов [45]. Выбор направления освещения из нижней полусферы связан с возникновением такого явления как инверсия рельефа.
Отмывка рельефа на бумажных картах выполняется при угле наклона прямых лучей света к поверхности, при котором образуются теневые участки, не вычисляя его конкретное значение. Моделирование поверхности с использованием цифровых моделей рельефа в программной среде трехмерного моделирования выполняется на основе аналитической отмывки. Современные программные продукты имеют встроенные модули, позволяющие получать светотеневое изображение рельефа на основе цифровых моделей при задании ряда параметров Основные возможности, предоставляемые современными программными продуктами для получения светотеневого изображения, включают в себя выбор источника света, направления освещения и частичное регулирование интенсивности, глубины теней. Анализ программных продуктов показал, что получение светотеневого изображения рельефа на основе аналитической отмывки, в большинстве из них осуществляется введением значения высоты расположения источника света над поверхностью и значения азимута Высота источника света задается значением географической широты и определяет угол наклона лучей света к поверхности. Азимут определяет направление источника света Например, задав широту 45, значение азимута равное 315 мы получим отмывку рельефа при условии северо-западного освещения со значением угла наклона лучей света к поверхности приблизительно 45 (рис.2.20 а)). Принцип получения эффекта затемнения граней при аналитической отмывке заключается в определении угла между направлением на источник света (солнце) и нормалью к поверхности грани (площадного элемента) при заданном положении солнца (рис. 2.20 б)).
При этом яркость отраженного света пропорциональна косинусу угла между нормалью к поверхности и вектором направления на источник [33].
Моделирование поверхности в процессе выполнения конкретного проекта выполнялось в программном продукте, который обладает более широкими возможностями по использованию различных параметров освещения. В зависимости от моделируемого объекта можно выбрать источник света с различными свойствами: рассеянный, параллельный и направленный свет. Для моделирования рельефа поверхности используется освещение параллельными лучами, которое характерно для естественного солнечного освещения. Высота источника света над поверхностью и угол наклона солнечных лучей определяется значениями географической широты и долготы. Значение широты определяет положение источника света между севером и югом (90 соответствует северному полюсу, -90 южному полюсу). Значение долготы определяет перемещение источника света с востока на запад, при изменении положения источника света по различным орбитам. Значение возвышения позволяет определять высоту источника света над поверхностью Земли.
С точки зрения географического подобия для территории России более правильно юго-восточное направление освещения, которое соответствует утреннему времени суток, когда формируются мягкие тени, придающие поверхности трехмерность. Изображения на большинстве аэро- и космических снимках соответствуют именно этому времени суток. Но при выполнении аналитической отмывки направление освещения рекомендуется выбирать из верхней полусферы. При условии освещения из нижней полусферы, пластика изображения остается не устойчивой и может возникнуть явление инверсии рельефа также как и при выполнении традиционной отмывки (рис. 2.21 д)). В результате инверсии горные хребты кажутся речными долинами, а речные долины выступают в виде водоразделов. Эти ограничения касаются плановых изображений. При создании перспективных изображений возможны различные эксперименты по выбору освещения.
Для получения светотеневого изображения рельефа на основе цифровых моделей на плоскости эмпирическим путем определяется угол наклона лучей прямого света к поверхности. При выборе угла наклона руководствуются характером и глубиной образующихся теневых областей. Изменение угла наклона лучей к поверхности позволяет регулировать ее общую освещенность.
При выполнении традиционной отмывки в соответствии с классификацией форм рельефа и значениями углов наклона теоретически угол наклона лучей света к поверхности принимается равным 10 [45]. Аналитическая отмывка при таком угле наклона дает очень интенсивные тени. В связи с этим рекомендуемой диапазон значений, используемого угла наклона лучей света к поверхности от 20 до 35.
Выбор угла наклона лучей света к поверхности должен осуществляться в соответствии с особенностями рельефа территории. Для равнинных территорий с небольшими перепадами высот значения углов наклона выбираются меньше, чем при отмывке горных районов. Если в пределах моделируемой территории представлены как равнинные, так и горные районы решение о выборе угла наклона света к поверхности должно приниматься с приоритетом на горные районы.
При углах наклона больше 35 общая освещенность поверхности значительно увеличивается, но теряется топографическая выразительность форм рельефа. Прежде всего, уменьшение эффекта трехмерности происходит на равнинных районах. Из практики традиционной отмывки, известно, что отвесное освещение не дает хорошей пластики рельефа поверхности. В процессе аналитической отмывки при отвесном освещении или близком к нему происходит равномерное освещение склонов с разной экспозицией. В результате чего общие теневые склоны не образуются, и читаемость форм рельефа пропадает.
Глубокие тени в теневой области, особенно в случае высокогорного рельефа могут быть ослаблены с использованием возможностей программных продуктов.. На основе проведенного эксперимента было установлено, что при значении яркости больше 50% ощутимо теряется контрастность передачи форм рельефа, поверхность приобретает размытое изображение, т.е. проявляется явление светлотного контраста (рис. 2.21 з)). В ряде программных продуктах, таких как GlobalMapper и MapRender можно изменить общую интенсивность теней, увеличив значение освещенности. Различные программные возможности по светотеневому представлению рельефа поверхности позволяют выбирать индивидуальные параметры аналитической отмывки. Но, несмотря на это можно определить общие рекомендации по представлению рельефа территории на основе светотеневой пластики.
Способы и приемы создания карт с элементами «ландшафтного» оформления
Цифровые модели SRTM в соответствии со своей разрешающей способностью в подробности передачи рельефа территории соответствуют карте масштаба 1:100000 (см.пт.3.1). Масштаб карт, для которых осуществляется моделирование: 1: 225000 (вариант офисной карты) и масштаб 1: 250000 (складная туристская карта). Как было отмечено ранее одним из основных свойств карт с элементами «ландшафтного» оформления является наглядность картографического изображения. Работы художников-картографов отличаются большой проработанностью деталей, тем богатым разнообразие форм и расцветок, которые характерны для природного ландшафта. Для передачи богатства природного пейзажа территории нами было принято решение о моделировании рельефа для карты масштаба 1:225000 на основе исходной цифровой модели SRTM. В данном случае для достижения желаемого результата целенаправленно используется цифровая модель, соответствующая в подробности передачи рельефа карте более крупного масштаба, чем создаваемая. Пластичное свето-теневое (растровое) изображение, отличается по своим свойствам от изображения рельефа на основе горизонталей. Получение рельефа на топографической карте масштаба 1:200000 по карте масштаба 1:100000 механическим уменьшением, без осуществления генерализации приведет к слиянию горизонталей в горных районах и значительно увеличит графическую нагрузку карты в равнинных районах. Пластичное свето-теневое изображение передает формы рельефа светотенью, что не дает такой графической нагрузки, как использование горизонталей (рис.3.26). В связи с этим изображение рельефа, получаемое на основе цифровой модели, позволяет использовать данный прием без ущерба по отношению к читаемости всей карты. Для карты масштаба 1:250000 было выполнено небольшое обобщение цифровой модели (рис.3.27). В данном случае подробность в передаче форм рельефа играет роль положительного фактора для получения наиболее наглядного изображения поверхности.
Использование этого приема также обусловлено учетом такого фактора, как большие площади леса, покрывающие практически весь горный район территории картографирования. Моделирование лесных массивов выполнено с использованием разработанной текстуры, которая обладает кроющим эффектом, вследствие чего происходит частичное сглаживание форм рельефа (смлгг.3.3.2.2) На следующем этапе моделирование подстилающей поверхности осуществляется с использованием гипсометрической шкалы. Применение гипсометрической окраски для показа рельефа на основе цифровой модели является широко распространенным способом [53,98]. При создании карт с элементами «ландшафтного» оформления одним из основных требований является соответствие цветового решения шкалы характеру подстилающей поверхности. В ряде случаев использование способа гипсометрической окраски дает возможность передать различные элементы ландшафта на карте (леса, степи, пески и т.д.). Говоря о применении принципов живописи при создании карт, в некоторых случаях гипсометрическое оформление может перерасти в живописное или «ландшафтное» оформление [64]. Выдающийся русский картограф Тилло А.А., говоря об учете географических особенностей рельефа поверхности при создании гипсометрической карты, связывал их с «чудожественной техникой» в сочетании с «математическими приемами». Он отмечал, что только при выполнении этих двух условий «составитель гипсометрической карты дает понятный и приятный для глаз орографический портрет земной поверхности», «цит. со слов» [42]. В соответствии с имеющейся классификацией гипсометрических шкал, предложенной Скворцовым ПА., в качестве эксперимента были выполнены: зелено-коричневая, спектральная и живописная шкала. При выборе границ высотных зон шкалы и ее цветового решения стоит задача, добиться возможного сходства с внешним обликом ландшафта, географически правильно и наглядно передать характерные особенности рельефа территории при хорошем пластическом решении. С целью определения интервалов гипсометрической шкалы был выполнен анализ карт различных масштабов на заданную территорию (таблица 3.14). В соответствии с обобщенными понятиями равнинного (низменности), холмистого (возвышенности) и горного рельефа на карте в общепланетарном масштабе выделяют три соответствующих им высотных пояса 0-200 м, 200-500 м, 500 м.и выше [30,45,73]. Исходным материалом для составления рельефа на туристских картах долгое время была карта 1:2500000. По ней же давалась шкала сечения рельефа [35]. При создании карт с элементами «ландшафтного» оформления необходимо особое внимание уделять особенностям орографического района территории.
При выборе ступеней Гипсометрическая окраска с четкой границей между высотными ступенями Ступень 100-200 м хорошо подчеркивает крупные речные долины Внутренней гряды и обеспечивает постепенный переход от плоской Центральной равнины Крыма к всхолмленным равнинам, переходящим в предгорья Внешней и Внутренней гряд. Горизонталь 750 м подчеркнула отдельные вершины отрогов хребтов Главной гряды; высота 1000 м соответствует столовой поверхности Ай-Петринской яйлы, первому высотному уровню горного массива Чатырдаг и Караби-Яйлы; 1250-метровая горизонталь выделяет второй высотный уровень поверхности Яйл (Ай-Петринская), подножие хорошо При выборе высотных интервалов и цветового решения в соответствии с типом шкалы одним из условий является учет качественных особенностей подстилающей поверхности. На основе изучения географических описаний территории, фотоматериалов, анализа карт природных зон необходимо составить представление о распределении цветов в природном колорите местности. Результатом проведенного анализа стало выделение высотных поясов, синтезирующие цветовые тональности имеющихся природных зон. Несмотря на некоторую условность окраски гипсометрических ступеней в целом, возможно, достичь гармоничного и естественного внешнего облика земной поверхности (таблица 3.15). Зелено-коричневые шкалы. При их разработке используется принцип показа низменностей зеленым цветом (ассоциация с растительным покровом), коричневые или оранжево-коричневые оттенки передают возвышенности и горные массивы.
Интеграция изображения подстилающей поверхности (рельефа и растительности) со штриховой нагрузкой карты
Вопрос оценки читаемости элементов содержания карты на фоне разработанной текстуры леса является одним из основных для получения качественной карты. Оценка читаемости штриховой нагрузки на фоне лесных массивов проведена на основе экспертных оценок с участием 25 человек. Эксперимент проводился в два этапа. На первом этапе участникам для анализа были предложены два фрагмента карты масштаба 1:225000 (офисная карта) площадью 1 дм2. Один фрагмент на территорию свободную от площадей леса, другой на территорию, покрытую лесным массивом. Эксперимент заключался в оценке читаемости подписей на разном фоне за ограниченный промежуток времени (7 сек). Перед проведением эксперимента было подсчитано общее количество подписей на данных фрагментах (фрагмент без лесных массивов - 33 подписи, фрагмент с лесным массивом 30 подписей). В качестве критериев оценки читаемости были выбраны следующие критерии: 1. Скорость чтения - среднее количество прочитанных слов за ограниченный промежуток времени. 2. Эффективность процесса чтения у разных участников, как отношение прочитанных названий к общему количеству названий в выделенных фрагментах в % (процентное отношение извлеченной информации).
По окончании эксперимента участники описывали трудности, с которыми они столкнулись при прочтении названий на фоне текстуры леса. По результатам эксперимента составлена сводная таблица 3.17 (см. приложение 7). Подводя итоги первого этапа эксперимента, было отмечено общее снижение читаемости подписей названий на фоне текстуры леса. Большинство участников эксперимента указало на плохую читаемость подписей названий гор (шрифт Прогматик, наклонный, 7 кегль) на фоне леса. В качестве причины отмечался узкий характер шрифта, в результате чего подпись терялась на теневых склонах. Трудности возникли и при прочтении отдельных названий населенных пунктов на фоне леса на теневых склонах. Плохо читаются названия каньонов — подписи пурпурного цвета. Для повышения читаемости подписей названий на фоне леса было предложено ввести обводку толщиной 0,1 - 20% желтого («галло»). На втором этапе эксперимента оценивалась эффективность введения обводки для повышения читаемости подписей на фоне лесных массивов на двух фрагментах туристской карты (масштаб 1:250000): подписи названий без введения обводки и подписи названий с введением обводки (см. приложение 8 и 5). В качестве критериев оценки читаемости использовались те же критерии, что и на первом этапе эксперимента. Общее количество подписей названий на фрагментах 39. Время проведения эксперимента ограничено - 9 сек. По результатам второго этапа эксперимента была составлена сводная таблица 3.18 (см. приложение 9).
Результаты второго этапа эксперимента показали повышение читаемости подписей названий на фоне леса при введении обводки приблизительно на 15%. В целом читаемость штриховой нагрузки на фоне леса экспертами бала оценена как хорошая. Вопрос читаемости картографического изображения зависит от множества факторов: фон, рисунок и цветовое решение знаков и шрифтов, размеров условных знаков и шрифтов. Проведенный эксперимент подтвердил возможность использования данного способа показа растительности на карте без ухудшения читаемости подписей на фоне текстуры леса. В рамках данной главы была предложена следующая последовательность способов получения наглядного картографического изображения при моделировании в трехмерной программной среде: 1. использование цифровой модели рельефа, пространственной разрешение которой соответствует карте более крупного масштаба, чем создаваемая; 2. моделирование подстилающей поверхности на основе использования гипсометрической шкалы; 3. использование детального контура площадей лесных массивов, полученного с космического снимка; 4. использование текстур лесных массивов, стилизованных под изображение леса на аэро- и космических снимках; 5. гармоничная интеграция пластичного представления рельефа и пластичного изображения текстур лесных массивов. Полученный результат дает возможность говорить о достижении поставленной цели по созданию карт для широкого круга потребителей, которые удовлетворяют требованию географического подобия, интуитивно понятны пользователям и созданы на основе автоматизации процессов их создания. Общая методика создания карт с элементами «ландшафтного» оформления на плановой основе масштабов 1:100000-1:300000 с рассмотренными особенностями включает следующие процессы: 1. Анализ, систематизация и обработка исходных материалов; 2 Решение вопросов генерализации элементов содержания карты; 3 Разработка гипсометрической шкалы с учетом орографических особенностей района и характера подстилающей поверхности; 4. Разработка классификации элементов содержания в соответствии с назначением карты; 5 Дешифрирование космоснимков; 6 Разработка текстур различных элементов ландшафта (библиотеки текстур), 7 Моделирование земной поверхности. Возможность получения пространственных данных высокого разрешения, современное программное обеспечение наряду с растущими требованиями к представлению пространственной геоинформации со стороны потребителей сдособствуют развитию технологий и способов отображения земной поверхности, как при создании компьютерных визуализаций, так и традиционных бумажных карт. Особенность технологических вариантов определяется наличием исходных данных, возможностью их интеграции с использованием имеющихся программных средств, назначением создаваемой продукции. Проанализируем некоторые технологические варианты по созданию картографической продукции на конкретных примерах (печатная продукция). Проект по созданию топографической карты для альпинистов и туристов на горный массив Кордильер (карта, которая будет востребована как профессиональными альпинистами, так и простыми туристами)[107]. Технологическая цепочка: 1) векторизация топографической карты масштаба 1:100000 (ArcView3.2); 2) цифровая модель получена в ArcView3.2; 3) светотеневое изображение рельефа (ArcView3.2); 4) обновление контуров растительности и грунтов по снимку Landsat5 (Envi) (в соответствии с классификацией топографических карт); 5) площади растительности и грунтов объединены со светотеневым изображением рельефа (PhotoShop), 6) обработка полученного изображения (PhotoShop); 7) векторная нагрузка (Freehand) (рис.4.1). Еще один пример, проект по созданию исторического атласа на территорию штата Мэн в Университете штата Мэн [87]. Технологический вариант основан на получении растра п тем интеграции цифровых моделей рельефа различного разрешения (GTOPO30, USGS 1:250000 DEMs). Создатели атласа делают акцент на отражении «богатства» природного пейзажа территории с большим количеством бухт, заливов, островов, своеобразного рисунка стьев рек. В MacDEM 9.5 собрана мозаика и наложена гипсометрия (цвета шкалы с учетом местных географических особенностей). Интеграция цифровых моделей различного разрешения осуществляется в PhotoShop. Векторная нагрузка выполнена в настольной издательской системе Макинтош (рис.4.2). Цифровые модели рельефа, аэро- и космические снимки широко применяются в трехмерном моделировании и создании фотореалистичных визуализаций городских территорий, в различных тренажерах и полетах над местностью, других компьютерных визуализациях. Возможности программных средств трехмерного моделирования и графических редакторов, при использовании современных материалов позволяют получать наглядное картографическое изображение на традиционных бумажных картах.
