基于AutoCAD的三维点状符号库的设计与表达

第34卷　第3期2018年9月Vol. 34　No. 3Sep.2018
测绘标准化
Standardization of Surveying and Mapping 基于AutoCAD 的三维点状符号库的设计与表达
四　浩
（中国地震局第二监测中心　陕西西安　710054）
Design and Expression of 3D Point Symbol Library Based on AutoCAD
SI Hao
摘　要：主要探讨三维数字地形图地物点状符号的表达方法。

在表达手法上，利用制图综合对每种现实地物进行抽象表达，给出无高度的点状符号与带有高度的点状符号等地物表达规则，算法上也给出不同结构的设计。

在三维数字地形图中，不仅要表达地物沿垂线投影到地表上的轮廓线的位置和形状，还要表达凸出地物顶部特征点的位置与高度，从而表达其立体形状。

关键词：AutoCAD ；三维数字地形图；符号设计；点状符号库中图法分类号：P283.1
二维平面线划图在使用中存在许多问题，例如表达与使用不直观，二维图纸的保存问题等。

在计算机技术快速发展的今天，二维地图已无法满足现实生活、工作与社会发展的需求，三维地形图孕育而生。

在地物符号的分类上，三维地形图不同于二维数字地形图，其划分原则是按不同的要素类型，对地物符号进行划分，有点状符号、线状符号、面状符号及体状符号4个类别。

在三维地形图中，虽然部分没有高度的点状符号、线状符号和面状符号仍然保留了其在二维数字地形图中的表达方式，但作为一个完整的三维数字地形图的理论体系，我
们依旧按照新的分类方法对其一并进行了划分
［1-3］。

在三维地形图中，地物要素最多的即点状符号，而点状符号的分类与表达有一定的复杂性与多元性。

因此，本文主要探讨三维点状符号的设计与表达。

1　表达方法
在三维数字地形图中，不仅要表达地物沿垂线投影到地表上的轮廓线的位置和形状，还要表达凸出地表地物顶部特征点的位置与高度h 或高程H ′（H ′= H+h ，H 为顶部特征点沿垂线投影到地表的点的高程），从而表达其立体形状。

因此三维数字地形图中的地物特征点不仅包括水平方向的各种拐点，也包括地物在垂直方向的各种拐
项目来源：中国综合地球物理场观测（201508009）；地震科技星火计划项目（XH17061y）。

点，主要是地物在高程或高度和坡度上明显变化的点。

为了区分地表点与凸出地表地物顶部特征点，把地物特征点分为地表点和高度点，地表点主要是紧贴地面地物的特征点和凸出地表地物底部的特征点，它既是地物特征点，又是地形特征点，用普通的三维点定位；高度点主要是凸出地表地物顶部的特征点，它既是反映地物高度的特征点，又是反映地物立体形状的特征点，用带高度的点定位，高度点可以转换为地表点［4-5］。

2　点状符号的设计与表达
点状实体通常作为一个实体独立存在，可分为无高度的点状实体（如控制点、各种井盖等）和带有高度的点状实体（如电杆、路灯等）。

对于无高度的点状实体，通常由点状符号表示，它的位置也就是其特征点的位置，只要用一个三维点即可确定其空间位置，即用一个地表点予以精确定位。

对于带有高度的点状实体，则由体状符号表示，需要用一个三维点确定空间位置，一个数字确定高度，即用高度点予以描述。

2.1　无高度的点状符号
无高度的点状符号依然保留了二维数字地形图的点样式，例如控制点、各种井盖以及高程点等。

这些符号本身是没有高度的，但作为三维数字地形图的地理要素，是有高程值的。

绘制无高度的
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点状符号时，可直接引用二维数字地形图的符号，
且都是不依比例尺的地物符号。

图1　无高度点状符号
2.2　有高度的点状符号
有高度的点状符号是一种体状符号，它是三维数字地形图的重要组成部分。

每一种符号对应一个程序和命令，所有带高度的点状符号都需要以调用命令的方式来绘制。

绘制该类符号时，需提供一个三维点坐标来确定地物的空间位置，实体高度值可以根据高度点来确定，也可以直接在命令行内手工输入。

2.2.1　路灯符号
绘制符号首先要从其外观上进行设计，从路灯符号角度来讲，其结构很简单，主要是由一个灯杆和灯泡组成。

在设计时，灯杆和灯泡尽可能简单明了。

本文给出了一个灯杆和2个球体灯泡的设计样式，如图2所示。

图2　路灯符号
2.2.2　大型广告牌
根据较大型广告牌匾的结构，可将其简单化，抽象成一个符号，但符号的设计应具有代表性。

在符号设计时，可把它分解为一个主干体和若干个广告牌匾。

同理，该类符号的绘制只需一个位置坐标和高度值即可。

如图3所示，符号主体是广告牌匾部分，可根据符号结构及几何特征来计算3个牌匾之间的位置关系。

中心点与牌匾的垂直距离OD ，是用三角形ABC 边长BC 的长度得到的。

它有很明显的几何关系，如果将牌匾长度BC 与柱体高度设定成一定比例关系（本文给定柱体高度H 与牌匾长度
BC 相等，也可以有其他的比例关系），BC 、OD
图3　大型广告牌匾符号
2.2.3　露天设备
在《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》中，露天设备被抽象为一个简单的符号。

图4中左侧的露天设备符号更具代表性，它还可以代表存储设备、机械设备等非建筑类的露天设备。

从其结构体上，可知球体的范围半径就是该地物的占地宽度。

在AutoCAD 中，用AddSphere 方法实现该地物符号时需要2个参数，球体中心位置坐标（Center ）和球体半径（Radius ），再加上4个柱体支架，露天设备就被定制为一个简单的抽象符号了。

2.2.4　冷却塔
冷却塔的设计与实现主要采用的是空间样条曲线，该地物符号的明显特征是它不但有高度，还有宽度。

该符号通常在火力发电厂可以见到。

首先，设定冷却塔的中心位置点，然后再给出其高度和宽度来确定冷却塔实体。

符号图形表达上，上表面是用一个空间平面封盖，底部是一个圆柱体，侧面采用空间样条曲线的方法来表达。

因此要定义一个AcadSpline ，在表达过程中就需要一系列顶点坐标矩阵，至少需要2个点作为样条曲线中线段的拐点，此外还要有起点的切点坐标（StartTangent ）和终点的切点坐标（EndTangent ）。

2.2.5　烟　囱
烟囱通常都是细而高的地物实体，它不同于上述的冷却塔，由于外形上不同，在其表达过程中，也采取了不同的方法。

该地物严格来说是个圆台，只是它的高度较高，与其他地物符号的不同之处在于它下宽上细的外形。

笔者采用实体编辑中的布尔（Boolean ）运算方法，首先给出一个锥体（AddCone ），再给出一个柱体（AddCylinder ），最后应用acSubtraction 布尔运算法则，即保留锥体和柱体交集部分，烟囱的高度是圆柱体的高度，一
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个下宽上窄的烟囱就制作出来了。

图5为其他带有高度的点状符号图。

露天设备冷却塔烟囱
图4　点状符号组图
门墩亭子水塔
图5　带有高度的其他点状符号组图
在三维数字地形图表达点状符号中，最突出的特点是赋予点状符号高度信息，使其三维立体化，在三维空间的量测与编辑中，更方便直观。

当然，立体点状符号的表达并不全是带有高度值的三维符号，是否赋予其高度信息由点状地物外观特点而定，这其中包含少部分不带高度的点状符号。

笔者后期会继续依据《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》制作不依比例尺、半依比例尺及依比例尺的点状符号，最终合并为三维点状符号库，用于三维数字地形图的制作。

3　结　语
本文主要阐述了三维数字地形图地物点状符号的表达方法。

在表达手法上，利用制图综合对每种现实地物进行抽象表达，给出了无高度的点状符号与带有高度的点状符号等地物表达规则，算法上也给出了不同结构的设计，实现了地物点状符号的设计与成图。

参考文献
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四川大学学报：自然科学版，2002，39（3）：430-434［2］ 郭立波，赵海燕，王新海.基于OpenGL三维地形图显示方法和应用［J］.石油天然气学报，2005，
27（5）：585-586
［3］ 尤红建，苏林.基于机载激光扫描数据提取建筑物的研究现状［J］.测绘科学，2005，30（5）：
114-116
［4］ 施加松，刘建忠. 3D GIS 技术研究发展综述［J］.
测绘科学，2005，30（5）：117-119
［5］ 何全军. 基于IDL的三维地形可视化系统开发［J］.
测绘信息与工程，2006，31（1）：19-20
收稿日期：2018-04-27
作者简介：四浩，助理工程师，现主要从事工程测量等方向的工作与研究。

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