计算机辅助制图(二)

栅格图像与矢量图形的区别
3.栅格图像与矢量图形的区别
(3)图像放大到一定的倍数时，图像信息会发生失真，特 别是图像目标的边界会发生阶梯效应；图形的放大和缩小， 其图形要素、目标不会发生失真。 (4)表示效果相同时，栅格图像表示比矢量图形表示所占 用的存储空间大得多。 依据上述的分析，考虑到地形图的应用，如进行点、 线、面、坡度、断面等的计算、各类分析、统计等，数字 图必须用矢量数据表示。也就是说，要将栅格图像数据转 换成矢量图形数据，即以坐标方式记录图形要素的几何形 状，这个转换过程称为矢量化。矢量化后的图形，再经过 编辑、修改、加注即生成数字化图，亦可绘出线划图。
图形数据结构
2.栅格数据结构及其组织方法简述 栅格数据结构是将整个制图区域划分成一系列 大小一致的栅格(每个格也称像元或像素)，形成 栅格数据矩阵，用以描述整个制图区域。所谓栅 格数据是图形像元值按矩阵形式的集合。根据所 表示的信息不同，每个栅格可用不同的灰度值表 示，每个栅格被认为是内部一致的基本单元。
空间数据的分层与组织
空间数据分层方法 在计算机地图制图系统中，空间数据的分层组织 方法主要有两种：按专题分层和按地图实体类别 分层。
空间数据的分层与组织
1）按专题分层 按专题分层方法的基本思路是每层对应于一个 地图专题，同一层上的信息具有同一种属性，有 某一特定的目的或用途。如自然资源层，可包含 河床地质、地下状况、土地利用、土壤类型、排 水管道、海平面高度及运输工具等，城市规划层 则包含街道、公交线路、交通工具、电力电讯、 给水排水、文化教育、金融保险、卫生、旅游、 公安消防、土地使用等。这种分层方法便于专题 地图的制作。
1 1 2 2 n n
表示一个多边形纪Hale Waihona Puke Baidu的面表 标识码 数据项 属性参数
I*D
M(点数)x1,y1 x2,y2…xm,ym
属性值或其他编码
图形数据结构
1.矢量数据结构及其组织方法 这种数据结构的优点是：编码容易，数字化操作 简单，数据编排直观；缺点是：边界坐标数据的 多边形实体单元是一一对应的关系，各多边形边 界都单独编码及进行数字化，相邻多边形的公共 边要数字化两遍，公共边界上的点及多连接方向 的节点会数字化多次造成数据存储冗余。
等高线的自动生成
1.基于矩形格网的等高线跟踪 矩形格网结构是最常用的数字地面模型(DTM) 表示形式，在野外测量中也可通过散乱点和三角 形格网来间接生成矩形格网。
等高线的自动生成
2.基于三角形格网的等高线跟踪 三角形格网是另一种常见的离散高程点的组织形式。 优点： 首先在野外测量中高程采样点一般为地形特征点，以较 少的采样点即可较好地表达地形信息，根据这些不规则的 采样点可以方便地构成三角形格网； 其次利用三角形格网可较好地体现地形特征线和断裂线， 因而据此绘出的等高线能更好地表示区域内的地形； 另外，三角形格网中高程点一般都是直接测量获得的， 不必经过内插计算，因而保持了原始高程点的精度。
图形数据结构
数据结构是数据记录的编排方式及数据间相互 关系的描述，在计算机地图制图中制图的效率与 制图数据组织方式的优劣有极大的关系，高效率 的数据结构，应该是使组织的数据能够反映要素 间的层次关系，便于不同数据间的连接和覆盖， 以及能够表述地理实体间的拓朴关系。 综合分析计算机地图制图过程，制图的数据类 型有三种：空间数据、属性数据和拓朴数据，而 空间数据是所有数据的基础。空间数据结构主要 有两种表现形式：矢量数据结构和栅格数据结构。
栅格数据结构
所示为用矢量数据结构和栅格数据结构表示的同 一地物图形
（a）矢量数据结构
（b）栅格数据结构
栅格数据结构
用栅格数据表示地图基本元素的方法为，点状要素， 用其中心点所处的单个像元来表示；线状要素，用其中轴 线上的像元集合来表示；面状要素，用其所覆盖的像元集 合来表示。 栅格数据结构的优点是：栅格数据结构具有排列规则， 实体的坐标位置可以隐含在栅格的存储地址中，编码容易， 便于多层要素的叠置分析，适合在栅格式输出设备(如屏 幕显示)上输出图形。缺点是：由于它不能很好地利用数 据之间的内在几何关系，其数据冗余较大。栅格数据的精 度取决于栅格的大小，栅格愈小精度愈高，但不可能高于 数据源(例如实测数据或地形原图)的精度。
曲线光滑的方法
曲线光滑的方法一般有三种：线性迭代法、分段 三次多项式插值法、B样条法。在数字测图绘图 软件中对曲线的光滑设置也一般有这三种选项， 我们一般选用B样条法进行曲线光滑。
南方cass7.1中绘 制等高线时的 对话框
等高线的自动生成
提出问题： 1.在白纸测图中，等高线是如何绘制的？ 2. 计算机是利用什么原理可自动绘制等高线？
栅格数据结构
2.栅格数据结构及其组织方法简述 （2）全栅格联合矩阵式数据结构 全栅格联合矩阵式数据结构是指在同一种网络 系统中存储多种要素的空间数据。每个栅格都包 含有两种(含两种)以上的地理属性。这种数据结 构适用于当进行制图区域的综合制图或制图要素 的相关分析时。
栅格数据结构
2.栅格数据结构及其组织方法简述 （3）变长栅格压缩式数据结构 变长栅格压缩式数据结构是全栅格矩阵式数据 结构的一种改进型。为了使建立的数据结构既便 于空间定位分析，又便于数据压缩，在按栅格数 据记录各种面状分布的地理要素时，仅记录要素 特征值发生变化的栅格，包括该栅格的位置、该 栅格的特征值，以及该行内特征值变化的次数。
图形数据结构
1.矢量数据结构及其组织方法 地图矢量数据结构是一种用空间坐标来描述 点、线、面等三种基本类型的地图制图基本元素 的，进而达到描述所有地图实体的目的。所谓矢 量数据是图形的离散点坐标(x，y)的有序集合， 用矢量数据结构描述地图实体的方法是非常简单。
矢量数据结构
点
(x,y) (x4,y4) (x3,y3)
空间数据的分层与组织
(1)层的概念 分层是计算机地图制图系统中数据组织的一种 重要手段，同样适用于栅格数据和矢量数据。在 矢量结构中，层通常用来区分实体空间的类别， 而在栅格结构中新的属性就意味着增加新的一层。 从制图的观点来看，所谓层就是绘有地图实体 的透明薄膜，同一薄膜上的实体一般具有共性， 所有薄膜置于一体就是一幅完整的全要素地图。
等高线的自动生成
2.基于三角形格网的等高线跟踪 因此，根据三角形格网来绘制等高线一直是 数字测图系统中等高线绘制的主要方法。 三角形格网的构成方法主要有以下两种： 一种是根据采样密度较高的离散高程点自动构 建三角形格网； 另一种是在地形特征线的基础上，根据实际地 形由人工来确定高程点间的连接关系，进而构成 三角形网。这一种方法在野外测图中得到了广泛 的应用。
数 字 测 图
计算机辅助制图 （二）
回顾
（1）绘制数字地形图时为什么要进行坐标转换？ （2）绘制地形图时的基本图形要素？ （3）点状符号设计时的重点是？
曲线的光滑
提出问题： 1.在地形图中，哪些线条是光滑的曲线
地图所描述的地球表面的形态是复杂多变的，如道路、水 系、境界和等高线等都是光滑的曲线。
图形数据结构 单一实体数据的组织方法
1.矢量数据结构及其组织方法 表示一点纪录的点表 由于地图制图中有点状、线状、面状三种不同 标识码 数据项 类型的实体数据，所以将它们组织时应放在不同 的数据文件内，因此实体式数据组织方法中有点 I*D X Y 属性参数 表、线表和面表三种不同的数据结构文件。其中 表示一个线段纪录的线表 Spashetti 结构是一种比较典型的实体式数据组 标识码 数据项 属性参数 织方法。 I*D N(点数)x ,y x ,y …x ,y 属性值或其他编码
2.在计算制图时，为什么要光滑？如何光滑？
计算机制图时，在数据采集阶段所采集的是实际曲线上一定数量的特 征点，由图形软件根据这些特征点生成相应的曲线，在这个生成过程 中，必须有一个对曲线平滑处理的过程，这就是所谓的曲线光滑。曲 线光滑也就是曲线拟合或内插。光滑后的曲线不一定通过已知点称为 曲线拟合；光滑后的曲线一定通过已知节点称为曲线内插，计算机地 图制图中大都要求光滑后的曲线通过已知点。
栅格图像与矢量图形的区别
3.栅格图像与矢量图形的区别
用栅格数据和用矢量数据表示地图基本元素的方法不同， 其图形的呈现形式也不同，前者称为栅格图像，后者称为 矢量图形，二者的区别如下： (1)栅格图像是以点阵形式存储，它的基本元素是像素(像 元)，它是以像素灰度的矩阵形式记录的；矢量图形是以 矢量形式存储的，它的基本元素是图形要素，图形要素的 几何形状是以坐标方式按点、线、面结构记录的。 (2)图像的显示是逐行、逐列、逐像元地显示，与内容无 关；图形的显示是逐个图形要素按顺序地显示，显示位置 的先后没有规律。
栅格数据结构
2.栅格数据结构及其组织方法简述 栅格数据的组织方法有全栅格矩阵式、全栅格联合矩阵式和变长 栅格压缩式等三种，简介如下。 （1）全栅格矩阵式 将每个栅格(或网眼)都作为基本的存储单元的数据组织方法称全 栅格矩阵式数据结构。根据每个栅格取值方法的不同，又分为栅格交 点归属法、单位栅格长度占优法、单位栅格面积占优法等三种。 栅格交点归属法也叫栅格中心归属法，其核心是每个栅格单元的值， 根据该栅格中心点所属的面域来确定；单位栅格长度占优法，是指每 个栅格单元的值，根据制图实体占据该栅格单元的大部分长度决定； 单位栅格面积占优法，每个栅格单元的值为占据该栅格单元面积最大 的实体代码表示。全栅格矩阵式数据结构，适用于图斑比较小的、类 型变化比较复杂的制图要素。
等高线的自动生成
3.等高线的光滑 经过等高线点的追踪，可以获得等高线的有序 点列，这些点将作为等高线的特征点保存在文件 中。在绘制等高线时，用曲线光滑方法计算加密 点，绘制光滑的等高线。
任务1
在CASS中，根据指导书给定的高程数据构建 的三角网，分别用手工和计算机自动绘制出等高 线，比较之间的差异。
空间数据的分层与组织
2）按地图实体类别分层 按地图实体类别分层的方法以有关图式和要素分类代 码为分层基础，每层对应于地图要素分类系统中的一个大 类。如将地图实体分为九个大类：测量控制点、居民地和 垣栅工矿建(构)筑物及其他设施、交通及附属设施、管线 及设施、水系及附属设施、境界、地貌与土质、植被等， 并对一大类中包含的地图实体作了详细的规定。这种分层 方法的优点是便于编码处理和图形数据的管理，但在制作 专题图时较为困难。 另外，还可按时间不同分层，对不同时间的地理实体 进行描述，反映地理实体的变迁过程，制作有关专题地图； 根据垂直厚度分层，如矿山采掘工程图，反映不同高程的 采矿工程运营状况。
空间数据的分层与组织
空间数据的分层组织方法为多种地图的制作带 来了方便。有些地图如专题地图着重反映某一种 自然或社会经济要素，或强调表示这些现象的某 一方面的特征，应用分层可使制图目的更易表达。 分层组织也使图形编辑变得更为有效和可靠。 计算机地图制图系统(软件)的操作人员可以有意 识地对层进行“关闭／打开”、“冻结／解冻” 等操作，将图形编辑的注意力集中在某一(些)层 上，还可以将层作为一个复杂的图形对象，进行 各种面向实体的操作。
野外测定的地貌特征点一般是离散的数据点，由离散点绘 制等高线的方法是：首先由离散点和一套对地表提供连续 的算法构建数字地面模型（DTM），即规则的矩形格网和 不规则的三角形格网（TIN）。然后在矩形格网或不规则 的三角形格网上跟踪等高线通过点，再利用适当的光滑函 数对等高线通过点进行光滑处理，从而形成光滑的等高线。
面 矢量数据的特点是直接以采样坐标 (x5,y5) 为基础，可最大限度地利用采样点 (x1,y1) (x2,y2) (x5,y5) 的精度。另外，矢量数据占用的存 (x4,y4) (x6,y6) 储空间一般也相对较少。 (x2,y2) 线
(x1,y1)
(x3,y3) (x7,y7)
图形数据结构
1.矢量数据结构及其组织方法 矢量数据结构的组织方法有：实体式、索引式、 双重独立式、链状双重独立式等几种。这里只介 绍实体式数据组织方法。 实体式数据组织方法是以地图实体为单元组织 其空间数据和非空间数据。