三维地图符号设计技术及实践流程研究

三维地图符号设计技术及实践流程研究

摘要:本文基于笔者从事三维地图制图的相关工作经验,以三维地图符号设计为研究对象,分析了三维地图符号设计的原则、探讨了三维地图符号设计的具体实现过程,给出了其应用方向,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:地图三维符号设计

地图是人类空间认知的结果,又是人们进行空间认知的工具。伴随着信息化时代的到来,地图的产品模式也由纸质地图向数字电子地图、三维地图和网络地图等多种产品共存的方向发展。传统的二维信息表达不能满足新的需要,同时,计算机的发展,为物体的三维几何特征和属性特征的显示和描述提供了技术支持。地图符号是地图形象化的语言,是表达地图内容的主要手段之一。地理信息的表达从二维到三维是一次飞跃,在虚拟的三维空间里也产生了三维地图符号。基于三维仿真技术的三维电子地图以直观逼真的三维模型符号代替了抽象的二维地图符号,在三维几何构形上进行抽象简化,通过分类、分级、分等、量化等方式来描述三维物体的类型、性质、态势、定量化等信息。下面将在理论上对三维地图符号设计原则等对其进行研究。

1 三维地图可视化特点

1.1 三维地图的显示特点

地图是根据一定的数学法则,将自然地理的自然现象和社会现象通过概括和取舍用符号缩绘在平面上的图形。电子地图则是以地图数据库为基础,在适当尺寸的屏幕上按照一定比例显示的地图。而三维电子地图就是以三维电子地图数据库为基础,按照一定比例对现实世界或其中一部分的一个或多个方面的三维、抽象的描述(或综合),其象形性、功能性远强于二维电子地图。三维电子地图是利用虚拟现实技术建立的城市三维模型,它运用多媒体技术和三维可视化技术将图形、图像、文字、数据、声音等纳入统一的窗口系统下管理,使其具有虚拟、动态、交互和网络特征。三维地图超出了传统的地理信息符号化、空间信息水平化的状态,进入了动态、多维、可交互的地图条件下,通过直观的方式模拟人的地理空间认知方式以及进行各种空间地理分析的阶段。

1.2 三维地图符号设计特点

在进行三维数字景观可视化时,视觉变量是构成三维地图符号的基本要素。由于三维数字景观图的可视环境以及显示方式明显不同于以纸张为介质的平面地图,也不同于二维的数字地图,故三维地图符号的视觉变量与二维地图符号的视觉变量存在差异,由状态、动态变化和操作3个方面的视觉变量组成。状态方面的变量与平面地图的静态视觉变量类似,然而,由于表达手段、技术的不同,变量描述与传统静态视觉变量也略有差异。根据三维地图的特点,三维符号的视觉变量也有形状、尺寸、间距、方向和位置,只不过形状、尺寸、间距、方向

和位置扩至三维空间,主要包括形状、尺寸、色彩、亮度、纹理、空间造型等6个方面的变量。三维符号纹理色彩视觉度量也变得更丰富,不仅存在着透明度的变化,同时还有动画纹理,镜面反射等效果。符号的视觉参量应与所表达的内容相关。设计符号时,一般应尽可能地保留(甚至夸张)地物的形象特征,包括外观、纹理、颜色等,让用户看到符号马上就可以联想到地物本身。

2 三维地图符号设计

2.1 三维地图符号设计原则

“地图符号是符号的子集,它具有可视性(指实地图),它用一种物质的对象代替一个抽象的概念,以一种易为心灵所了解和便于记忆的形式,把制图对象概念呈现在地图上,从而使人们产生深刻的印象”。三维符号实际上也是对制图对象的抽象,只不过抽象方式有了很大地改进,是使用计算机的三维虚拟技术来表达,表达的模式上更逼真。同时,也可传递更多过去二维符号无法表达的信息。所以三维符号也属于地图符号的范围,是地图符号的补充和发展。三维符号是地图符号的子集,同样遵从地图符号设计的原则,并有新的特点如下。

(1)直观逼真的表示形式。

三维符号所强调的逼真可以几乎不用图例,使用实物的照片作为

纹理,一目了然,使没用过地图的人能理解地图的内容,因此场景的设计应以清晰为衡量标准。在三维地图可视化中,如果采用颜色来识别地物,色调少一些则能保证场景清晰,不至于杂乱无章。

(2)融合大容量的复杂信息。

二维地图符号反映的都是空间物体的平面位置,其高程信息只是其中的一个属性值,并不能被直观地反映出来。而三维符号许多数据在计算机中存储的是三维(X,Y,Z)信息,符号的计算处理由二维转向三维。符号的高程信息被直观反映出来,给读者更加直观地空间感受。增加了高程信息以及详细的数字描述信息,无疑在数据存储和处理方面以及符号化都要更为复杂,在设计符号时要将信息的复杂性考虑其中。

(3)符合多角度、多尺度显示的要求。

三维符号数据在计算机中存储的是三维坐标,而显示给用户的是在计算机屏幕上的二维投影,随着观察角度、投影方式的不同,三维符号在屏幕上投影是变化的,更有利于增强人们对符号所表达的客观对象的立体认知。采用LOD表达多尺度的地物。在三维地图中,由于视点与物体的距离可以动态调节,因此,三维符号设计时,应采用具有不同细节水平的一系列符号来描述目标地物,这样才能保证在任何角度,用户所观察到的都是清晰的三维地图。

(4)体现要素之间逻辑性。

由于三维地图是以电子为介质,在符号的尺寸设计中,要考虑到电子地图环境下符号需要缩放这一特性。符号的各个组成图元比例要协调,保证符号缩放时不产生变形、不互相压盖,以免影响地图阅读。符号的视觉感受与所表达内容逻辑上应保持一致。相互联系的要素之间,其尺寸大小设计要保持统一协调。从而符合人们对地图表现手法的认识。

2.2 三维地图符号的构图规律

地图符号的构图就是按照一定的原则与规律将构图元素(视觉变量)组合成地图符号,而所谓的原则就是要遵循易读、易理解及视觉感受的一般规律,作为三维符号的构图规律,在构图原则上通过直接视觉仿真技术以达到易读、易理解的目的。

(1)点状符号构图原则。

二维点状符号点状视觉变量由形状、尺寸、色彩构成。作为三维点状符号,可通常由三维空间数据模型构成,三维空间数据模型包括了形状、尺寸,通常采用基于表面模型的实体模型,而表面实体模型的表面材质反映色彩的变化。通常一个三维符号由一个实体表面模型构成。

(2)线状符号构图原则。

二维线状符号视觉变量由形状、尺寸、色彩和图案构成。线状三