地理信息系统产品输出设计
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栅格图像数据结构：行、列标识。要求：既要有 效地逼近对象的分布特征，又要最大限度地压缩存 储的数据量。
2.2输出的几何变换
二维图形变换：比例变换、旋转变换、平移变换、镜 像变换、观察变换 地图投影变换
2.3地形图与专题图的输出组织形式
透明图层与影像图层 专题图的符号系统：点位符号、线状符号、面状符号
优点： 简单，易于生成各种投影视图
缺点： 仅仅给出了物体的框架结构，而无法给 出物体的表面信息
2、面模型
在线框模型的基础上增加了有关面与边的拓 扑信息，主要使用多边形、曲面等物体的各个 表面单位来表示其形体特征
表示顶点的几何信息及边与顶点、面与边之 间的二层拓扑信息
v5 e5
e8
v6
e6
e9
v8 e7 v7
专题图的符号系统
线符号
点符 号
面符号
§8-3 地理信息系统的可视化与虚拟现实
一、三维空间制图模型 1、线框模型
是最简单的几何模型，主要使用直线、折
线、曲线等来表示物体的棱边形体特征
表示顶点信息和边的信息
e5 v5
e8
v6
e6
Байду номын сангаас
e9
e10 v1 e4
e1
v2
e2
e7 v8 v7
e12
e11 v4 e3
v8(x8,y8,z8)
优点： 具有较丰富的形体信息
缺点： 并未指出该物体是实心还是空心，哪里 是物体的内部和外部等信息
适用范围： 适用于描述物体的外壳
3、实体模型
常用多面体、球体、锥体等基本体素及并、交、 差等运算来描述物体
特点：
模型复杂，但信息完整
方法：
基本体素引用法、单元分解法、空间位置枚 举法、扫描表示法、结构实体几何法、边界表 示法等
e12
面模型
e10 v1 e4
e1
v2
e2
e11 v4
e3 v3
线框模型
边
顶点
v1(x1,y1,z1)
f1(e1,e2,e3,e4) e1(v1,v2) e2(v2,v3) v2(x2,y2,z2)
f2(e5,e6,e7,e8) e3(v3,v4) e4(v4,v1) v3(x3,y3,z3)
f3(e1,e9,e5,e10) e5(v5,v6) e6(v6,v7) v4(x4,y4,z4)
f4(e2,e10,e6,e11) e7(v7,v8) e8(v8,v5) v5(x5,y5,z5)
f5(e3,e11,e7,e12) e9(v1,v5) e10(v2,v6) v6(x6,y6,z6)
f6(e4,e12,e8,e9) e11(v3,v7) e12(v4,v8) v7(x7,y7,z7)
朗伯定律光照模型 Phong Bui-Tuong光照模型 Torrance-Sparrow光照模型 全局光照模型
3、视差原理与体视图的生成
视差原理是根据人眼的左、右视点能够对同一事 物分别生成两幅图像，产生视差效果，从而对事物 的远近程度做出判断。
传统的视差绘图就是利用这种原理，用两个投影 中心把物体投影到同一个平面上，得到两个透视投 影。如果在观察这两个图形时，双眼正好分别处于 两个投影的中心位置，每只眼又只能看到由该投影 中心投影得到的图形，通过人的生理和心理的作用， 就可获得所给物体的立体图像。
各类专题地图：定点符号法、线状符号法、质别底 色法、等值线法、定位图表法、范围法、点值法、 分级比值法、分区图表法、运动线法
遥感影像地图：分为普通影像地图和专题影像地图 统计图表与数据报表
专题地图：又称专门地图，它是突出表示一种 或几种自然或社会经济现象的地图
由地理基础和专题内容两部分组成
从专题图内容或要素的显示特征来看，一般包 括空间分布、时间变异以及数量、质量特征三 个方面
数字地图的存储介质是计算机磁盘、磁带等，与纸 张印刷的常规地图相比，其信息存储量大、体积小， 易于携带和通过网络进行传输。
数字地图是以空间数据反映各类地理特征，可以在 计算机软件的支持下借助高分辨率的显示器实现地图 的无极缩放、漫游等显示和信息的动态选择、查询、 量算等功能。
数字地图便于与遥感信息和地理信息系统空间数据 相结合，实现地图的快速更新，同时也便于多层次信 息的综合表现与分析。
1、真实感图形与纹理贴图
将模拟场景的三维描述变成二维灰度阵列的过程 得到的计算机图像是一种连续的灰度曲面，由于这 种图像用面来约束模型，弥补了在没有数据控制点 的地方用传统线画图形表示可能出现的信息缺失。 这种灰度浓淡图像使得实际地物的各种起伏特征一 目了然，这种图形因具有相片的观察效果而称为真 实感图形或逼真图形。
第八章 地理信息系统产品的输出设计
地理信息系统产品的输出形式 地理信息系统图形输出系统设计 地理信息系统的可视化与虚拟现实
本章复习题
地理信息系统产品是指经过空间数据处理和空间分 析产生的可以供各专业人员或决策人员使用的各种地 图、图表、图像、数据报表或文字说明等。
地理信息系统产品输出是指将GIS分析或查询检索 的结果表示为某种用户需要的可以理解的形式的过程。 其中，地图图形输出是地理信息系统产品的主要表现 形式。
的灵活性，为地图及其相关信息深层次的应用打下了坚 实的基础
可缩短大型系列地图集的生产周期和更新周期，降低
生产成本。与输出硬设备相连，可将电子地图上的多种 信息制成硬拷贝
1.1地理信息系统产品及其类型
按输出的内容和形式分类：
全要素地形图：具有统一的大地坐标、统一的地 图投影和分幅编号、统一的比例尺系统、统一的 编制规范和图式符号
RGB颜色立方体-加色法
蓝 青
洋红
白 绿
黄 红
减色法
绿
黄 （白减蓝）
（白减红） 青
黑红
蓝
洋红 （白减绿）
白
紫
色相 亮 彩度
绿
度
红
黑
2.1图形坐标系与颜色模型
GIS图形数据结构与数据库
二维矢量图形结构：点状要素可由一个表示其几 何位置的坐标对（x，y）表示；线状要素则有一串 坐标（x1,y1；x2,y2；...；xn,yn）表示；面状要 素则有一个首尾相连的坐标串（x1,y1；x2,y2；...； xn,yn ；x1,y1 ）或多个坐标串表示
真实感图形的计算机合成需要根据光源的位置和 颜色、地面的形状和方位、地面的光谱特性等计算 画面中每一点的颜色灰度
当在三维物体表面上加绘细节时指定的不同图像 称之为纹理贴图，其实现方法称为纹理映射。
表面细节：
颜色：应用于光滑表面，但看起来并不改变表 面的几何形状
纹理：会给出一个具有粗糙表面的外形
2、光照模型和光线跟踪 光照模型用于计算确定物体可见表面上每点的亮度 物体表面对光线的反射区分为慢反射和镜面反射 光照模型：
v3
线框模型 边
e1(v1,v2) e2(v2,v3) e3(v3,v4) e4(v4,v1) e5(v5,v6) e6(v6,v7) e7(v7,v8) e8(v8,v5) e9(v1,v5) e10(v2,v6) e11(v3,v7) e12(v4,v8)
顶点 v1(x1,y1,z1) v2(x2,y2,z2) v3(x3,y3,z3) v4(x4,y4,z4) v5(x5,y5,z5) v6(x6,y6,z6) v7(x7,y7,z7) v8(x8,y8,z8)
§8-1 地理信息系统产品的输出形式
1.1地理信息系统产品及其类型
按输出的载体类型分类：
常规地图：纸张、聚酯薄膜 数字地图
数字地图：是指用数字形式描述地图要素的 属性、定位和关系信息的数据集合，是存储在 计算机中可以识别的媒体上的一组描述地理实 体的坐标和属性标识的离散数据的集合。
数字地图与常规地图相比，具有以下几个优点：
http://map.tainfo.net/
优点：
数据类型与数据量的可扩展性比较强 电子地图的检索十分方便，多种数据类型、多个窗口
可以在同一屏幕上分层、实时地进行动态显示，具有广 泛的可操纵性，用户界面十分友好
信息的存贮、更新以及通讯方式较为简便，便于携带
与交流
可以进行动态模拟，便于定性与定量分析，具有较强
定点符号法：
线状符号法 ：
质别底色法：
质别底色法：
等值线法 ：
范围法：
点值法：
分级比值法：
分区图表法：
运动线法 ：
统计图表
1.2 网络地图和数字地球
“数字地球”（The Digital Earth）最早提出于1997年下 半年。1998年1月31日，美国副总统戈尔（AL GORE）在美 国加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球：21世纪认 识地球的方式（The Digital Earth: Understanding our planet in the 21 st Century）”的讲演。正式提出数字 地球的概念。戈尔指出：“数字地球”，即一种可以嵌入 海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示。
1.2 网络地图和数字地球
数字地球是指以地球作为对象的、以地理坐
标为依据，具有多分辨率、海量的和多种数 据融合的，并可用多媒体和虚拟技术进行多 维(立体的和动态的)表达的，具有空间化、 数字化、网络化、智能化和可视化特征的技 术系统
1.2 网络地图和数字地球
Google公司开发的网络地图软件Google
体视图的计算机生成方法
用编程的方法，分别生成左右视点的图像 对简单的图形，特别是线框图比较有效，但 生成复杂模型的效果图比较困难
利用现成的三维软件，生成左右视点的图像 对建模、灯光、纹理等效果可借助于现成的 工具，制作速度要快一些，但对某些情况不够 灵活
复习题
地理信息系统产品的概念？ 专题图的表示方法有哪几种？ 数字地图的定义及优点？ 电子地图的定义？ 什么是虚拟现实？特征？
数字地图的发展趋势表现在以下几个方面： 多种数据采集手段一体化 数据标准化 向集成化的地理信息系统发展
电子地图
电子地图：是以地图数据库为基础，以数字形 式存储于计算机外存储器上，并能在电子屏幕上 实时显示的可视地图，是数字地图在电子屏幕上 的符号化显示。又称“屏幕地图”或“瞬时地 图”。
电子地图
二、虚拟现实（virtual reality）的设计与实现
定义：指采用各种技术，来营造一个使人感觉置 身于类似现实世界的环境中。
本质上，虚拟现实就是一种先进的计算机用户 接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据 转换成图像、声音和触摸感受，利用多种传感设备 使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实 世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。
Map
数字地球软件Google Earth
§8-2 地理信息系统图形输出系统设计
2.1图形坐标系与颜色模型
图形坐标系统 地球表面的世界坐标系：WC，又称用户坐标系 大地坐标系：L、B 1954年北京坐标系、1980年大地坐标系 输出设备的物理坐标系：又称为设备坐标系（DC） 图形显示器使用屏幕坐标系，坐标原点在屏幕左上角； 绘图机使用绘图坐标系，坐标原点在版面的左下角。 规范化坐标系：NC，又称为逻辑坐标系
2.1图形坐标系与颜色模型
颜色模型与颜色空间 RGB颜色模型：红(R)、绿(G)、蓝(B)色;用
于彩色监视器—光的三原色又称加色原色
CMYK颜色模型：青(C)、洋红(M)、黄(Y)、 黑色(K)；用于彩色印刷设备—颜料的三原色 又称减色原色
HSV颜色模型：面向用户（色相（hue）、彩 度（saturation）、亮度（brightness）
VR技术最先进的应用领域就是军事国防
1）飞行模拟
2）战斗模拟
特征：
立体感的视觉效果 存在感 多感知性 闭环交互方式 动态显示
实现技术
可以通过GIS软件支持的DEM功能、3DMAX、 AutoCAD中的三维实体建模、以及VRML、OPENGL 或Direct X、Java3D或Flash、ViewPoint等实 现或辅助实现虚拟现实。
2.2输出的几何变换
二维图形变换：比例变换、旋转变换、平移变换、镜 像变换、观察变换 地图投影变换
2.3地形图与专题图的输出组织形式
透明图层与影像图层 专题图的符号系统：点位符号、线状符号、面状符号
优点： 简单，易于生成各种投影视图
缺点： 仅仅给出了物体的框架结构，而无法给 出物体的表面信息
2、面模型
在线框模型的基础上增加了有关面与边的拓 扑信息，主要使用多边形、曲面等物体的各个 表面单位来表示其形体特征
表示顶点的几何信息及边与顶点、面与边之 间的二层拓扑信息
v5 e5
e8
v6
e6
e9
v8 e7 v7
专题图的符号系统
线符号
点符 号
面符号
§8-3 地理信息系统的可视化与虚拟现实
一、三维空间制图模型 1、线框模型
是最简单的几何模型，主要使用直线、折
线、曲线等来表示物体的棱边形体特征
表示顶点信息和边的信息
e5 v5
e8
v6
e6
Байду номын сангаас
e9
e10 v1 e4
e1
v2
e2
e7 v8 v7
e12
e11 v4 e3
v8(x8,y8,z8)
优点： 具有较丰富的形体信息
缺点： 并未指出该物体是实心还是空心，哪里 是物体的内部和外部等信息
适用范围： 适用于描述物体的外壳
3、实体模型
常用多面体、球体、锥体等基本体素及并、交、 差等运算来描述物体
特点：
模型复杂，但信息完整
方法：
基本体素引用法、单元分解法、空间位置枚 举法、扫描表示法、结构实体几何法、边界表 示法等
e12
面模型
e10 v1 e4
e1
v2
e2
e11 v4
e3 v3
线框模型
边
顶点
v1(x1,y1,z1)
f1(e1,e2,e3,e4) e1(v1,v2) e2(v2,v3) v2(x2,y2,z2)
f2(e5,e6,e7,e8) e3(v3,v4) e4(v4,v1) v3(x3,y3,z3)
f3(e1,e9,e5,e10) e5(v5,v6) e6(v6,v7) v4(x4,y4,z4)
f4(e2,e10,e6,e11) e7(v7,v8) e8(v8,v5) v5(x5,y5,z5)
f5(e3,e11,e7,e12) e9(v1,v5) e10(v2,v6) v6(x6,y6,z6)
f6(e4,e12,e8,e9) e11(v3,v7) e12(v4,v8) v7(x7,y7,z7)
朗伯定律光照模型 Phong Bui-Tuong光照模型 Torrance-Sparrow光照模型 全局光照模型
3、视差原理与体视图的生成
视差原理是根据人眼的左、右视点能够对同一事 物分别生成两幅图像，产生视差效果，从而对事物 的远近程度做出判断。
传统的视差绘图就是利用这种原理，用两个投影 中心把物体投影到同一个平面上，得到两个透视投 影。如果在观察这两个图形时，双眼正好分别处于 两个投影的中心位置，每只眼又只能看到由该投影 中心投影得到的图形，通过人的生理和心理的作用， 就可获得所给物体的立体图像。
各类专题地图：定点符号法、线状符号法、质别底 色法、等值线法、定位图表法、范围法、点值法、 分级比值法、分区图表法、运动线法
遥感影像地图：分为普通影像地图和专题影像地图 统计图表与数据报表
专题地图：又称专门地图，它是突出表示一种 或几种自然或社会经济现象的地图
由地理基础和专题内容两部分组成
从专题图内容或要素的显示特征来看，一般包 括空间分布、时间变异以及数量、质量特征三 个方面
数字地图的存储介质是计算机磁盘、磁带等，与纸 张印刷的常规地图相比，其信息存储量大、体积小， 易于携带和通过网络进行传输。
数字地图是以空间数据反映各类地理特征，可以在 计算机软件的支持下借助高分辨率的显示器实现地图 的无极缩放、漫游等显示和信息的动态选择、查询、 量算等功能。
数字地图便于与遥感信息和地理信息系统空间数据 相结合，实现地图的快速更新，同时也便于多层次信 息的综合表现与分析。
1、真实感图形与纹理贴图
将模拟场景的三维描述变成二维灰度阵列的过程 得到的计算机图像是一种连续的灰度曲面，由于这 种图像用面来约束模型，弥补了在没有数据控制点 的地方用传统线画图形表示可能出现的信息缺失。 这种灰度浓淡图像使得实际地物的各种起伏特征一 目了然，这种图形因具有相片的观察效果而称为真 实感图形或逼真图形。
第八章 地理信息系统产品的输出设计
地理信息系统产品的输出形式 地理信息系统图形输出系统设计 地理信息系统的可视化与虚拟现实
本章复习题
地理信息系统产品是指经过空间数据处理和空间分 析产生的可以供各专业人员或决策人员使用的各种地 图、图表、图像、数据报表或文字说明等。
地理信息系统产品输出是指将GIS分析或查询检索 的结果表示为某种用户需要的可以理解的形式的过程。 其中，地图图形输出是地理信息系统产品的主要表现 形式。
的灵活性，为地图及其相关信息深层次的应用打下了坚 实的基础
可缩短大型系列地图集的生产周期和更新周期，降低
生产成本。与输出硬设备相连，可将电子地图上的多种 信息制成硬拷贝
1.1地理信息系统产品及其类型
按输出的内容和形式分类：
全要素地形图：具有统一的大地坐标、统一的地 图投影和分幅编号、统一的比例尺系统、统一的 编制规范和图式符号
RGB颜色立方体-加色法
蓝 青
洋红
白 绿
黄 红
减色法
绿
黄 （白减蓝）
（白减红） 青
黑红
蓝
洋红 （白减绿）
白
紫
色相 亮 彩度
绿
度
红
黑
2.1图形坐标系与颜色模型
GIS图形数据结构与数据库
二维矢量图形结构：点状要素可由一个表示其几 何位置的坐标对（x，y）表示；线状要素则有一串 坐标（x1,y1；x2,y2；...；xn,yn）表示；面状要 素则有一个首尾相连的坐标串（x1,y1；x2,y2；...； xn,yn ；x1,y1 ）或多个坐标串表示
真实感图形的计算机合成需要根据光源的位置和 颜色、地面的形状和方位、地面的光谱特性等计算 画面中每一点的颜色灰度
当在三维物体表面上加绘细节时指定的不同图像 称之为纹理贴图，其实现方法称为纹理映射。
表面细节：
颜色：应用于光滑表面，但看起来并不改变表 面的几何形状
纹理：会给出一个具有粗糙表面的外形
2、光照模型和光线跟踪 光照模型用于计算确定物体可见表面上每点的亮度 物体表面对光线的反射区分为慢反射和镜面反射 光照模型：
v3
线框模型 边
e1(v1,v2) e2(v2,v3) e3(v3,v4) e4(v4,v1) e5(v5,v6) e6(v6,v7) e7(v7,v8) e8(v8,v5) e9(v1,v5) e10(v2,v6) e11(v3,v7) e12(v4,v8)
顶点 v1(x1,y1,z1) v2(x2,y2,z2) v3(x3,y3,z3) v4(x4,y4,z4) v5(x5,y5,z5) v6(x6,y6,z6) v7(x7,y7,z7) v8(x8,y8,z8)
§8-1 地理信息系统产品的输出形式
1.1地理信息系统产品及其类型
按输出的载体类型分类：
常规地图：纸张、聚酯薄膜 数字地图
数字地图：是指用数字形式描述地图要素的 属性、定位和关系信息的数据集合，是存储在 计算机中可以识别的媒体上的一组描述地理实 体的坐标和属性标识的离散数据的集合。
数字地图与常规地图相比，具有以下几个优点：
http://map.tainfo.net/
优点：
数据类型与数据量的可扩展性比较强 电子地图的检索十分方便，多种数据类型、多个窗口
可以在同一屏幕上分层、实时地进行动态显示，具有广 泛的可操纵性，用户界面十分友好
信息的存贮、更新以及通讯方式较为简便，便于携带
与交流
可以进行动态模拟，便于定性与定量分析，具有较强
定点符号法：
线状符号法 ：
质别底色法：
质别底色法：
等值线法 ：
范围法：
点值法：
分级比值法：
分区图表法：
运动线法 ：
统计图表
1.2 网络地图和数字地球
“数字地球”（The Digital Earth）最早提出于1997年下 半年。1998年1月31日，美国副总统戈尔（AL GORE）在美 国加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球：21世纪认 识地球的方式（The Digital Earth: Understanding our planet in the 21 st Century）”的讲演。正式提出数字 地球的概念。戈尔指出：“数字地球”，即一种可以嵌入 海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示。
1.2 网络地图和数字地球
数字地球是指以地球作为对象的、以地理坐
标为依据，具有多分辨率、海量的和多种数 据融合的，并可用多媒体和虚拟技术进行多 维(立体的和动态的)表达的，具有空间化、 数字化、网络化、智能化和可视化特征的技 术系统
1.2 网络地图和数字地球
Google公司开发的网络地图软件Google
体视图的计算机生成方法
用编程的方法，分别生成左右视点的图像 对简单的图形，特别是线框图比较有效，但 生成复杂模型的效果图比较困难
利用现成的三维软件，生成左右视点的图像 对建模、灯光、纹理等效果可借助于现成的 工具，制作速度要快一些，但对某些情况不够 灵活
复习题
地理信息系统产品的概念？ 专题图的表示方法有哪几种？ 数字地图的定义及优点？ 电子地图的定义？ 什么是虚拟现实？特征？
数字地图的发展趋势表现在以下几个方面： 多种数据采集手段一体化 数据标准化 向集成化的地理信息系统发展
电子地图
电子地图：是以地图数据库为基础，以数字形 式存储于计算机外存储器上，并能在电子屏幕上 实时显示的可视地图，是数字地图在电子屏幕上 的符号化显示。又称“屏幕地图”或“瞬时地 图”。
电子地图
二、虚拟现实（virtual reality）的设计与实现
定义：指采用各种技术，来营造一个使人感觉置 身于类似现实世界的环境中。
本质上，虚拟现实就是一种先进的计算机用户 接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据 转换成图像、声音和触摸感受，利用多种传感设备 使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实 世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。
Map
数字地球软件Google Earth
§8-2 地理信息系统图形输出系统设计
2.1图形坐标系与颜色模型
图形坐标系统 地球表面的世界坐标系：WC，又称用户坐标系 大地坐标系：L、B 1954年北京坐标系、1980年大地坐标系 输出设备的物理坐标系：又称为设备坐标系（DC） 图形显示器使用屏幕坐标系，坐标原点在屏幕左上角； 绘图机使用绘图坐标系，坐标原点在版面的左下角。 规范化坐标系：NC，又称为逻辑坐标系
2.1图形坐标系与颜色模型
颜色模型与颜色空间 RGB颜色模型：红(R)、绿(G)、蓝(B)色;用
于彩色监视器—光的三原色又称加色原色
CMYK颜色模型：青(C)、洋红(M)、黄(Y)、 黑色(K)；用于彩色印刷设备—颜料的三原色 又称减色原色
HSV颜色模型：面向用户（色相（hue）、彩 度（saturation）、亮度（brightness）
VR技术最先进的应用领域就是军事国防
1）飞行模拟
2）战斗模拟
特征：
立体感的视觉效果 存在感 多感知性 闭环交互方式 动态显示
实现技术
可以通过GIS软件支持的DEM功能、3DMAX、 AutoCAD中的三维实体建模、以及VRML、OPENGL 或Direct X、Java3D或Flash、ViewPoint等实 现或辅助实现虚拟现实。