地理信息系统课程培训8
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展，一种动态的、交互式的地理信息系统可视化产品正在引起越来越多 的关注，成为地理信息系统研究领域的热点之一。
纸质地图是地理信息系统的一种重要输出形式。毫无疑问，它是可视
化的产品。 虚拟现实技术是实现地理信息系统可视化的关键所在。
第三节
一、三维空间图形模型
GIS可视化与虚拟现实
模型是用来表示实际的或抽象的物体和现象。现实世界中的地理实体可 以用形象的、直观的三维空间图形的模型加以表达。
第八章 地理信息系统产品输出设计
第一节 第二节 第三节
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 地理信息系统可视化与虚拟现实
第一节 GIS产品输出形式
地理信息系统产品输出是按用户能理解的形式或能够传送到其它计算 机并能立即使用的形式表示数据处理结果这样一种操作过程。 人们能理解的共同形式（有时叫做兼容输出）是地图、图形、表格等； 计算机兼容的形式是能读入其他计算机系统的磁盘、磁带等记录形式，还 包括某些通讯网、电话线、无线电话连接设施等电子传输形式。
用HLS表示后，最后还是转成RGB显示。
应用：用于彩色监视器(遥感影像显示等) 。
第二节
（3）CMY表示
GIS图形输出系统设计
青色(C)、品红(M)、黄色(Y)分别是红色、绿色和蓝色的补色。这 三种颜色是通过白光中消除或减去某种颜色来规定的。其它颜色可
以通过这三种颜色的混合来得到。
应用：在硬拷贝机中使用。
80陕西坐标系：选定陕西省泾阳县永乐镇设立新的大地原点。
第二节
GIS图形输出系统设计
（2）输出设备的物理坐标与逻辑坐标系 在设计、描述图形对象时，用户使用的是对象所在的世界坐标系(用户 坐标系)。在输出时，往往要使用与设备物理参数有关的设备坐标系 (devlcecoordinates，简称DC)。 设备坐标系：是物理设备的输入输出(I／O)空间。每一种图形设备都有 其独有的坐标系，如图形显示器使用荧屏坐标系，其坐标原点大都在左 上角；绘图机使用绘图坐标系，其坐标原点在板面的左下角等。 逻辑坐标系：为了方便图形的输出，在世界坐标系(WC)和设备坐标系 (DC)之间定义了一个与设备无关的规范化设备坐标系(normalized device coordinates，简称NDC)，这种坐标系的每一维坐标的取值范围可以为[0，
一、GIS产品基本概念
是指由系统处理、分析、可以直接提供研究、规划和决策人员使用 的产品，其形式有地图、图象、统计图表以及各种格式的数字产品等， 是系统中数据的表现形式。
第一节 GIS产品输出形式
二、 GIS产品类型
1、地图
GIS中图形的输出的主要形式，是空间实体的符号化模型。具有以下特征：
（1）采用特殊数学法则产生的可量测性：采用地图投影、比例尺和定向将 地球表面的实体投影到二维平面并制成各种分幅的地图。
而得，主要使用多边形、曲面等物体的各个表面单位来表示形体
特征。 优点：具有丰富的形体信息。
缺点：无法表示物体的实心还是空心，内外部信息等。
第三节
3 实体模型
GIS可视化与虚拟现实
实体模型常用多面体、球体等等基本体素，以及并、交、差等运算来描 述物体。
模型表示方法：
体素法 边界表示法
四叉树和八叉树
（2）使用符号化模型产生的直观性：用颜色、尺寸、大小等表示点状符号、
线状符号、面状符号。 （3）采用制图综合产生的一览性：制图综合对实体质量特征进行分类分级，
对次要的实体或实体特征进行选取概括，使得反映的地理现象主次分明确切
地表示出各要素间相互关系，更易于理解事物本质和规律。
第一节 GIS产品输出形式
第二节
GIS图形输出系统设计
(4)镜像变换
镜像变换就是将平面上的二维图形绕一直线ax+by+c=0对称变换。 (5)漫游和缩放 就是把用户坐标系中指定窗口内的图形映射到荧屏上的视图区的过程。 实现对画面的漫游和缩放。
第二节
2 三维图形变换
GIS图形输出系统设计
三维空间的点可以用齐次坐标系表示:[Hx Hy Hz H]，其中H不等 于0。若H=1，则为规范齐次坐标。 三维图形变换过程 使用齐次坐标后，首先对图形进行平移变换和比例变换，再进行 平行投影，可实现三维图形变换。
统计图表举例
第一节 GIS产品输出形式
2、数字地图
种类：屏幕地图，电子地图，动态地图 特点： （1）信息存储量大、体积小、便于携带。 （2）利用高分辨率的显示器实现地图的显示，提高地图的现实精度。 （3）便于与遥感和GIS相结合，以及便于多层次信息的复合分析。
第二节
一、基本理论
1 图形坐标系统
GIS图形输出系统设计
虚拟现实技术的特征： 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
第三节
GIS可视化与虚拟现实
虚拟现实的关键技术
1 真实感图形与纹理贴图 2 光线模型和光线跟踪 3 视差原理与体视图的生成 4 VRML结构与虚拟现实的实现方法
第三节
GIS可视化与虚拟现实
需要掌握的主要内容
可视化的概念首先在1987年由美国国家自然科学基金会员会图形图象 专题组提出了科学计算可视化（visualization in scientific computing)，它研究如何将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转 换成图形或图像信息，并可进行交互式分析。
但是随着计算机技术，尤其是计算机图形学技术和图像处理技术的发
1、掌握地理信息系统产品的类型（4种） 2、理解虚拟现实技术
第二节
2 专题图的符号系统
GIS图形输出系统设计
专题图的符号取决于身体的位置，形状取决于实体的质量或者数量特征。 专题图的符号可分为： 点符号 线状符号 面状符号
常见的点状符号
常见的线状符号
常见的面状符号Biblioteka 第二节GIS图形输出系统设计
专题图的符号系统举例
点符号
线符号
面符号
第三节
GIS可视化与虚拟现实
3 地图投影变换
地图投影变换就是从一种地图投影变换为另一种地图投影。其实 质是建立两平面之间及邻域双向连续点的一一对应关系。
第二节
GIS图形输出系统设计
三、地形图与专题图的输出组织形式 1．透明图层与影像图层
计算机中的地图通常以图层进行组织，每一图层包含地图的一 个不同部分。地图中的各种要素，如境界线、交通线、居民地等 等，常放在不同图层中。图层是透明的，各图层叠加在一起构成 完整的一幅地图。 在统一的空间坐标系下，遥感影像也可以作为图层进行组织，可 以与矢量图层进行叠合。
第二节
二、输出的几何变换
GIS图形输出系统设计
几何变换就是如何实现从用户坐标系到荧屏坐标系的变换。变换 类型包括： 二维图形变换 三维图形变换
地图投影变换
第二节
1 二维图形变换
GIS图形输出系统设计
二维图形的变换类型主要包括比例、旋转、平移、镜像、观察变换等。 (1)比例变换：比例变换就是将平面上任意一点(x，y)的横坐标放大或缩小 S11倍，纵坐标放大或缩小S22倍。 (2)旋转变换：旋转变换就是将平面上任意一点绕原点旋转某一角度，一般 规定逆时针方向为正，顺时针方向为负。 (3)平移变换：平移变换平移变换是将平面上任意一点沿x方向移动tx，沿y 方向移动ty 。
第一节 GIS产品输出形式
四、主要产品介绍 1、常规地图
(1)全要素地图
指地形图，包括水系、地貌、植被、居民点、交通、境界、独立地物等内 容。
第一节 GIS产品输出形式
（2）各类专题地图
专题地图质别底色法
专题地图定点符号法
第一节 GIS产品输出形式
专题地图质别底色法
专题地图分区图表法
第一节 GIS产品输出形式
优点：信息完整。 缺点：模型复杂。
第三节
二、数字地形模型的构造
GIS可视化与虚拟现实
1 网格表面构造
2 隐藏线与隐藏面的消除 以上这些方法在输出形式上仅局限于打印输出或者显示在荧屏上。 如果想通过视觉、听觉、触觉等方式输出，就必须通过虚拟现实技术来 实现。
第三节
GIS可视化与虚拟现实
三、虚拟现实的设计与实现
1]，也可以是0到65535之间的整数。
第二节
2 颜色模型和颜色空间
GIS图形输出系统设计
地图的表示用颜色、符号、注记等方法。 （1）RGB表示，三基色定理 红（R）绿（G）蓝（B）三色通过叠加形成一种混合色 例如： 白色（R G B）= （100， 100 ，100） 黑色（R G B）=（0，0，0）
R G B组成的立方体是非线性的，即两种颜色相近的程度不能简单地用
欧氏距离来表示。 应用：用于彩色监视器。
第二节
（2）HLS表示
GIS图形输出系统设计
H（Hue)色度：反映颜色的分类，如纯红、品红； L (Light)亮度：反映颜色黑的程度，如白色的亮度比黑色的亮度高 S (Saturation)饱和度：反映颜色的纯度，如纯红的饱和度比粉红的饱和 度高。
地理实体的模型就其复杂程度而言，可以分为三类： 线框模型
面模型
实体模型。
第三节
1 线框模型
GIS可视化与虚拟现实
使用直线、折线、曲线等物体的棱边来表示其形体特征。 优点：简单，易于生成各种投影视图。 缺点：无法给出物体的表面信息。 2 面模型 面模型是在线框模型的基础上增加了有关面与边的拓扑关系信息
2、图像
GIS中图形的输出的另一种形式，它也是空间实体的一种模型，其特点为：
（1）不用符号化方式，而是采用人的直观视觉变量如色、灰度、模式表示 空间实体的质量特性。
（2）通常将空间划分为规则的单元，并赋予视觉变量。
3、统计图表 统计图表用以表示非空间信息。统计图与地图综合使用，形成以统计符
号表示的专题图。
（3）遥感影像地图
第一节 GIS产品输出形式
（4）统计图表与数据报表
(1)统计图 统计图是将这些属性数据传递给用户。统计图的主要类型有柱状图、 扇形图、直方图、折线图和散点图等。
(2)数据报表
统计表格是详尽表示非空间数据的方法，它不直观，但可提供详细 数据，可对数据再处理。
第一节 GIS产品输出形式
(1)世界坐标系与大地坐标系 世界坐标系(world Coordinates，简称WC)，也称为用户坐标系。一般 由用户自己选定，与机器设备无关。 大地坐标系(geodetic Coordinates)是地理坐标系的一种。大地原点是
大地坐标的起算点，一般由国家或地区选定。大地坐标采用由大地测量方
法决定的大地纬度(B)和大地经度(L)。 54北京坐标系：选定北京为坐标原点，根据该点推得的坐标。
4、其它 数字地图等。
第一节 GIS产品输出形式
三、地理信息系统产品的输出设备
硬件 打印机(字符／图形)、绘图机、显示屏、胶片记录仪等。根据图形设 备输出形式可以将其划分为矢量制图设备和栅格制图设备，即矢量制图 和栅格制图。 软件 GIS具有一系列产品输出软件:包括图形（图象、图表）输出、外部转 换、符号设计三部分。输出软件应有好的用户界面，如采用菜单、窗口、 图符（icon)等技术。
纸质地图是地理信息系统的一种重要输出形式。毫无疑问，它是可视
化的产品。 虚拟现实技术是实现地理信息系统可视化的关键所在。
第三节
一、三维空间图形模型
GIS可视化与虚拟现实
模型是用来表示实际的或抽象的物体和现象。现实世界中的地理实体可 以用形象的、直观的三维空间图形的模型加以表达。
第八章 地理信息系统产品输出设计
第一节 第二节 第三节
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 地理信息系统可视化与虚拟现实
第一节 GIS产品输出形式
地理信息系统产品输出是按用户能理解的形式或能够传送到其它计算 机并能立即使用的形式表示数据处理结果这样一种操作过程。 人们能理解的共同形式（有时叫做兼容输出）是地图、图形、表格等； 计算机兼容的形式是能读入其他计算机系统的磁盘、磁带等记录形式，还 包括某些通讯网、电话线、无线电话连接设施等电子传输形式。
用HLS表示后，最后还是转成RGB显示。
应用：用于彩色监视器(遥感影像显示等) 。
第二节
（3）CMY表示
GIS图形输出系统设计
青色(C)、品红(M)、黄色(Y)分别是红色、绿色和蓝色的补色。这 三种颜色是通过白光中消除或减去某种颜色来规定的。其它颜色可
以通过这三种颜色的混合来得到。
应用：在硬拷贝机中使用。
80陕西坐标系：选定陕西省泾阳县永乐镇设立新的大地原点。
第二节
GIS图形输出系统设计
（2）输出设备的物理坐标与逻辑坐标系 在设计、描述图形对象时，用户使用的是对象所在的世界坐标系(用户 坐标系)。在输出时，往往要使用与设备物理参数有关的设备坐标系 (devlcecoordinates，简称DC)。 设备坐标系：是物理设备的输入输出(I／O)空间。每一种图形设备都有 其独有的坐标系，如图形显示器使用荧屏坐标系，其坐标原点大都在左 上角；绘图机使用绘图坐标系，其坐标原点在板面的左下角等。 逻辑坐标系：为了方便图形的输出，在世界坐标系(WC)和设备坐标系 (DC)之间定义了一个与设备无关的规范化设备坐标系(normalized device coordinates，简称NDC)，这种坐标系的每一维坐标的取值范围可以为[0，
一、GIS产品基本概念
是指由系统处理、分析、可以直接提供研究、规划和决策人员使用 的产品，其形式有地图、图象、统计图表以及各种格式的数字产品等， 是系统中数据的表现形式。
第一节 GIS产品输出形式
二、 GIS产品类型
1、地图
GIS中图形的输出的主要形式，是空间实体的符号化模型。具有以下特征：
（1）采用特殊数学法则产生的可量测性：采用地图投影、比例尺和定向将 地球表面的实体投影到二维平面并制成各种分幅的地图。
而得，主要使用多边形、曲面等物体的各个表面单位来表示形体
特征。 优点：具有丰富的形体信息。
缺点：无法表示物体的实心还是空心，内外部信息等。
第三节
3 实体模型
GIS可视化与虚拟现实
实体模型常用多面体、球体等等基本体素，以及并、交、差等运算来描 述物体。
模型表示方法：
体素法 边界表示法
四叉树和八叉树
（2）使用符号化模型产生的直观性：用颜色、尺寸、大小等表示点状符号、
线状符号、面状符号。 （3）采用制图综合产生的一览性：制图综合对实体质量特征进行分类分级，
对次要的实体或实体特征进行选取概括，使得反映的地理现象主次分明确切
地表示出各要素间相互关系，更易于理解事物本质和规律。
第一节 GIS产品输出形式
第二节
GIS图形输出系统设计
(4)镜像变换
镜像变换就是将平面上的二维图形绕一直线ax+by+c=0对称变换。 (5)漫游和缩放 就是把用户坐标系中指定窗口内的图形映射到荧屏上的视图区的过程。 实现对画面的漫游和缩放。
第二节
2 三维图形变换
GIS图形输出系统设计
三维空间的点可以用齐次坐标系表示:[Hx Hy Hz H]，其中H不等 于0。若H=1，则为规范齐次坐标。 三维图形变换过程 使用齐次坐标后，首先对图形进行平移变换和比例变换，再进行 平行投影，可实现三维图形变换。
统计图表举例
第一节 GIS产品输出形式
2、数字地图
种类：屏幕地图，电子地图，动态地图 特点： （1）信息存储量大、体积小、便于携带。 （2）利用高分辨率的显示器实现地图的显示，提高地图的现实精度。 （3）便于与遥感和GIS相结合，以及便于多层次信息的复合分析。
第二节
一、基本理论
1 图形坐标系统
GIS图形输出系统设计
虚拟现实技术的特征： 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
第三节
GIS可视化与虚拟现实
虚拟现实的关键技术
1 真实感图形与纹理贴图 2 光线模型和光线跟踪 3 视差原理与体视图的生成 4 VRML结构与虚拟现实的实现方法
第三节
GIS可视化与虚拟现实
需要掌握的主要内容
可视化的概念首先在1987年由美国国家自然科学基金会员会图形图象 专题组提出了科学计算可视化（visualization in scientific computing)，它研究如何将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转 换成图形或图像信息，并可进行交互式分析。
但是随着计算机技术，尤其是计算机图形学技术和图像处理技术的发
1、掌握地理信息系统产品的类型（4种） 2、理解虚拟现实技术
第二节
2 专题图的符号系统
GIS图形输出系统设计
专题图的符号取决于身体的位置，形状取决于实体的质量或者数量特征。 专题图的符号可分为： 点符号 线状符号 面状符号
常见的点状符号
常见的线状符号
常见的面状符号Biblioteka 第二节GIS图形输出系统设计
专题图的符号系统举例
点符号
线符号
面符号
第三节
GIS可视化与虚拟现实
3 地图投影变换
地图投影变换就是从一种地图投影变换为另一种地图投影。其实 质是建立两平面之间及邻域双向连续点的一一对应关系。
第二节
GIS图形输出系统设计
三、地形图与专题图的输出组织形式 1．透明图层与影像图层
计算机中的地图通常以图层进行组织，每一图层包含地图的一 个不同部分。地图中的各种要素，如境界线、交通线、居民地等 等，常放在不同图层中。图层是透明的，各图层叠加在一起构成 完整的一幅地图。 在统一的空间坐标系下，遥感影像也可以作为图层进行组织，可 以与矢量图层进行叠合。
第二节
二、输出的几何变换
GIS图形输出系统设计
几何变换就是如何实现从用户坐标系到荧屏坐标系的变换。变换 类型包括： 二维图形变换 三维图形变换
地图投影变换
第二节
1 二维图形变换
GIS图形输出系统设计
二维图形的变换类型主要包括比例、旋转、平移、镜像、观察变换等。 (1)比例变换：比例变换就是将平面上任意一点(x，y)的横坐标放大或缩小 S11倍，纵坐标放大或缩小S22倍。 (2)旋转变换：旋转变换就是将平面上任意一点绕原点旋转某一角度，一般 规定逆时针方向为正，顺时针方向为负。 (3)平移变换：平移变换平移变换是将平面上任意一点沿x方向移动tx，沿y 方向移动ty 。
第一节 GIS产品输出形式
四、主要产品介绍 1、常规地图
(1)全要素地图
指地形图，包括水系、地貌、植被、居民点、交通、境界、独立地物等内 容。
第一节 GIS产品输出形式
（2）各类专题地图
专题地图质别底色法
专题地图定点符号法
第一节 GIS产品输出形式
专题地图质别底色法
专题地图分区图表法
第一节 GIS产品输出形式
优点：信息完整。 缺点：模型复杂。
第三节
二、数字地形模型的构造
GIS可视化与虚拟现实
1 网格表面构造
2 隐藏线与隐藏面的消除 以上这些方法在输出形式上仅局限于打印输出或者显示在荧屏上。 如果想通过视觉、听觉、触觉等方式输出，就必须通过虚拟现实技术来 实现。
第三节
GIS可视化与虚拟现实
三、虚拟现实的设计与实现
1]，也可以是0到65535之间的整数。
第二节
2 颜色模型和颜色空间
GIS图形输出系统设计
地图的表示用颜色、符号、注记等方法。 （1）RGB表示，三基色定理 红（R）绿（G）蓝（B）三色通过叠加形成一种混合色 例如： 白色（R G B）= （100， 100 ，100） 黑色（R G B）=（0，0，0）
R G B组成的立方体是非线性的，即两种颜色相近的程度不能简单地用
欧氏距离来表示。 应用：用于彩色监视器。
第二节
（2）HLS表示
GIS图形输出系统设计
H（Hue)色度：反映颜色的分类，如纯红、品红； L (Light)亮度：反映颜色黑的程度，如白色的亮度比黑色的亮度高 S (Saturation)饱和度：反映颜色的纯度，如纯红的饱和度比粉红的饱和 度高。
地理实体的模型就其复杂程度而言，可以分为三类： 线框模型
面模型
实体模型。
第三节
1 线框模型
GIS可视化与虚拟现实
使用直线、折线、曲线等物体的棱边来表示其形体特征。 优点：简单，易于生成各种投影视图。 缺点：无法给出物体的表面信息。 2 面模型 面模型是在线框模型的基础上增加了有关面与边的拓扑关系信息
2、图像
GIS中图形的输出的另一种形式，它也是空间实体的一种模型，其特点为：
（1）不用符号化方式，而是采用人的直观视觉变量如色、灰度、模式表示 空间实体的质量特性。
（2）通常将空间划分为规则的单元，并赋予视觉变量。
3、统计图表 统计图表用以表示非空间信息。统计图与地图综合使用，形成以统计符
号表示的专题图。
（3）遥感影像地图
第一节 GIS产品输出形式
（4）统计图表与数据报表
(1)统计图 统计图是将这些属性数据传递给用户。统计图的主要类型有柱状图、 扇形图、直方图、折线图和散点图等。
(2)数据报表
统计表格是详尽表示非空间数据的方法，它不直观，但可提供详细 数据，可对数据再处理。
第一节 GIS产品输出形式
(1)世界坐标系与大地坐标系 世界坐标系(world Coordinates，简称WC)，也称为用户坐标系。一般 由用户自己选定，与机器设备无关。 大地坐标系(geodetic Coordinates)是地理坐标系的一种。大地原点是
大地坐标的起算点，一般由国家或地区选定。大地坐标采用由大地测量方
法决定的大地纬度(B)和大地经度(L)。 54北京坐标系：选定北京为坐标原点，根据该点推得的坐标。
4、其它 数字地图等。
第一节 GIS产品输出形式
三、地理信息系统产品的输出设备
硬件 打印机(字符／图形)、绘图机、显示屏、胶片记录仪等。根据图形设 备输出形式可以将其划分为矢量制图设备和栅格制图设备，即矢量制图 和栅格制图。 软件 GIS具有一系列产品输出软件:包括图形（图象、图表）输出、外部转 换、符号设计三部分。输出软件应有好的用户界面，如采用菜单、窗口、 图符（icon)等技术。