3 1 6 |
Глава 7. Задачи и методы геоинформационного картографирования |
удалена от исходной границы и является центром наибольшей окружности, которую можно вписать в исходный полигон.
Рис. 7.10. Построение каркаса полигона и скелетизация
Основные приложения процедур определения положения центральной точки и скелетизации — поиск наилучшего размещения надписей и меток внутри полигона и генерализация. Например, при показе значком городов на карте мелкого масштаба, составляемой по карте, на которой города показаны контурами, целесообразно найти их центроиды и использовать полученные точки для локализации точечного символа'. Надпись можно разместить либо вдоль каркасной линии полигона, либо в точке, остающейся после полного его сжатия. Сам процесс скелетизации моделирует генерализацию площадных объектов при уменьшении масштаба.
7.9.3. Построение системы картографических знаков и размещение надписей
Как известно, географические объекты в ГИС имеют три формы существования:
' В ГИС-пакете ArcView координаты центроида используют при адресном геокодировании.
7.9. Формализация и алгоритмизация процесса картографирования |
3 1 7 |
•объект в действительности;
•объект в БД;
•знак, который используется для обозначения объекта на карте или другом графическом изображении.
Свойство карт как образно-знаковых моделей действительности требует учета при геоинформационном картографировании трех аспектов:
•особенности реальных объектов;
•форма представления объектов в БД;
•возможности программ для графической визуализации данных.
Как и в традиционной картографии, систему картографических знаков создают с учетом масштаба, назначения и типа карты, ее дальнейшего использования.
Графические символы могут быть классифицированы в соответствии с типами пространственных объектов, которые они должны представлять. Для двумерных изображений это приводит к привычному для картографии разделению на точечные, линейные и площадные символы (рис. 7.11). Ясно, что выбор типа символа зависит от характера локализации объекта, от степени генерали- зации явления, которое он должен представлять. Пространственные данные, изменяющиеся непрерывно, например, поверхности или поля, иногда представляются символами, специфически связанными с непрерывностью изменений («символами поверхности»), для них нет привычного названия. Это, как правило, переменная плотность точек или линий, или растровые ячейки различных цветов.
При конструировании систем картографических знаков для ГК следует выполнять два основных условия:
•алгоритмы должны обладать свойством инвариантности, т. е. реализовывать общие принципы построения определенного класса знаков;
•создаваемые знаки должны быть увязаны с картографическими способами отображения.
Автоматизированное создание картографических символов, программированию которых еще не так давно уделялось много внимания, теперь не представляет сложной задачи, поскольку боль-
7.9. Формализация и алгоритмизация процесса картографирования |
3 1 9 |
Чтобы знак на карте соответствовал местоположению точечного объекта, следует использовать или создавать значки с известной привязкой к объекту. Во многих ГИС-пакетах имеется возможность устанавливать цвет, размер и ориентировку символов, шаблон, цвет, толщину линии основной и контурной. Для площадных объектов используют однородную цветовую заливку или штриховку. Иногда предоставляется возможность управления прозрачностью заливки. Но по сравнению с мозговой деятельностью современные ГИСтехнологии еще довольно слабы.
Интенсивность цвета символа имеет визуальное значение — глаз следует за изменениями от темного к светлому, и наоборот. Она обычно используется для показа количественных различий — по традиции более темные символы означают «больше», хотя на темном фоне, обычном для экрана монитора, ситуация может быть обратной (более светлый цвет означает «больше»). Качественные различия обычно отражают оттенками цвета.
В цифровой форме, манипулируя значениями (кодами) оттенка, светлоты и насыщенности, можно создать непрерывную цветовую шкалу. Тем самым предоставляются широкие возможности для построения традиционных унифицированных картографических шкал. Однако при проектировании сложных картографических изображений выбор цветовых сочетаний продолжает оставаться одной из основных проблем, способом решения которой станет создание каталогов (БД) цифровых шкал.
На различимость символов на электронных и компьютерных картах оказывают влияние так называемые графические пределы. Кодирующие устройства имеют конечное разрешение — пространственное, цветовое и временное.
Пространственное разрешение определяет место, где могут располагаться символы, и форму. Оно зависит от размера экрана или бумаги для изображения. Число положений пространственно расположенных точек ограничено из-за дискретности растра, что приводит к появлению ступенчатых линий.
Цветовое разрешение ограничено количеством имеющихся цветов (палитрой): некоторые типы графопостроителей могут давать всего 8 основных цветов и небольшое число их сочетаний, а дисплей — до миллионов цветов; их количество, диапазон яркости и контрастности зависит от числа бит цветовой памяти.
3 2 0 Глава 7. Задачи и методы геоинформационного картографирования
Временные ограничения определяются тем, ведется ли поиск данных во внешней или в основной памяти, объемом обработки данных для расчета изображения, временем записи на устройство изображения. Эти факторы могут сделать невозможными некоторые типы изображения, например, анимацию. Хорошие системы удовлетворяют жестким временным требованиями (максимум две секунды — для сложных операций, мгновенно — для остальных), которые определяются тем, как долго объект должен оставаться видимым, чтобы его можно было заметить.
Неопределенность может быть показана изменением интенсивности или насыщенности цвета по ширине линии, смешением цветов прилегающих территорий для показа переходных зон, с использованием пространственного «смешения» по-разному окрашенных элементов растра и т. п.
Компьютерные изображения дают больше возможностей для демонстрации временной зависимости. На статичных картах, показывающих один временной срез, за счет тщательного подбора символов можно одновременно отразить несколько состояний, которые указывают на количественную сторону или скорость изменений. Количественные различия объектов или явлений передаются размером значков, локализованных диаграмм, картограмм с использованием абсолютных шкал (размер пропорционален количественной характеристике) или условных шкал при произвольной зависимости. При создании шкал обычно используют значения в заданном поле атрибутивной таблицы. Шкалы бывают непрерывными или ступенчатыми. Непрерывную шкалу часто можно создать, указав минимальный и максимальный значок, граничные значения цвета, соответствующие минимальному и максимальному количественному показателю; промежуточные значения определяются программой на основе равномерности или произвольности встречаемости значений атрибутов.
На динамических картах, выводимых на экран, для меняющегося изображения реальное время сжато или масштабировано, перемещение подвижных объектов моделируют удалением их символов в одном месте и воспроизведением поблизости.
Размещение надписей. Для дифференциации и идентификации объектов, показываемых на электронных и компьютерных картах, также как и на традиционных, используют надписи. Надписи позво-
7.9. Формализация и алгоритмизация процесса картографирования |
3 2 1 |
ляют более гибко соединять описания с точечными, линейными и площадными объектами. Размещение надписей — это сложный картографический процесс. Лишь немногие картографы пытались зафиксировать его выполнение в виде набора правил, пригодных для разных случаев (наиболее известна работа Э. Имхофа (1975) [Востокова, 2002]). Оказалось, что эти правила достаточно трудно перенести на процесс автоматизированного создания карт. Особенно сложно размещать надписи на экранных изображениях, поскольку они имеют невысокое разрешение по сравнению с печатающими устройствами.
При большой плотности объектов на карте, особенно на экране, трудно добиться, чтобы надписи не сливались. Они должны быть размещены так, чтобы избежать наложения, но не нарушить возможность визуального отождествления их с соответствующими объектами. Для точечных объектов, например, считают оптимальным положение надписи — наверху справа; менее приемлемо положение внизу справа; а наихудший вариант размещения — слева от объекта. Если характер данных предопределяет форму их графического изображения, то при размещении надписи необходимо ему следовать, если нет, то предпочтение отдается горизонтально расположенным буквам, ширина которых в 2 раза меньше высоты.
Размещение надписей в полигонах приобрело в автоматизированной картографии славу трудной и спорной проблемы программирования. Надпись должна быть центрирована относительно объекта, может переориентироваться или изгибаться с тем, чтобы соответствовать ему. В некоторых случаях надпись может соединяться с объектом стрелкой. К наиболее часто применяемым алгоритмическим способам относятся представленные ниже.
1. Надпись центрируется относительно центра тяжести полигона (центроида). Однако, как уже отмечалось выше, могут возникнуть сложности: эта точка может находиться вне пределов полигона. Для того чтобы уместить внутри полигона длинную надпись, ее придется расположить в несколько строк, но при этом не будет соблюдено правило показа протяженности объекта. Поэтому длинные надписи удаляют интерактивно и заменяют цифровым обозначением, которое включают в легенду.
2.Надпись помещается в прямоугольник, целиком вписанный
вполигон, при этом программа определяет наиболее подходящие