3.4. Технологии ввода графической информации

дешевые получаются с цветных устройств струйного типа, которые манипулируют струйками чернил трех или четырех основных цветов. Существенно больший диапазон цветов может быть получен при использовании специальной техники смешения разноцветных чернил.

3.4. Технологии ввода графической информации

Цифрование с использованием дигитайзера. Карта или другой источник информации закрепляется на графическом планшете, для каждого листа карты цифруются три контрольные точки (или больше): узлы координатной сетки, пересечения дорог, главные вершины, точки побережья. Для этих точек должны быть известны координаты в той системе, которая будет применяться в итоговой базе данных, например, широта и долгота, плоские прямоугольные координаты отдельных объектов. Контрольные точки используют для расчета параметров математических преобразований по переводу всех измеренных координат в систему координат ГИС. Чем больше достоверно определенных контрольных точек, тем лучше.

Выбранные при цифровании точки, линии и замкнутые контуры представляются в векторном формате в виде последовательности пар координат (X, У). Цифровать содержание карты можно двумя способами:

•при точечном цифровании, которое используется чаще, точки на вводимых объектах фиксирует оператор;

•при цифровании потоком точки фиксируются автоматически через заранее установленные интервалы времени (обычно 10 с) или при продвижении курсора на заданное расстояние.

При точечном цифровании оператор выбирает точки субъективно; способ трудоемок и связан с появлением ошибок со стороны оператора. При цифровании потоком возникает необходимость хранения больших массивов, возможно лишних, координат; в то же время могут быть пропущены значимые точки. Такими способами цифрования создается векторная нетопологическая модель данных (модель «спагетти»).

Трудности цифрования карт обусловлены тем, что большинство из них создавалось отнюдь не для целей цифрования, а для представ-

ления реальности, рассчитанного на визуальное восприятие. Поэтому оператору необходимы картографические знания о графической точности карт, о шкалах измерений, используемых при картографировании разных объектов. Например, форма и размер значков разных объектов на карте не всегда прямо пропорциональны их параметрам; указание точки привязки символов к координатам затруднительно — оно менее точно, чем точность устройства цифрования. Есть и технические трудности: бумажные карты неустойчивы; каждый раз после того, как снятая карта возвращается на графический планшет приходится заново вводить контрольные точки; если за это время карта неправильно хранилась, например, складывалась, положение заново введенных точек будет отличаться от первоначального Отдельно нужно рассматривать возможности цифрования карт, представленных на жестких основах (металл, пластик), поскольку через них может не проходить сигнал от курсора к планшету

Цифрование с использованием сканера. Основные требования

ксканированию: документы должны быть чистыми (никаких пятен

ипометок), а толщина линий составлять, по меньшей мере, 0,1 мм.

Сложный рисунок линий, наличие текста и специальных обозначений (условных знаков) затрудняют автоматическое распознавание объектов на отсканированной карте и, как правило, требуют многс усилий по ее ручному редактированию.

Однако при высоком качестве исходных документов или при специальной подготовке материалов (например, подготовка кальки с карты, содержащей только нужные линии или контуры) сканирование представляет собой эффективный и сберегающий многс времени способ ввода данных.

Выбор параметров цифрования необходимо согласовать с разрешением и масштабом сканируемых снимков или карт. Неправильный выбор разрешения при сканировании, например, космических снимков, может привести к потере информации. С другой стороны уменьшение размера пиксела (увеличение разрешения при сканировании) не всегда повышает точность и информативность данных зачастую только значительно увеличивая объемы хранимой информации. Знание этих параметров особенно важно при использование растровых цифровых карт, поскольку большинство операций с ним)1 в ГИС осуществляется с точностью до пиксела. Например, при сканировании карты масштаба 1:200 ООО, предельная точность масштаба

(предельная графическая точность) которой определяется линией в 0,1 мм (20 м на местности), с разрешением 600 dpi (размер пиксела 0,042 мм) получим линию толщиной в 3-4 пиксела, а на местности такой пиксел будет соответствовать 8,4 м. В таблице 3.1 приведены соотношения параметров цифрования и масштабов топографических карт, которые могут быть вычислены для других соотношений по формуле Рм = (M/dpi)/39,37.

Таблица 3.1. Соотношение параметров цифрования и масштабов карт

Развитие соответствующего программного обеспечения способствовало преимущественному использованию способа ручного, или интерактивного, векторного цифрования по изображению на экране — цифрования по растровой подложке. Отсканированное изображение выводят на экран дисплея, а оператор так же, как и при ручном цифровании, обводит каждый объект курсором мыши. Если этот процесс реализуется в специальных программах-векто- ризаторах (например, Easy Trace, Vectory и др.), то он может быть автоматическим, когда оператору нужно либо указать начальную точку и направление просмотра, либо следовать инструкциям меню, а задача программы — отследить всю линию. Интерфейс программвекторизаторов постоянно совершенствуется в сторону повышения степени автоматизации создания векторного изображения, но тем не менее при сложном рисунке исходного изображения, как правило, возникают ошибки, требующие редактирования полученного изображения.

Главным критерием выбора формы ввода данных является тип источника данных: для снимков предпочтительнее сканирование, карты можно цифровать или сканировать. Другой критерий связан с типом модели используемой базы данных: сканирование лучше подходит для растровой модели, цифрование — для векторной.

Выбор формы ввода данных связан также с плотностью данных, так как густая сеть линий затрудняет цифрование. В общем случае при выборе формы и технологии ввода данных приходится учитывать многие факторы, зависящие от конкретных условий и субъективных предпочтений.

3.5. Преобразования форматов данных

Ограничения, накладываемые различными способами и, соответственно, форматами данных, можно снизить за счет использования программных процедур их взаимного преобразования (конвертирования).

Векторное представление точек, линий или контуров как совокупности пар координат точек преобразуется в растровый формат с применением операции векторно-растрового преобразования, или растеризации. Некоторые данные удобнее и легче вводить в

векторной форме, а затем преобразовывать в растровую. Оцифрованная граница области в векторной форме фиксирует положение точек линии контура, исходя из предположения, что эти точки соединены отрезками прямых линий. В результате создается файл пар координат (X, У). В программе векторно-растрового преобразования, обрабатывающей такой файл, должен быть определен размер ячейки растра — сетки, как бы накладываемой на векторное изображение (шаг растеризации). Программа определяет минимальные и максимальные значения координат, а затем положение каждой ячейки, приписывая им значения в зависимости от того, куда попадает ячейка (рис. 3.2).

При растеризации точек каждой ячейке присваивается значение, соответствующее атрибуту (или коду) точки, которая в ней оказалась. Ячейкам, не содержащим точек, присваивается значение 0 или 255, соответствующее черному или белому фону (в некоторых пакетах программ вводят специальный индекс «нет данных»). Если в ячейке оказалось несколько точек, ей присваивается значение первой точки, встретившейся при обработке. Использование меньшего размера

ячейки способствует уменьшению числа таких случаев, но увеличивает объем растровой информации. При растеризации линий ячейке присваивается значение, соответствующее пересекающей ее линии, а в случае полигонов каждой ячейке присваивается атрибут того полигона, в который попадает ее центр.

г д е

Рис. 3.2. Растеризация линейных (а, б, в) и полигональных (г, д,е) объектов (по [Jones, 1997])

Растрово-векторное преобразование, или векторизацию, чаще всего применяют, чтобы «извлечь» объекты со сканированного изображения, но используют также при преобразовании поверхностей, построенных в результате моделирования (см. раздел 5.2) в векторные слои БД. При векторизации непрерывные группы ячеек с одинаковым значением объединяются, формируя полигоны. В растровом представлении изображению дороги, например, будут соответствовать значения в каждой строке растра, которые она пересекает. Если размер пиксела составляет 25 мкм (0,025 мм), то линии толщиной 0,5 мм будет соответствовать полоса в 20 элементов растра. Векторный вариант линии должен представлять собой ряд точек, соединенных отрезками прямых, изображающих дорогу как объект, а не как набор смежных элементов растра. Основные операции при векторизации — отслеживание линий и их утоньшение, которые

114 Глава 3. Техническое и программное обеспечение ГИС

выполняют путем обследования окрестности каждого пиксела. Границы полигонов проводят по границам ячеек растра, для линий и точек указывают центры ячеек. Из ячеек, помеченных индексом «нет данных», векторные объекты не создают.

Для успешной векторизации сканированных изображений необходимо, чтобы линия была отчетлива, на документе не должно быть беспорядочно расположенных надписей, пятен, пыли и т. п. Облегчению векторизации способствует предварительная подготовка документа для сканирования, например, использование специальных цветных чернил для определенных объектов.

Сканирование требует меньших затрат труда, но необходимость последующей векторизации увеличивает расходы практически до уровня ручного цифрования.

З.б. Графическая визуализация информации

Существует несколько типов вывода географических данных: текстовый — таблицы, списки, цифровой или текстовый ответ на запрос; графический — карты, изображения на экране, графики, перспективные изображения; цифровые данные — на диске, ленте или передаваемые по сети; другие, пока еще непривычные — мультимедийные — компьютерный звук, трехмерные изображения.

Для пользователей ГИС графический вывод данных имеет большее значение, поскольку позволяет визуализировать результаты анализа и моделирования данных.

Одним из основных графических результатов функционирования ГИС являются карты, предназначенные для их традиционного использования в бумажной или в электронной форме. С точки зрения ГИС-технологий картографической визуализации пространственных данных их графические представления подразделяют на

электронные и компьютерные карты.

Электронные карты отображаются на экране монитора. С такими картами пользователь ГИС чаще имеет дело, но предназначены они для использования в компьютерной среде. Электронные карты легко могут модифицироваться, совмещаться с другими слоями пространственных данных, могут быть переданы для использования в другой БД или ГИС. В виде изображения они существуют временно, но могут быть сохранены в БД или на магнитном носителе.