2. Растровая модель данных.

Модель данных, именуемая растровой взамен устаревшего наименова­ния матричной модели данных, имеет аналогии в компьютерной графике, где растр - прямоугольная решетка - разбивает изображение на составные одно­родные (гомогенные) далее неделимые части, называемые пикселами (от анг­лийского pixel, сокращение от «picture element» - элемент изображения), каж­дому из которых поставлен в соответствие некоторый код, обычно иденти­фицирующий цвет в той или иной системе цветов (цветовой модели). Из множества значений логических пикселов складывается цифровое изображе­ние. Растровая модель данных в ГИС предполагает разбиение пространства (координатной плоскости) с вмещающими ее пространственными объектами на аналогичные пикселам дискретные элементы, упорядоченные в виде пря­моугольной матрицы. Для цифрового описания (позиционирования) точечно­го объекта при этом будет достаточно указать его принадлежность к тому

7

или иному элементу дискретизации, учитывая, что его положение однознач­но определено номерами столбца и строки матрицы (при необходимости ко­ординаты пиксела, либо его центроида или любого угла могут быть вычисле­ны). Пикселу присваивается цифровое значение, определяющее имя или се­мантику (атрибут) объекта. Аналогичным образом описываются линейные и полигональные объекты: каждый элемент матрицы получает значение, соот­ветствующее принадлежности или непринадлежности к нему того или иного объекта (рис. 1).

Представление исходных полигональных объектов на рис. 6 в виде рас­тра может показаться весьма грубым приближением их истинной формы. Однако, выбрав подходящий размер пиксела растровой модели, можно до­биться пространственного разрешения (точности представления объектов), удовлетворяющего целям их цифрового описания и последующей обработки, если этому не препятствуют соображения экономии машинной памяти: дву­кратное увеличение разрешения ведет к четырехкратному росту объемов

Рис. 1. Растровая модель данных. Исходные полигональные объекты (а) с атрибу­тами (классами) А, В, С, D и Е и матрица размером 7x7 растровой модели (6), каждому элементу которой присвоено значение атрибута объекта [Картография..., 1994. - С. 198].

хранимых данных и т.д. Полученная матрица образует растровый слой с од­нотипными объектами; множество разнотипных объекта образует набор сло­ев, составляющих полное цифровое описание моделируемой предметной об­ласти. С каждым семантическим значением или кодом пиксела, кроме того,

может быть связан неограниченный по длине набор (таблица) атрибутов, ка­ждый из которых можно развернуть в производный слой, соответствующий размеру исходной матрицы. Таким образом, становится не столь Обязатель­ным разделение данных на позиционную и семантическую составляющие, отпадает необходимость в особых средствах хранения и манипулирования метрикой и семантикой пространственных данных, как это принято в вектор­ных системах, существенно упрощаются аналитические операции, многие из которых (включая обработку запросов с логическими условиями) сводятся к попиксельным операциям с набором растровых слоев, которые могут быть легко «распараллелены».

В ГИС растрового типа (с возможностями поддержки растровой моде­ли данных) достаточно просто могут быть реализованы функции их обработ­ки, включая пространственный анализ. Зачастую они содержат также аппа­рат, получивший название «картографической алгебры» (неудачный дослов­ный перевод с английского «тар algebra»), аналогичный по языковым средст­вам матричным операциям в некоторых языках программирования. Под­держка растровой модели данных - хорошая предпосылка (и условие) инте­грации программных продуктов ГИС со средствами цифровой обработки данных дистанционного зондирования и обработки изображений в целом.

Простота машинной реализации операций с растровыми данными на­ходится в противоречии с другой главной их особенностью - значительными затратами машинной памяти, требуемой для их хранения (в сравнении с объ­емами данных в описываемых ниже векторных моделях). Существуют спо­собы сжатия (компрессии, упаковки) растровых данных. Простейший и дос­таточно популярный из них - групповое кодирование. Групповой код преоб­разует исходный растровый слой в ряд пар целых (обычно двухбайтовых) чисел, нечетные позиции которого отводятся для указания числа повторяю­щихся пикселов (групп) со значениями, занимающими четные позиции ряда, образуя счетчик и значение группы соответственно. Порядок просмотра ис­ходной матрицы конвенциализируется, и в случае движения компрессора

слева направо и сверху вниз (в лексикографическом порядке) матрица на рис. 6 будет свернута в одномерный массив вида:

4С ID 2С IB 2Е 3D 1С IB IE 1С 3D 4С 3D IB ЗС ЗА IB ЗС 1А ЗВ

4D 1А2В. Новая пара чисел (пакет) генерируется тогда, когда изменяется группа

или когда количество ее элементов превысит допустимое двухбайтовое зна­чение счетчика.

Степень сжатия данных, в нашем примере составляющая всего около 2 %, в общем случае будет зависеть от пространственной структуры исходного растрового слоя, составляя многие порядки, а при определенных условиях приближаясь по компактности к векторным представлениям и форматам (ко­торые сами по себе обычно настолько компактны, что не нуждаются в сжа­тии). Существуют различные модификации группового кода, широко исполь­зуемого также для сжатия цифровых изображений.