电子地图论文:当代电子地图质量及实践综述

时间:2022-09-25 11:12:19

电子地图论文:当代电子地图质量及实践综述

作者:谢超 张振辉 单位:军事经济学院

清晰美观的显示效果对于美观清晰的地图显示而言,一方面要求地图符号和图例制作精美以及绘制的准确性,再就是动态注记,另一方面要求地图能够内容分层显示和动态载负量调整。对地图符号及图例可以采用图像、矢量符号来显示,图像符号可利用多媒体技术和图形图像技术制作成立体符号和阴影符号、动画符号等,使符号具有立体感、层次感、更加突出醒目,同时也增加了地图符号的种类,丰 富 地 图 的 符 号 库,矢 量 符 号 可 以 采 用GDI+技术来进行编程绘制,使符号更加光滑和美观[9],这些都有利于提高地图技术美,增强地图的艺术性,提高地图的审美价值。符号绘制的准确性主要解决要素图形关系处理问题,其目的是处理好图面的一致性和可辨别性关系,信息表达和地图感受之间的关系,着重从三个方面处理:①优先级处理:地图上各地理要素从其表现形式看有一定的优先级次序,优先级高的压盖优先级低的。屏幕显示输出优先级的确定可依以下原则进行:优先级低的面状要素先显示,线状要素次之,点状要素最后显示;对同一要素层处理时,根据目标的分类分级确定显示级别,低级别的先显示,高级别的后显示。如变通层处理时,显示的顺序为小路、大车路、普通公路、高速公路,最后是铁路;根据不同地理要素的重要程度分为不同的要素层,次要的层先显示,重要的层后显示;②目标间关系处理:包括面与面目标,线与面目标,点与面目标,线与线目标,点与线目标之间的关系处理。电子地图对于目标间的关系处理可以利用各要素图形间的压盖关系加上一些算法,就能达到理想的效果;③要素特征转换:由于地图显示在屏幕上的比例尺是可变的,所以必须进行地理要素图形的几何特征转换。当显示比例缩小时,原来的线状要素(如半依比倒尺桥梁),按实际尺寸已经无法显示,必须改用点状符号,原来的面状要素(如居民地),也要变成圈形符号表示。另外美观的地图显示还要以地图的视觉效果为显示依据。在许多电子地图中,注记通常放置在固定位置上。然而,这种注记方式常常带来很多不便:有时为了能清楚地浏览地图,经常需要在有限的屏幕内放大或者漫游地图,有一部分与屏幕边界相交的要素的注记常常被屏幕切割,部分或全部落在屏幕外,严重地影响了地理要素的表达,甚至引起表达的错误。高积粮、杨崇俊等人从点、线、面三类要素着手,提出适合屏幕浏览的自适应注记,很好的解决了以上问题,达到良好的地图表达效果[10]。另外电子地图注记的字体、颜色的使用要尊重习惯。如水系注记采用蓝色左斜宋,便于用户更快速准确地获取信息。保持注记字大的稳定性,电子地图在一定的范围内具有无级放大的功能,但注记的字大不应随视图比例尺的增大而增大等等。本系统实现了动态标注,并对诸如线路转弯、畸形区域等特殊情况做了一定的处理。当然动态标注问题中还有许多没有解决的问题,需要我们进一步研究。电子地图要求信息丰富,满足不同类型和层次用户的需求。由于计算机的屏幕显示区有限,如果不进行内容分层显示和动态载负量调整,用户很难快速、直观地获得有用的信息。在电子地图的显示设计中,应针对用户的需求和图形信息的层次,设计地图要素显示的分层方案和动态载负量调整的参数。地图要素的分层显示方案设计取决于地图的数据情况和电子地图的目的和功能。本系统中根据图层组织地图要素数据,可让用户根据自己的需要自主选择要显示的信息图层,而用户不感兴趣的图层处于关闭状态。这样的设计一方面增强了用户的可控制性,方便了用户对电子地图的阅读和使用,另一方面减少了显示图形的数据量,加快了计算机的操作响应速度。实现动态载负量调整的核心问题是建立数据的多层存储结构。本系统首先划分了地图视图比例尺的级数,在建立地图数据库时采用增加地图要素综合属性,给每一个要素与绘图符号类型增加显示控制参数并与视图比例尺的级数对应。在对地图进行缩放操作时,系统自动计算地图的视图比例尺,根据比例尺所在的级,提取要显示的地图要素并进行显示。

快速的地图显示在地图浏览查询过程中,由于要不断地查看新的地图或新的地图区域,这时显示漫游查询速度比较慢,很难达到人眼运动和视觉变化的要求,因此要求在保证一定美观的前提下,地图的显示速度要尽可能的快。为了达到快速显示,可以从如下几个方面节省时间。完善数据组织结构本系统的设计过程中,采用了面向对象的设计思想。①根据二维地图的矢量元素类型(点、多点、折线、多段折线、区域和多区域)并结合每种类型矢量元素的相关操作建立起与矢量元素类型相对应的对象;②将具有相同性质的对象(道路,水域,建筑物等)进行再次归类,由层对象对相同性质的矢量元素对象集合进行管理;③在层对象的基础上,又建立了一个地图对象对层对象进行管理;④建立了一个具有多叉树结构特征的对象集合。该对象集合为电子地图系统的上层模块提供了一个方便管理、查找和操作的基础,为后续的地图快速显示功能的实现创造了有利条件。改善符号库的数据存储结构绘制符号往往占用了地图显示的很多时间,符号库的存储、管理机制影响符号调用的效率,符号库的数据结构影响符号绘制的复杂程度。本系统中符号库采用的是索引与数据存放于同一文件中的数据库结构,便于符号搜索和符号库的分发。在数据组织上,本系统采用参数化数据结构存储符号及图元,存储图形的几何参数如图形的编码、外接矩形、画笔的颜色、填充颜色、线宽、线长、线的标示符等,其余数据都由程序在绘制符号时按相应的算法计算出来。采用参数化数据结构进行组织,占用的存储空间小,符号化地图时搜索符号快,因而符号显示的速度也快,且绘制精度高,无级放大时,符号不变形。实时的数据压缩地图图形放大时,显示的要素数量相对较少,速度将很快;而缩小时,不但要素数量增多,随之而来的是几何点的相对集中,造成严重的重复计算和绘制,所以实时的数据压缩相对也能提高显示速度。本系统中数据压缩采用“道格拉斯一普克(Douglas-Poik-er)”算法,这种算法对矢量数据进行抽稀,既可以保持矢量线条的形状特性,又可以根据实际制图需求确定抽稀容差,从而在保证拟合精度的同时最大限度的压缩数据,大大减少图形缩小时计算和绘制的时间。LOD的使用[11]、改善图形显示的效率、减少需要显示和操作的冗余数据、空间索引的应用都对地图的快速显示起着一定的作用地图空间索引的使用无疑是提高地图显示速度最为重要的方法。建立空间索引是按特定条件对空间目标进行筛选,将无关目标排除,是从根本上提高空间操作效率和速度的方法。它不仅提高了空间数据处理的有效性,而且提高了空间数据读取的有效性。实时的地图显示在实际应用中,由于地图的元素数量较大,用户可能频繁地对地图进行移动,缩放和旋转操作,如果每进行一次操作,都将屏幕擦除,然后再对所有元素进行重画,其代价较大,从而有可能达不到实时显示的要求,并且简单的重画还会导致画面的闪烁,影响界面的友好性。本系统中主要采取了以下三种优化方案:①在重画过程中,首先判断元素是否在屏幕的显示范围内,若是,则重画该元素,否则忽略;②在内存中建立虚拟屏幕缓存区,该虚拟屏幕的区域大于屏幕显示区域,事先在虚拟屏幕上“画”好用户可能用到的显示数据,当用户新的操作完成后,系统直接将缓存中相应部分的数据“整体”拷贝至显存,以提高显示速度;③采用多线程技术,即让辅助线程完成数据的准备工作。辅助线程主要有两类:其一,为显示线程准备即将可能用到的显示数据;其二,当坐标转换参数发生变化时,事先调度坐标转换模块为显示线程完成下一阶段显示的坐标转换工作[12]。

从大规模的制图生产到按需制作地图、由完全地图标准到近似的类地图表达、以及地图系统以开发者为中心到以用户为中心设计。总之地图在出现个性化和机动性的今天,电子地图可视化质量的研究更显得迫切和重要,地图工作者应该在总结实践经验基础上,在当前空间信息技术发展和应用支撑下,开展电子地图的可视化质量探讨,建立电子地图质量评价标准,提高电子地图的可视化质量,为电子地图的广泛推广和应用奠定基础。

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