第七讲 地图符号及视觉变量ppt课件
5.1地图符号(1)
5.1地图符号（1）幻灯片2地图符号（1）●本讲主要内容：●一、地图符号的实质及发展状况●二、地图符号的分类●三、符号的视觉变量幻灯片3一、地图符号的实质及发展状况1、地图符号的本质地图符号本身是一种物质的对象（图形），它用来代指抽象的概念，并且这种代指是以约定关系为基础的。
2、发展状况原始地图：制图物体形象画；现代地图：制图物体抽象符号地图符号幻灯片4二、地图符号的分类1、按符号表现的制图对象的几何特征分类（1）点状符号地图所代指的概念可以认为是位于空间的点特点：①符号大小与比例无关②定位特征幻灯片5单个几何图形水准点下部为几何图形塔行建筑物宽底图形宝塔底部为直角形底部为开口窑路标亭山洞独立树加油站孤峰碑变电所无线电杆三角点水力发电站幻灯片6幻灯片7（2）线状符号地图符号所代指的概念可认为是位于空间的线 ①符号长度与比例尺发生关系特点：②定位：精确和概略 （3）面状符号地图符号所代指的概念可以认为是位于空间的面①符号的范围与比例发生关系特点：②定位：确切和概略定位幻灯片8幻灯片92、按符号与地图比例尺的关系分依比例符号：面状要素不依比例符号：点状要素半依比例符号：线状要素幻灯片10半比例符号幻灯片11幻灯片123、按符号表示的地理尺度分定性符号质量特征定量符号数量特征等级符号大、中、小顺序幻灯片134、按符号的形状特征分（1）几何符号用基本几何图形构成的较为简单的记号性符号- 象形符号：（形象符号）- 透视符号：（2）艺术符号幻灯片14幻灯片15色域符号（3）面状符号（4）图表符号主要是指反映对象数量概念的定量符号（5）文字符号幻灯片16三、符号的视觉变量年份国别人物概念组成1967 法国贝尔廷图形实验室视觉变量形状、尺寸、方向、亮度、色彩和密度1974 美国莫里逊视觉变量形状、尺寸、色相、亮度、饱和度以及图案的方向、排列和纹理1976 苏联萨里谢夫绘图方法形状、尺寸、颜色、方向、亮度、结构1977 英国鲍德制图字母形状、尺寸、图案（方向、排列）、纹理、色彩（色相、饱和度、亮度）1982 英国基茨图形变量形状、尺度（维）、亮度和联合使用1984 美国罗宾逊基本图形要素色相、亮度、尺寸、形状、密度、方向、位置1995 美国罗宾逊视觉变量基本：形状、尺寸、方向、色相、亮度、彩度从属：网纹的排列、网纹的纹理、网纹的方向地图上能引起视觉差别的基本图形、色彩因素称为视觉变量，也叫图形变量。
地图符号化
4.颜色变量
色相 亮度 彩度
5.网纹变量
排列 尺寸 样式
方式 顺序 方向 间隔
1、形状变量
指符号图形本身的轮廓形状，是视觉上能区别开来 的几何图形的单体，用于反映制图要素的质量差异 。
线状要素、面状要素的形状取决于地理要素本身的 空间分布特征 地图设计中的形状设计主要是点状符号的形状设计
2 3 4 5
定名量表
对空间信息的处理只使用定性关系，一般不使 用定量关系的量表
按某种区分标志把事物现象构成的数组进行 排序，区分为一种相对等级的方法
顺序量表
间距量表 比率量表
利用某种统计单位对顺序量表的排序增加 距离信息(加减) 以制图数据的起始点为基础，按某种比率 进行排序，且呈比率变化(乘除)
紫色 蓝色 绿色 420nm 470 510 黄色 橙色 580 620 红色 700nm
色相常用来区分要素不同的定性特征
②亮度
又称明度或光度，指色彩本身的明暗程度，亦指 某色反射光的强度，常用明暗，强弱表示。 不同色相亮度不一:白-黄-橙-绿-青（红）-紫-黑
同一色相，光照强度不同，亮度亦不同。 应用：通常与彩度结合使用
② HSB模型
③ CMYK模型
3、色谱和色库 色谱:是根据彩色图像复制和色度学理
论，以标准化为目标，以黄、品红、
青、黑四色为基础，把不同比例的网 点颜色相互交叉叠印，并按一定规律 排列，得到许多标准色块即为色谱
色库:在电子出版系统中，常配备能产生数十万种有
效彩色的数据库——色库。
三、 色彩的命名
第五章 地图符号化
——地图语言
第一节 地图符号——地图的语言
地图数据符号化PPT40页
5.3.2 调整数据分级方案
Layer Properties对话框中的分级方案是按照系统中 的Natural Breaks分级方法获得的，就是依据POP1990与 AREA所计算的人口密度数据本身的分布规律，在分级数确 定的情况下，通过聚类分析将相似性最大的数据分布在同一 级，而差异性最大的数据分在不同级。该分级方法所得到的 分级方案可以较好地保持数据的统计特征，当分级界限往往 是一些任意数，不符合常规制图的需要。
5.9 设置分类栅格符号
专题栅格数据（Thematic Rasters）是栅格数据中的 重要数据类型，如栅格数据类型的制备覆盖图。分类栅格符 号表示方法是表达专题栅格数据的一种常用方法，用不同的 颜色表示不同的专题类别，类似于分类色彩符号表示法。
5.10 设置分级栅格符号
分类栅格符号表示方法主要是用于表示栅格数据类 型的分布图，而分级栅格符号表示方法主要是用于表示栅格 数据类型的分级图。诸如地势图、植被指数图、地下水位图 等。
5.7.1 设置一
在ArcMap中，用户对统计符号设置的具体操作步骤 如下。
图 Chart Symbol Editor对话框
5.7.2 设置二
符号表示的ArcMap窗口
5.8 设置组合符号
实际应用中，几乎每个地图要素都会包含若干项相 关的属性，如城镇数据层中既有反映城镇规模的城镇人口， 还有城镇国民经济生产总值等。如果要在反映城镇人口规模 的同时，还需要反映城镇的行政等级，就可以选择组合符号 表示方法，通过符号的大小表示人口规模，同时利用符号颜 色表示行政等级。符号组合表示法其实就是利用不同的符号 表示方法表示同一地图要素的不同属性信息。
5.4 设置分级符号
类似于分级色彩设置方法，设置分级符号是将要素 属性数值按照一定的分级方法分成若干级别，然后用不同的 符号表示不同的级别。符号的形状往往是根据制图要素的特 征来确定的，而符号的大小取决于分级数值的大小或是级别 的高低。分级符号表示方法一般用于表示点状和线状要素， 诸如城镇人口分级图、商业销售分级图以及道路等级图分布 图等。
第四章 地图符号
提高符号清晰性的方法
适应性
各种不同的地图类型和不同的读者对象对符号形式的要求不同。
生产可行性
包括符号的尺寸、精细程度、符号用色是否可行及经费成本。
可辨尺寸
距离 250 500 1000 0.17 0.30 0.70 0.05 0.13 0.20 0.10 0.20 0.40 0.12 0.15 0.50 1.75 2.50 3.50
－－ 间接信息法
符号库的应用
地图符号库，常来源于系统供应商和用户自定义。主要有 点符号库、线符号库和面符号库，作用是为用户提供原始 符号素材。目前大多数的地图制作软件考虑到软件的应用 范围和使用的方便，常带有符号库。
§4.5.2 地图色彩(map color)
1. 色彩三要素(Three color elements) 色相（Chromaticity) (色别、色种)
§4.5 地图符号图形与色彩(Map symbol graphics and color)
§4.5.1 地图符号图形(Map symbol graphics) 1.设计要求(Design principle of map symbol) 图案化 象征性 清晰性 系统性
指符号群体内部的相互关系 ，主要是逻辑关系。 所谓“图案化”就是抓住物体的基本特征 并加以扩张，用较规则的图案表示出来。
纯度(Colorsaturation)(饱和度、鲜艳度)
指颜色接近标准色的纯净程度。七种标准色是最为纯 正和鲜艳的。某色相越接近同色相的光谱色，其饱和 度越高。纯度又包含了一种色相与其它色相混合，某 色所占比例大小的意义。混合其它色越少，其纯度越 高；反之，纯度越低。
2. 色彩的表示(color showing)
第七章地形图的基本知识ppt课件
2.山脊和山谷： 1）山脊：是沿着一个方向延伸的高地。山脊的最高棱线称为山脊线（分水线）。 2）山谷：是沿着一个方向延伸的洼地。贯穿山谷最低点的连线称为山谷线（集水线）。 详见下图。
3.鞍部：相邻两山头之间呈马鞍形的底凹部位。鞍部（S点处）往往是山区道路通过的地方，也是两个山脊与两个山谷会合的地方。
其长度可按比例尺缩绘，而宽度无法按比例尺表示的符号称为半比例符号。 四、地物注记 用文字、数字或特有符号对地物加以说明者，称为地物注记。 1.文字注记： 2.数字注记： 3.特定符号：
7—5 地貌符号——等高线(contour)
一、等高线的概念 地面上高程相等的相邻点所连接而成的闭合曲线。
7—1 地形图的比例尺
1.比例尺的定义： 地形图上任意一线段的长度与地面上相应线段的实际水平长度之比，称为地形图的比例尺。
2．比例尺(scale)的表示方法：
（1）数字比例尺 用1/M表示。如1500，1 1000，1 5000，······ M为比例尺分母。M越大，比例尺越小。 （2）图示比例尺 可消除图纸伸缩的影响。
4.陡崖和悬崖： 1）陡崖：坡度在70°以上的陡峭崖壁。有石质和土质之分。 2）悬崖：上部突出，下部 凹进的陡崖。
四、等高线的分类：
基本等高线——首曲线(intermediate contour) （0.15㎜）； 加粗等高线——计曲线(index contour) （ 0.25㎜）； 半距等高线——间曲线(half-interval (contour)用长虚线表示； 1/4等高线——助曲线(extra contour) 用短 虚线表示。
等高线平距—— 相邻等高线之间的水平距离d。
二、等高距(contour interval)和等高线平距（地面坡度）
流场动态地图符号视觉变量分析与应用
第４３卷第３期２０２０年３月测绘与空间地理信息ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ.４３ꎬＮｏ.３Ｍａｒ.ꎬ２０２０收稿日期:２０１９－０３－０４基金项目:国家自然科学基金资助项目(４１５７１４３８)ꎻ国家重点研发计划资助项目(２０１６ＹＦＣ０８０３１０６)资助作者简介:林淑娟(１９９６－)ꎬ女ꎬ福建莆田人ꎬ地图学与地理信息系统专业硕士研究生ꎬ主要研究方向为地理数据空间分析与专题地图制图ꎮ通讯作者:杜清运(１９６５－)ꎬ男ꎬ湖北宜都人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ２００１年毕业于武汉大学地图制图学与地理信息系统专业ꎬ主要从事数字制图和地理信息系统方面的教学科研工作ꎮ流场动态地图符号视觉变量分析与应用林淑娟１ꎬ李维庆２ꎬ杜清运１ꎬ范甲昊１ꎬ黎思佳１(１武汉大学资源与环境科学学院ꎬ湖北武汉４３００７９ꎻ２四川省第二测绘地理信息工程院ꎬ四川成都６１０１００)摘要:随着大数据的发展以及数据观测技术的进步ꎬ以动态地图和动态符号的方式进行流场可视化表达具有广泛的应用前景ꎮ针对目前流场动态地图符号表达机制研究不足的问题ꎬ本文采用粒子系统方法构建了流场动态地图符号表达模型ꎬ基于流场的特点ꎬ研究了视觉变量的选取对于流场动态表达效果的影响ꎮ然后ꎬ以海洋流场数据的可视化实现为例进行验证ꎬ结果表明可视化效果良好ꎬ可以为矢量场动态符号的应用提供参考ꎮ关键词:流场ꎻ动态符号ꎻ视觉变量ꎻ粒子系统中图分类号:Ｐ２８３.５㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７２－５８６７(２０２０)０３－００４４－０５ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶｉｓｕａｌＶａｒｉａｂｌｅｓｏｆＦｌｏｗＦｉｅｌｄＤｙｎａｍｉｃＭａｐＳｙｍｂｏｌｓＬＩＮＳｈｕｊｕａｎ１ꎬＬＩＷｅｉｑｉｎｇ１ꎬＤＵＱｉｎｇｙｕｎ１ꎬＦＡＮＪｉａｈａｏ１ꎬＬＩＳｉｊｉａ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＷｕｈａｎ４３００７９ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＳｕｒｖｅｙｉｎｇꎬＭａｐｐｉｎｇａｎｄＧｅｏ－ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｉｃｈｕａｎＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１０１００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｉｇｄａｔａａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｄａｔａｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆｄｙｎａｍｉｃｍａｐｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｙｍｂｏｌｓｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ.Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｅｘｐｒｅｓ￣ｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｙｎａｍｉｃｍａｐｓｙｍｂｏｌｓꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍｍｅｔｈｏｄａｓｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｙｎａｍｉｃｍａｐｓｙｍｂｏｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕ￣ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｖｉｓｕａｌｖａｒｉａｂｌｅｓｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄ.Ｔｈｅｎꎬｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄａｔａｉｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔꎬｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｖｅｃｔｏｒｆｉｅｌｄｄｙｎａｍｉｃｓｙｍ￣ｂｏｌｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓꎻｄｙｎａｍｉｃｓｙｍｂｏｌｓꎻｖｉｓｕａｌｖａｒｉａｂｌｅｓꎻｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ０㊀引㊀言在时空数据可视化表达中ꎬ对于连续且布满整个区域的现象通常是以场的概念进行描述和组织ꎮ流场是应用最为广泛的矢量场之一ꎬ学者们对于如何进行流场可视化进行了研究与总结[１－２]ꎬ从本质上说ꎬ流场可以被认为是一种时空运动过程ꎬ其时间和空间上的内在连续性决定了流场中的流速㊁方向等属性信息会随着时间和空间的不同而发生变化ꎮ动态地图与动态符号为处于运动状态的地理现象提供了传递空间信息和规律的绝佳载体ꎬ能够更直观地表达出流场中的变化状态ꎮ因此ꎬ研究流场中动态地图符号的表达机制ꎬ探讨不同视觉变量在流场中的应用规则和应用效果ꎬ是呈现出数据中蕴含的动态性及时序特征ꎬ实现可视化效果优化的有效途径ꎮ目前ꎬ关于流场可视化领域的研究ꎬ学者们提出了直接法㊁几何法㊁纹理法和粒子系统法[３－４]等多种可视化方法ꎬ但多聚焦于算法的优化和完善ꎬ在制图表达方面的研究较少ꎮ在动态地图符号设计和研究领域ꎬ艾廷华[５]对传统的静态视觉变量体系进行了拓展ꎬ加入了发生时长㊁变化速率㊁变化次序以及节奏４个动态视觉参量ꎬ并提出了动态地图的概念ꎬ指出动态地图在过程再现㊁实时跟踪和运动模拟３个方面的功能应用ꎻ王颖[６]基于对动态地理现象特征的分类ꎬ提出了点㊁线㊁面三类动态地图符号的设计规则ꎻ冯文君[７]总结了流场可视化中符号的视觉变量体系ꎬ但未明确具体的应用方式ꎮ总体来说ꎬ关于动态地图符号的研究集中于从整体上对动态现象进行抽象建模ꎬ然后按照符号的几何特征ꎬ分别从点状㊁线状和面状三类要素符号的角度对动态符号的设计进行分析ꎬ而对于流场等专题应用领域中动态地图符号的表达尚没有深入研究ꎮ为此ꎬ本文研究分析了流场的特点ꎬ在此基础上ꎬ基于粒子系统方法分析了动态符号的视觉变量选取对于流场特征表达的影响ꎬ建立了一套适用于流场的动态符号表达规则ꎬ并以海洋流场可视化的实现为例ꎬ将影响可视化效果的视觉变量抽象为一些参数ꎬ允许用户直接对参数值进行调整ꎬ验证本文所述的同时增强了用户的交互性ꎬ有利于用户获取信息的最大化ꎬ为流场可视化以及场动态符号的研究提供了参考ꎮ１㊀流场的特点流场的应用领域广泛ꎬ不同的学科中对于流场有不同的定义ꎬ本文主要研究含有地理信息的流场数据的可视化表达ꎬ如海洋流场㊁气象流场等ꎮ在此ꎬ首先对流场的特点进行分析ꎮ流场是一个与空间和时间都密切相关的矢量场ꎬ可视化的重点在于其空间分布㊁属性特征以及时空变化规律的表达ꎮ运动流体是流场的主体ꎬ它是一个连续的整体ꎬ在空间中布满整个区域ꎬ由于相互作用以及其他因素的影响ꎬ在流场中会形成不同的特征区域ꎬ如涡旋等ꎬ这些特征区域往往是人们研究和关注的重点ꎮ流场的属性特征侧重于其运动状态的表达ꎬ包括对运动过程的模拟ꎬ反映流速的数量特征㊁空间分布情况以及流向信息等ꎮ时空变化规律则蕴含在流速㊁流向等属性信息的变化之中ꎬ对于时空规律的探究需要通过时序数据的动态调度实现动态表达ꎮ此外ꎬ流场的可视化具有多尺度表达的需求ꎬ以海洋洋流为例ꎬ既要研究全球尺度下的洋流运动情况ꎬ也需要探究中小尺度时的涡流㊁海岸流等ꎬ因此ꎬ可视化时还需考虑表达的尺度ꎬ根据尺度调整符号参数ꎮ２㊀粒子系统方法动态的流场可视化方式更符合人们的直观感受[８－９]ꎮＲｅｅｖｅｓＷ.Ｔ[１０]提出的粒子系统方法能够较好地表现出流场的动态性和真实性ꎬ并且该方法可以人为地修改粒子的属性ꎬ易于进行交互式探索ꎬ因此ꎬ本文基于粒子系统的方法研究流场中动态符号的表达规则ꎮ粒子系统由大量具有一定生命周期的粒子组成ꎬ粒子被定义为具有空间位置㊁速度㊁形状等特征的单元体ꎬ这些属性会随着时间发生变化ꎬ从而反映出物体总体形状和特征的动态变化ꎮ系统内的粒子会经历产生㊁运动和消亡３个阶段ꎬ当一部分粒子消亡后ꎬ便会有新的粒子产生并进入系统ꎮ１)粒子初始化在初始化阶段ꎬ首先确定初始粒子的位置㊁数量和分布密度ꎮ粒子的初始位置利用随机数生成器生成ꎬ以随机的方式使初始粒子点均匀地散布在整个屏幕空间中[１１]ꎮ粒子数量与屏幕的分辨率有关ꎬ同时应当随着地图范围的变化进行自适应变化ꎮ系统初始化时的粒子数量ｐＣｏｕｎｔ可以表示为:ｐＣｏｕｎｔ＝ｘＰｉｘｅｌˑｘＰｉｘｅｌˑｐＦａｃｔｏｒ(１)其中ꎬｘＰｉｘｅｌ和ｙＰｉｘｅｌ分别为当前屏幕横向和纵向的像素数ꎬｐＦａｃｔｏｒ是数量调节参数ꎬ与当前屏幕上显示的地理范围有关ꎮ２)粒子追踪与更新由于流场是不断运动的ꎬ因而系统中粒子的位置也会随时间不断变化ꎬ需要对下一时刻粒子的位置进行追踪并更新ꎮ二阶欧拉法是常用的粒子追踪算法[１２]ꎬ利用ｔ时刻和ｔ＋Δｔ两个时刻之间的平均速度作为流速值ꎬ提高了计算精度ꎮ在当前ｔ时刻ꎬ假设粒子所处的位置为Ｌｔ(ｘꎬｙ)ꎬ该位置的流速值为ｖｔꎮ首先ꎬ通过一阶欧拉近似方程计算出ｔ＋Δｔ时刻粒子的近似位置Ｌᶄｔ＋Δｔ:Ｌᶄｔ＋Δｔ＝Ｌｔ＋ｖｔΔｔ(２)获得Ｌᶄｔ＋Δｔ位置处的速度ｖᶄｔ＋Δｔꎬ那么位移Δｓ:Δｓ＝１２(ｖｔ＋ｖ'ｔ＋Δｔ)Δｔ(３)分别计算出水平方向的位移Δｓｘ㊁垂直方向的位移Δｓｙꎬ则粒子下一时刻的位置Ｌｔ＋Δｔ(ｘᶄꎬｙᶄ)为:ｘᶄ＝ｘ＋Δｓｘｙᶄ＝ｙ＋Δｓｙ{(４) (３)粒子消亡粒子消亡是将不符合要求的粒子从系统中移除ꎬ判断粒子消亡的条件有以下３个:是否达到最大生命值㊁是否具有有效步进以及是否超出屏幕范围ꎮ若粒子满足其中任何一个条件ꎬ便认为该粒子消亡ꎮ３㊀流场动态符号表达３.１㊀符号表达模型流场的运动㊁变化和发展过程依赖于动态符号的表达ꎮ动态符号的表达形式具体有两种方式:一种是静态视觉变量随着时间的变化而变化ꎻ另一种是直接改变动态视觉变量ꎮ运动变化的粒子符号是一种动态符号ꎬ参考动态地图符号的表达模型[１３]ꎬ建立流场动态粒子符号的表达模型如图１所示ꎮ图１㊀动态粒子符号表达模型Ｆｉｇ.１㊀ＤｙｎａｍｉｃＰａｒｔｉｃｌｅＳｙｍｂｏｌｉｃＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ５４第３期林淑娟等:流场动态地图符号视觉变量分析与应用ｆ０ꎬｆ１ꎬ ꎬｆｎ表示的是符号的起始帧㊁第一帧等以此类推ꎮ粒子符号的变化可以分解为每一帧上若干个静态视觉变量的变化ꎬ如颜色㊁位置㊁方向等ꎻ粒子的位置每更新一次ꎬ流速流向等属性就会发生变化ꎬ则符号的颜色㊁方向变量等也相应发生变化ꎮ符号的发生时长等动态视觉变量是时间维度上的变量[１４]ꎬ展现了符号在时间推演下的变化过程ꎬ能够从整体上影响读者对于动态变化过程的感知ꎮ３.２㊀视觉变量分析流场的空间分布特点决定了符号需要在整个制图区域中均匀分布ꎬ而且当用户进行放大缩小等操作时ꎬ符号的密度也应动态变化ꎮ流速㊁流向信息的变化属于数量特征的变化ꎬ常选用尺寸和方向来展现流场中这一重要的属性特征ꎬ若只需展示流速的快慢情况ꎬ则通过颜色表现出流速的相对分级即可ꎮ动态视觉变量是动态符号有别于传统静态符号的主要部分ꎬ本文认为符号的动态视觉变量包括了发生时长㊁变化次序㊁变化速率以及频率ꎮ每一个粒子符号都具有一个生命周期ꎬ即为粒子符号的发生时长ꎬ是粒子从出生到消亡的时间ꎬ会影响符号的长度ꎮ粒子从初始化完成到消亡的过程主要经历了出现㊁运动及位置更新㊁消失３种状态ꎬ通过符号的变化次序表达ꎮ变化速率影响读者对于流体运动快慢的感知ꎬ如果仅使用原始的流速值表征流场变化速率ꎬ会产生变化过慢或变化过快等不利于读图的问题ꎬ引入变化速率这一视觉变量ꎬ在原始流速的基础上进一步调整ꎬ改善视觉效果ꎮ频率是影响动画效果的视觉变量ꎬ将决定整体的变化过程是否连续ꎮ本文认为静态视觉变量和动态视觉变量均会对流场粒子符号产生影响ꎬ但这些视觉变量之间并不是相互独立的ꎬ在进行符号设计时需要综合考虑ꎬ例如若加粗粒子符号ꎬ就需要适当降低密度ꎬ避免超过地图载负量ꎮ本文总结了视觉变量对粒子符号的影响ꎬ见表１ꎮ表１㊀流场粒子符号的视觉变量Ｔａｂ.１㊀ＶｉｓｕａｌＶａｒｉａｂｌｅｓｏｆＦｌｏｗＦｉｅｌｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｙｍｂｏｌｓ视觉变量详细描述静态视觉变量形状多采用线状符号ꎬ用简单实线表示单个粒子在多个连续时刻的运动轨迹尺寸主要是线的长度以及宽度ꎬ可用于反映场中符号所在位置的流速ꎮ粒子符号的长度与流速有关ꎬ流速越快ꎬ粒子的步长越长ꎬ那么在步数一定的情况下ꎬ长度也越长ꎮ宽度以２ ３个像素为宜方向每个粒子方向由数据决定ꎬ会随着时间的变化而变化ꎬ大量粒子的运动方向可以反映流场中不同位置的流动方向和流动特征颜色颜色的使用可以直观地展现流速的快慢ꎬ使流场中流速的分布更易于被感知ꎬ符号的颜色需要与底图相协调密度密度在流场粒子系统中具体表现为符号数量的多少ꎬ若密度偏小ꎬ则会因为过于稀疏无法表征流场结构情况ꎻ若密度过大ꎬ则会显得较为拥挤ꎬ影响视觉效果透明度调节透明度可以影响符号的视觉感受ꎬ符号越接近于不透明ꎬ给用户的感受就越突出ꎻ若符号越接近于透明ꎬ则其视觉感受就越弱动态视觉变量发生时长发生时长直接决定了单条轨迹的长短ꎬ一般来说ꎬ发生时长越长ꎬ流场中符号表现出来的长度就越长变化次序主要由数据变化决定ꎬ将真实的数据变化映射到动画的每一帧上ꎬ从而再现变化的过程变化速率表示流场流动的快慢ꎬ符号变化速率适当加快有利于提升视觉效果ꎬ但变化速率过快会导致细节信息丢失频率单位时间内变化的次数㊁频率值影响动画的连续性效果ꎮ为了表现流场连续运动的效果ꎬ符号的频率应保持在每秒２５帧以上[９]４㊀应用实例海洋流场是一种典型的流场ꎬ通过可视化的方式能够直观地展现区域中流体的流动信息ꎬ表达每一个空间位置上的运动情况ꎮ本文基于美国国家大气研究中心(ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＲｅｓｅａｒｃｈꎬＮＣＡＲ)提供的全球范围内每６ｈ的再分析数据集ꎬ以粒子系统方法为核心ꎬ实现了全球范围海洋流场的可视化ꎬ以此作为应用实例进行分析验证ꎮＨＴＭＬ５的Ｃａｎｖａｓ接口允许在浏览器中直接进行动态绘制ꎬ可以用于实时渲染大量数据ꎬ且性能良好ꎬＬｅａｆｌｅｔ是一个轻量级的用于交互地图的开源ｊｓ库ꎬ兼容移动端ꎬ同时支持多种插件ꎬ本文利用Ｃａｎｖａｓ和Ｌｅａｆｌｅｔ.ｊｓ实现了地理底图的调用和动态符号的渲染ꎮ４.１㊀实现流程可视化的基础包含了相关信息的数据ꎬ合理地处理数据是可视化流程中的一个关键步骤ꎮ在二维平面上进行数据可视化之前需先进行数据预处理ꎬ包括数据格式转换和坐标变换ꎮ原始数据以ＧＲＩＢ格式存储ꎬ在此先转化为Ｗｅｂ环境下方便解析ＪＳＯＮ格式的数据ꎬ然后ꎬ采用Ｗｅｂ墨卡托作为地图投影算法完成经纬度坐标到投影坐标的转换ꎬ继而再转换成屏幕坐标ꎮ６４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年按照第２节中所述的方法建立流场粒子系统ꎬ通过相应的算法控制了粒子的生成㊁更新和消亡ꎬ然后ꎬ按照符号设计方案对生成的粒子进行可视化渲染ꎬ叠加在地理底图上ꎬ用于屏幕展示ꎮ本文实现海洋流场可视化的流程如图２所示ꎮ图２㊀海洋流场可视化流程图Ｆｉｇ.２㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ４.２㊀动态符号设计流场中动态符号的设计主要是视觉变量的选取以及数据和视觉变量之间映射关系的建立ꎬ基于３.２节的分析ꎬ本实例选用线状符号作为动态粒子符号ꎬ用实线表示系统中粒子点在其生命周期内随时间变化而形成的轨迹ꎮ在流场的演变过程中ꎬ只要粒子还处在其生命周期内ꎬ粒子运动的轨迹就会不断地延长ꎬ符号的长度也会不断增加ꎮ从粒子的追踪算法中可知ꎬ符号的最终长度由粒子的生命周期和流速共同决定ꎮ相较于单一色彩ꎬ分级色彩能够更直观地表现出流场中不同位置流速的快慢ꎬ本实例选择颜色作为反映流速值的主要变量ꎬ建立流速与颜色之间的映射关系ꎮ流速数据的分布往往是不均匀的ꎬ数值集中在某个区间内ꎬ本文根据流速数据本身的特点ꎬ使用了最大最小值拉伸的方法ꎮ假设有一个共有ｎ种颜色的颜色表ꎬ表中颜色的索引号范围为０ ｎ－１ꎬ流速数据集中于区间[ｖ１ꎬｖ２]ꎬ在渲染时ꎬ颜色映射的方法如下:ｉｎｄｅｘ＝０ꎬｖɤｖ１ꎻ(ｎ－１)ˑｖ－ｖ１ｖ－ｖ２æèçöø÷ꎬｖ１<ｖ<ｖ２ｎ－１ꎬｖȡｖ２ìîíïïïï(５)ｉｎｄｅｘ是颜色表中的索引号ꎬ如果流速值小于等于ｖ１ꎬ则其索引号为０ꎻ若流速值大于等于ｖ２ꎬ则其索引号为ｎ－１ꎻ若流速值位于该区间内ꎬ其映射过程为一个线性函数ꎮ颜色方案的设计综合考虑了与底图的协调性以及色彩之间的等级性ꎮ交互是可视化的另一重要要素ꎮ对于流场的动态表达而言ꎬ用户的交互操作主要包括３种:１)空间位置上的交互ꎬ如用户对于区域的放大㊁缩小㊁漫游等操作ꎻ２)时间上的交互ꎬ用户对于数据时间的选择ꎻ３)图形视觉效果的交互ꎬ如用户切换地理底图ꎬ调整符号大小等ꎮ这些交互操作均会对符号的设计与表达产生新的要求ꎬ因此ꎬ在实现过程中ꎬ本文将影响动态符号的视觉变量抽象为一部分参数ꎬ根据经验规则设置参数的取值范围ꎬ允许用户直接调整宽度㊁密度㊁透明度㊁变化速率㊁频率等变量值ꎬ实现快速改变整体效果的目的ꎬ满足用户需求的多样性ꎮ４.３㊀可视化结果本文基于上述可视化流程与符号设计方案ꎬ利用ＩＤＥＡ进行编码ꎬ在ＧｏｏｇｌｅＣｈｒｏｍｅ浏览器中运行得到结果ꎬ可视化完成时间在２ｓ以内ꎬ较好地模拟了洋流的动态效果ꎮ图３为２０１８年１１月１２日和２０１８年１２月１２日上午６点的流场数据可视化效果ꎬ从图中可以明显地看出同一区域在不同时间流速的变化情况ꎬ如印度洋区域等ꎻ从图中也能够直观地看出涡旋的分布位置㊁形成过程等信息ꎮ图３㊀不同时间的海洋流场可视化结果Ｆｉｇ.３㊀Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓ通过更换底图和符号可以形成不同风格的可视化结果ꎬ图４是不同风格的可视化效果图ꎮ图４㊀不同风格的海洋流场可视化效果图Ｆｉｇ.４㊀Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｙｌｅｓｏｆｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ本实例可以直接在应用端进行参数调节ꎬ允许用户根据用途进行灵活修改ꎬ例如ꎬ要观察总体的结构与趋势时ꎬ可以适当地减小密度ꎻ要研究涡旋的细节信息时ꎬ可以适当地增大密度ꎬ图５是设置不同密度值的可视化结果对比图ꎮ图５㊀设置不同密度值的可视化效果对比图Ｆｉｇ.５㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｈａｒｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｖａｌｕｅｓ７４第３期林淑娟等:流场动态地图符号视觉变量分析与应用５㊀结束语动态地图符号是流场动态特点表达的载体ꎬ研究流场可视化中动态符号的表达机制是实现可视化效果优化的有效途径ꎮ粒子系统方法可以实现对流场的动态效果的模拟ꎬ且具有可以快速修改粒子符号的优点ꎬ因而ꎬ本文选取了粒子系统方法作为可视化实现的主要方法ꎬ在对流场特点分析总结的基础上ꎬ研究了流场中的动态符号ꎬ探讨适用于表达流场不同特点的视觉变量ꎮ同时ꎬ本文以海洋流场的可视化为例ꎬ通过基本视觉变量的变化与组合生成了丰富且满足不同需求的可视化结果ꎬ实现了在应用端直接进行参数的调整ꎬ对于Ｗｅｂ应用中的矢量场可视化和动态符号的研究具有借鉴和参考意义ꎮ本文针对流场数据本身的特点ꎬ通过最大最小值拉伸算法完成流速与颜色之间的映射ꎬ增强了视觉表达效果ꎬ较好地实现了流场动态可视化ꎮ下一步将研究如何建立关于流场动态可视化效果的评价机制ꎮ参考文献:[１]㊀王盛波ꎬ潘志庚.二维流场可视化方法对比分析及综述[Ｊ].系统仿真学报ꎬ２０１４ꎬ２６(９):１８７５－８１. [２]㊀宋汉戈ꎬ刘世光.三维流场可视化综述[Ｊ].系统仿真学报ꎬ２０１６ꎬ２８(９):１９２９－３６.[３]㊀季民ꎬ陈丽ꎬ靳奉祥ꎬ等.自适应步长的海洋流线构造算法[Ｊ].武汉大学学报(信息科学版)ꎬ２０１４ꎬ３９(９):１０５２－１０５６.[４]㊀ＪＥＮＮＩＦＥＲＣꎬＨＡＲＡＬＤＯꎬＪＯＹＫＩ.Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ－ＢａｓｅｄＰａｔｈｌｉｎｅＴｒａｃｉｎｇｉｎＰａｒｔｉｃｌｅ－ＢａｓｅｄＦｌｏｗＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ＆ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓꎬ２０１５ꎬ２１(１):６８－８０.[５]㊀艾廷华.动态符号与动态地图[Ｊ].武汉测绘科技大学学报ꎬ１９９８ꎬ４２(１):４９－５３.[６]㊀王颖.面向多重特征变化表达的动态地图符号设计[Ｄ].武汉:武汉大学ꎬ２０１８.[７]㊀冯文君.基于粒子系统的流场动态制图方法研究[Ｄ].青岛:山东科技大学ꎬ２０１７.[８]㊀ＫＡＲＣＨＧＫꎬＳＡＤＬＯＦꎬＷＥＩＳＫＯＰＦＤꎬｅｔａｌ.Ｖｉｓｕａｌｉｚａ￣ｔｉｏｎｏｆ２Ｄｕｎｓｔｅａｄｙｆｌｏｗｕｓｉｎｇｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ－ｂａｓｅｄｃｏｎｃｅｐｔｓｉｎｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎꎬ２０１６ꎬ１９(１):１１５－１２８.[９]㊀ＪＯＢＡＲＤＢꎬＬＥＦＥＲＷ.Ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｍａｐ:ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｍｐｕ￣ｔａｔｉｏｎｏｆｓｔｅａｄｙｆｌｏｗａｎｉｍａｔｉｏｎｓ[Ｃ]//ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎꎬＦꎬ１９９７.[１０]㊀ＲＥＥＶＥＳＷＴ.Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍｓ ａｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇａｃｌａｓｓｏｆｆｕｚｚｙｏｂｊｅｃｔｓ[Ｍ].ＵＳ:ＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓꎬ１９９８.㊀[１１]㊀田东ꎬ迟学斌ꎬ王铁强ꎬ等.基于加权随机采样的流场可视化方法[Ｊ].计算机工程与设计ꎬ２０１８ꎬ３９(１):６１－６５.[１２]㊀付帅.基于粒子系统的全球流场可视化[Ｄ].青岛:山东科技大学ꎬ２０１５.[１３]㊀祝国瑞ꎬ徐智勇ꎬ吴小芳.基于多重变换组合的动态地图符号设计[Ｊ].武汉大学学报(信息科学版)ꎬ２００６ꎬ３１(６):５４８－５５１.[１４]㊀解智强ꎬ杜清运ꎬ陈厚元ꎬ等.论地图语言中的动态符号设计与表达[Ｊ].现代测绘ꎬ２０１２ꎬ３５(４):２５－２９.[编辑:张㊀曦](上接第４３页)５㊀结束语本文选取地形地貌㊁气候等影响地质灾害的自然因素ꎬ采用地理探测器的因子探测和交互探测ꎬ从单因子作用㊁各因子的交互作用两个方面分析了其对北川县地质灾害的解释力ꎬ对北川县地质灾害的发生进行了定量归因ꎬ为北川县地质灾害影响因子的客观选取提供了一种新的思路ꎮ研究发现:１)在所有因子中ꎬ气候因素的影响力相对较高ꎬ尤其是年降水量对北川县地质灾害发生的解释力最强ꎬ是诱发北川县发生地质灾害的主要影响因素ꎮ与水系距离因子解释力仅次于年降水量ꎬ是影响北川县发生地质灾害的次要因素ꎮ剩余其他因子的解释力大小相近ꎬ如地形地貌因子㊁土地利用因子㊁岩性因子㊁土壤因子等ꎮ２)相对于单因子来说ꎬ任意两个因子的交互作用都能增强对北川县发生地质灾害的影响ꎮ解释力超过２０％的这些交互因子ꎬ主要为气候因素的各因子与其他因子的交互作用ꎬ说明北川县的地质灾害是在气候因素的诱发下ꎬ结合北川县险峻的地势㊁断层的发育㊁复杂且薄弱的岩性等综合作用下发生的ꎮ３)地质灾害的发生是各个因素交互作用的结果ꎮ如何在综合考虑自然环境㊁人口布局和空间规划的基础下ꎬ制定北川县地质灾害防治措施和选择移民搬迁场地是需要进一步研究的问题ꎮ参考文献:[１]㊀北川羌族自治县.北川羌族自治县灾后重建实施规划ꎬ２００８ ２０１０[Ｚ].北川:北川羌族自治县ꎬ２０１８. [２]㊀汤家法ꎬ王沁.２０１３年北川聚落空间的地质灾害灾情分析[Ｊ].灾害学ꎬ２０１５(１):８７－９１.[３]㊀董廷旭ꎬ陈朝镇ꎬ张新合ꎬ等.北川县 ５ １２ 地震灾害区划研究[Ｊ].绵阳师范学院学报ꎬ２０１０ꎬ２９(１１):１０２－１０８.[４]㊀王晓涛ꎬ陈国友ꎬ宁国立.北川县省道公路滑坡的稳定性分析及加固设计[Ｊ].土工基础ꎬ２０１０ꎬ２４(３):２４－２６. [５]㊀齐信ꎬ唐川ꎬ铁永波ꎬ等.基于ＧＩＳ技术的汶川地震诱发地质灾害危险性评价 以四川省北川县为例[Ｊ].成都理工大学学报(自然科学版)ꎬ２０１０ꎬ３７(２):１６０－１６７. [６]㊀王劲峰ꎬ徐成东.地理探测器:原理与展望[Ｊ].地理学报ꎬ２０１７ꎬ７２(１):１１６－１３４.[７]㊀胥忞旻.北川震后重建居民点的适宜性评价[Ｄ].成都:西南交通大学ꎬ２０１７.[编辑:任亚茹]８４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年。
地图学教程7ppt课件
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§1普通地图的内容要素及其表示
(2)分层设色法 将等高线划分为不同的高程带，并
以不同的颜色区分。
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地图学教程
§1普通地图的内容要素及其表示
15.9
17.8
13.6
10.1 9.8
9.0 10.5
分层设色法主要是建立高度表与色层表之间的关系
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地图学教程
§1普通地图的内容要素及其表示
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地图学教程
§1普通地图的内容要素及其表示
居 民 点 的 表 示
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交通网
地图学教程
§1普通地图的内容要素及其表示
交通网是连接 居民点之间的 纽带，是居民 点彼此间进行 各种政治，经 济，文化，军 事活动的重要 通道。
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地图学教程
§1普通地图的内容要素及其表示
境界
境界：包括政治区划界和行政区划界。
植被
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地图学教程
§1普通地图的内容要素及其表示
1.3 社会人文要素的表示 1.居民点 2.交通网 3.境界
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居民点
地图学教程
§1普通地图的内容要素及其表示
居民点是人类由于社会生产和生活的需要而 形成的居住和活动的场所。
(1) 居民点的位置 (2) 居民点的类型 (3) 居民点人口数量 (4) 居民点的行政等级
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§２国家基本比例尺地形图
2.2 国家基本地形图的功用
比例尺不同，精度和详细程度不同，用途也就不同。
1：5千至1：10万
重点项目的基本用图
地图符号系统
10 0
2 0 0 一一维维
50
10 0
1 90
二 二维 维
25
10 0
2 80
三 三维 维
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4. 被观察对象能被读者区分成不同的类别
或性质的感受效果称为质量感。
※产生质量差异的最有效变量： 形状、颜色（色相）、结构
5.动态感
6.
一般利用近大远小(尺寸)、光影变化(亮度)、 压盖遮挡、色彩空间透视、网纹变化等形成 立体感
符号内 网纹疏 密变化
符号方 向变化
1.整体感与选择感
整体感是指阅读不 同视觉变量构成的符 号图形时，感觉好象 一个整体，没有哪一 种显得特别突出
2.等级感
是指符号图形被观察时能迅速、明确地 产生出的等 级感受效果。
如居民地图形 符号的大小， 道路的粗细等
3.数量感
是指读图时从符号的对比中获得的数 量差异感受效果 ※尺寸 是产生数量感最有效的视觉变量
数量特 等值线位 征置
符号的 色相变 化
符号纯 度变化
符号亮 度变化
符号大 小变化
符号粗 细变化
符号长 短变化
线状符 号内分 割比例
符号内 晕线、 花纹排 列变化
符号内 网纹疏 密变化
内部组 成
结构符 号的色 相变化
结构符 号的纯 度变化
结构符 号的亮 度变化
结构符 号内分 割比例
结构符 号内网 纹排列 变化
色光空间混合，总亮度加大； 直接光混合，混合光为各原色 光亮度之和；反射光混合，混 合光为各色光的平均亮度
颜料、油墨混合，总亮度降低；光 是产生色彩的根源；物质的色彩是 该物质对光谱中某些色光实现了吸 收，某些色光进行了反射的结果