计算机制图复习

第一章计算机地图制图概述

1、地图的概念

地图是根据一定的数学法则，将地球（或其他星球）上的自然和社会现象，通过制图综合所形成的信息，运用符号系统缩绘到平面上的图形，以传递它们的数量和质量，在时间和空间上的分布和发展变化。

2、地图的分类

按地图内容

普通地图, 专题地图

按比例尺

大（≥1：10万）, 中（1：10万～1：100万）, 小（≤1：100万）

按维数

平面地图, 多维地图

制作方式

常规地图(模拟地图), 数字地图（电子地图）

3、计算机图形学的概念

计算机图形学(Computer Graphics):是一门研究如何利用计算机表示、生成、显示和处理图形的学科。

4、计算机地图制图的概念

以计算机硬件设备为基础，在相应软件系统支持下，以数字格式对地图制图要素进行采集、处理与管理，按照地图制作的规范进行符号化、图版制作与输出，并提供地图自动分析的全过程。

5、计算机地图制图VS 传统地图制图

信息容量大；

易于校正、编辑和更新；

无级缩放、无缝漫游；

良好的交互性，地图制图自动化程度较高，制图效率高；

成图精度高，更新速度快；

便于信息共享与交流，易于派生新信息；

易于与其他系统结合；

6、（1）常见的硬件系统地图数字化输入设备（键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪）、计算机硬件系统（主机、显示器）、地图数字化输出设备（绘图仪、电子屏幕）

（2）软件系统

1、计算机系统软件（操作系统、语言处理程序数据库等）、

2、图形学基础软件（OpenGL函数库，计算机核心图形系统（GKS））、

3、计算机地图制图软件系统（数字测图系统CASS、全息数字测图系统EPSW，全数字摄影测量系统Virtuo遥感数据处理系统ENVI、ERDAS，GIS软件ArcGIS、MapInfo）、

4、计算机地图制图应用系统（武汉大学的远图软件、威远图公司Cito Map以及GIS软件）

7、电子地图的概念

电子地图是以地图数据库为基础，通过一定的硬件和软件在电子屏幕上显示的可视化的地图，是数字地图在屏幕上符号化的表示。

（数字地图是电子地图的基础，是存储方式；

电子地图是地图数据的可视化产品，是数字地图的可视化，是表示方式。）

8、数字地图概念

数字地图是以数字形式记录和存储的地图，是一定的坐标系统内具有确定的位置、属性及关系标志和名称的地图要素和现象的离散数据，在计算机可识别的存储介质上存储的概括的有序集合。

第二章、Visual C++绘图基础

1、设备环境的概念（对应设备环境类CDC）

设备环境DC(Device Context)也称设备描述表或设备上下文，它是由Windows管理的一个数据结构，它保存了绘图操作中一些共同需要设置的信息，如当前的画笔、画刷、字体和位图等图形对象及其属性，以及颜色和背景等影响图形输出的绘图模式。

形象地说，一个设备环境提供了一张画布和一些绘画的工具，我们可以使用不同颜色的工具在上面绘制点、线、圆和文本。

2、基本绘图函数

pDC->Ellipse(100,150,300,300);//画椭圆的函数方法

pDC->Ellipse(100,200,300,400);//椭圆、圆的函数相同，类似于矩形。

pDC->Round(100,200,300,400);错误，设备环境中没有Round函数,

pDC->Rectangle(100,200,400,400);//画矩形的函数注：(100,200)、(400,400)分别为两个对角的坐标，与java不同

pDC->Rectangle(100,200,300,400);

pDC->RoundRect(100,200,300,400,60,80);//有圆角的矩形的画法。

pDC->MoveTo(80,200);

pDC->LineTo(300,300); //直线的画法注：(80,200)为起始点坐标、(300,300)为终点坐标

pDC->SetPixel(80,200, RGB(255,0,0)); //点画法的注：(80.200)为点的坐标，RGB(255,0,0)为点的颜色

3、VC中绘制图形的步骤：

1）在MFC下建立一个单文档工程

2）

3）

4）

第三章基本图形生成算法

1、

2 图形的表示方法

点阵表示法(图像)、用像素点色表示图形几何形状

矢量表示法(图形)、用点坐标来表示图形的几何形状

3 图形的扫描转换的概念及步骤

图形输出时，从图形对象的几何信息出发，如何确定最佳逼近图形的象素集合，并用指定的颜色和灰度设置象素的过程称为图形的扫描转换或光栅化。

图形扫描转换的两个步骤：

（1）、先确定有关象素；（扫描转换的主要工作）

（2)、用图形的颜色或其他属性对象素进行某种写操作。（由驱动程序来完成）

扫描转换算法：

1 扫描线算法

2 边填充算法

3 边界标志算法

4、区域填充的概念

二维图形的光栅化必须确定区域对应的象素集，将各个象素设置成指定的颜色和灰度，该过程被称之为区域填充。

5、直线生成的几种方法及优缺点

直线方程法

优点：简单

缺点：浮点运算（乘法和加法）－>计算复杂

数值微分法（ＤＤＡ）

缺点：浮点运算、取整运算、不利于硬件实现

中点画线法

优点：只有乘法和取整运算

Bresenham

6、区域填充算法

1 简单种子填充算法

基本原理

（1）若种子点不是边界也未填充，则填充并产生新的种子点；

（2）若种子点均已被填充，则函数结束。

优缺点

优点：思路简单、程序简洁；

缺点：由于调用了递归函数，系统开销大，许多象素被重复访问，效率不高。

递归调用的消除：顺序执行算法。

设置一个足够大的堆栈空间（Stack）来存放未填充的种子点。

2 扫描线种子填充算法

基本原理：

以种子所在扫描线进行从左到右填充直至边界为止，然后不断产生新的种子压入栈

3 图案填充算法

概念：用一个图案模式来填充一个给定的区域，是针对光栅扫描系统的一种填充方式。

方法：两个主要过程

1)定义图案：一个图案模式P通常定义为较小的N×N的像素阵列。Pij(i=0,1,...,n-1;j=0，1,...,n-1)代表在模式(i,j)处的颜色/亮度值。

2)填充区域：在扫描线转换填充算法中,增加一个相应的控制机构,使之实际填充像素的颜色/亮度值是从图案模式中提取出来即可。

7、直线段绘制的5点要求

（1）尽可能地直，尽量避免阶梯效应；

（2）应具有精确的起点与终点，具有连续性；

（3）亮度或颜色与直线的长度和方向无关；

（4）生成速度要快；

（5）尽量适合硬件实现。

第4章图形变换与裁剪

1、齐次坐标的概念

用n+1维向量表示n维向量的方法。在齐次坐标中，一个点可以有多个坐标，当最后一个常数值为0时，表示的是无穷远处。

2、几何变换的概念

将一个几何图形的点都变为另一个几何图形的确定的点，这种变换过程称为几何变换。

3、常见的几种二维图形变换

（1）平移变换

平面上一点P（x，y），如果在X轴方向的平移增量为tx，在Y轴方向平移增量为ty 时，则平移后所得新点P'(x'，y')坐标表达式为：

x' = x + tx，y' = y + ty 称为平移变换。

（2）比例变换

坐标点（x，y）在X轴方向有一个比例系数Sx，在Y轴方向有一个比例系数Sy，则该图形的新坐标点（x'，y'）的表达式为

x' = xSx y' = ySy；

这一变换称为比例变换。

（3）旋转变换

若图形中的坐标点（x，y）绕坐标原点逆时针旋转一个角度θ,则可得到图中所示的(x’, y’), 该变换被称为旋转变换。

（4）对称变换

X轴的对称变换：

x' = x，y' = -y

Y轴的对称变换：

x' = -x，y' = y

中心对称变换：

x' = -x，y' = -y

（5）错切变换

X轴的错切变换:

x' = x + cy，y' = y

Y轴的错切变换:

x' = x，y' = y + bx

其中，b和c为错切系数。

4、组合变换的概念

由若干个基本的几何变换复合而成为一个几何变换的过程称为组合变换，也称为几何变换的级联。

5、窗口、视口的概念及变换原理及怎样实现变换

概念：

窗口—视图变换是比例变换和平移变换的组合变换

6、地图坐标的变换有哪两种方式及所需要的控制点（3个）

两种方式：

(1）相似变换

(2）仿射变换

所需要的控制点：3个，用到了最小二乘法。

7、地图投影变换有哪几种方法

正解变换、反解变换、综合变换、数值变换或数值－解析变换方式

8、投影的分类及特点（掌握投影中点方法）

投影的概念

将n维空间中的点变换成小于n维空间的点。

投影的应用

三维物体二维屏幕显示

投影的分类

平行投影与透视投影

平行投影：不具有缩小效应，投影大小不随物体平移而改变。

透视投影：类似相机，产生真实感图形，具有透视缩小效应，不能反映真实形状及尺寸。

9、（二维、三维）图形变换矩阵的功能模块划分（ppt 4.2）

三维

10、裁剪的概念

确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外，以便只显示落在显示区内的那部分图形的选择过程称为裁剪。

裁剪的分类

按裁剪窗口的形状不同

矩形窗口、圆形窗口和一般多边形窗口裁剪。

按照被裁剪对象的不同

点、线段、字符、多边形以及曲线的裁剪。

按照图形裁剪与窗口—视图区变换的先后顺序

1）先裁剪后变换，即图形裁剪在用户坐标系下相对于窗口进行；

2）先变换后裁剪，即先进行窗口—视图区变换，转化为屏幕坐标后再裁剪，裁剪是在屏幕坐标系下相对于视图区进行的。

裁剪的核心问题

速度问题，提高速度的根本途径就是尽量避免或者减少求交计算。

10.2 Cohen-Sutherland算法

把包含窗口的平面区域沿窗口的四条边线分成九个区域，每个区域用一个四位代码来表示，直线的端点都按其所处区域赋予相应的区域码，用来标识出端点相对于裁剪矩形边界的位置，代码中每一位分别是0或1。

第五章地图数据的处理与获取

1、拓扑变换和拓扑关系的概念

拓扑关系指图形在拓扑变换下保持不变的图形关系。

2、常见的拓扑变换：拉伸、挤压、弯曲。

常见的拓扑关系

拓扑邻接：指存在于空间图形的同类图形实体之间的拓扑关系。

拓扑关联：指存在于空间实体中的不同类图形实体之间的拓扑关系。

拓扑包含：指在不同级别或不同层次的多边形图形实体之间的拓扑关系。

其他拓扑关系：相交、相离、重叠、连通性、有向性。

空间数据的拓扑关系，对于GIS数据处理和空间分析具有重要的意义

3、数据结构的概念

数据组织的形式，是适合于计算机存贮、管理、处理的数据逻辑结构。换句话说，是指数据以什么形式在计算机中存贮和处理。

1）栅格数据结构

规则的像元阵列来表示地图要素及其分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物属性特征

栅格数据结构的特点

栅格数据记录的是属性数据本身，而位置数据可以由属性数据对应的行列号转换为相应的坐标。

栅格数据的行列表示很容易为计算机存储和操作，不仅直观，而且容易维护和修改。

栅格数据的比例尺就是栅格(像元)的大小与地表相应单元的大小之比，当像元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。

栅格数据结构非常适合于表达遥感影象数据和DEM。

2）矢量数据结构

通过记录坐标的方式尽可能精确地表达点、线、面分布的地物要素。

4、有拓扑关系的矢量结构

有拓扑关系的矢量模型主要表示关联和邻接两中基本的空间关系。

5、数据模型的概念

数据库系统中关于数据内容和数据之间联系的逻辑组织的形式表示。层次模型

网络模型

关系模型

面向对象数据模型

5、掌握关系模型、拓展关系模型、怎样存储矢量数据结构？

6、地图数据的来源：外业测量、栅格形式的空间数据转换、现有地图数字化采集

外业测量：全站仪测量、GPS测量、三维激光扫描仪、遥感观测

栅格形式的空间数据转换：

现有地图数字化采集：手工数字化、手扶跟踪数字化、扫描数字化

地图数据处理的过程：

7、纸质地图输入计算机的几种方法及步骤

现有地图数字化采集：手工数字化、手扶跟踪数字化、扫描数字化

数据预处理

计算机地图制图过程中的一个重要环节，包括对制图数据的存贮、选取、分析、加工、输出等操作，以完成地图制作过程中的几何纠正、比例尺和投影变换、要素的制图综合、数据的符号化等。

数据预处理主要内容：

几何纠正、数据压缩、数据匹配、数据检查、数据光滑等。

8、数据压缩

把大量的原始数据或由存贮器取出来的数据转换为有用的、有条理的、精炼而简单的信息的过程，又称数据简化或数据综合。

数据压缩目的是删除冗余数据，减少数据的存贮量，节省存贮空间，加快后继处理速度。

分类：存储空间的压缩、信息量的压缩。

矢量数据的压缩方法：

1）间隔取点法

2）垂距法

3）偏角法

4）道格拉斯-普克法

5）光栏法

栅格数据的压缩方法

1）行程编码

2）四叉树编码

第六章三维地形模型与可视化

1、数字地面模型的概念（Digital Terrain Model，DTM）

利用坐标场中大量已知的X、Y、Z的坐标点对连续地面的统计表示。

数字高程模型的概念（Digital Elevation Model, DEM）

DTM的一个子集，即用高程作为地形特征的特殊取值。

规则格网

将区域划分成相同大小的矩形单元，以每个矩形单元顶点（或对角线交点）作为DTM/DEM数据结构的基础。

不规则格网

以原始数据的坐标作为格网的结点，组成不规则形状的格网，构网时根据（X，Y）

坐标点进行，高程值不起作用，仅是作为结点的属性。

2、规则格网与不规则三角网的比较

规则格网的优缺点

1）优点

形状规则、结构简单、操作方便，适合于大规模使用与管理，容易用计算机进行处理；

容易进行某些地学分析与计算；

易于与遥感影像复合，实现地形可视化、辅助遥感处理等功能。

2）缺点

不能精确表示地形的结构和细部；

数据量过大，需要压缩；

在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余；

在不改变格网大小的情况下，难以表达复杂地形的突变现象；

不规则三角网的优缺点

1）优点

既可用于规则分布数据，也可用于不规则分布数据；

能以不同层次的分辨率来描述地形；

更少的空间更精确地表示更加复杂的表面；

与规则格网比较，不规则三角网具有最小的中误差，更适合于地形显示。

2）缺点

数据存储与操作复杂；

采样数据少时，不规则三角网的质量明显好于规则格网，当采样密度增加时，二者差别则越来越小。

3、Delaunay 三角剖分的概念

由相互邻接互不重叠的三角形组成，其中每个三角形都遵循空圆法则（每个三角形的外接圆中不包括其他数据点）

简称DT。空外接圆准则也叫Delaunay法则。

能自动地避免狭长的三角形，保证了良好的三角形形状。

4、局部优化过程的概念

如果其中一个三角形的外接圆中含有第四点，则交换四边形的对角线。

5、约束TIN的概念：

6、（1）反距离加权法(IDW)的原理

与内插点距离最近的若干个采样点对内插点值的贡献最大，且贡献与距离成反比。

以已知离散点到内插点的距离给予适当的权重，权的值应与距离成反比，间距愈近，对待求点测定值的影响应愈大。

（2）曲面拟合法

基本思想:对每个待插点选取其邻近的n 个参考点来拟合一多项式曲面.

式中：X 、Y 为各参考点坐标值，H 为其相应的属性值，A 、B 、C 、D 、E 、F 为待定参数，它们的确定可以通过n个参考点进行最小二乘法求解。N>6

7、OpenGL的几个三维变换函数（旋转、平移、投影）

三维变换函数

第七章地图符号

1、地图符号的概念

广义的地图符号的概念是指表示地表各种事物现象的线划图形，色彩，数学语言和注记的总和，也称地图符号系统。

完整的地图符号系统由图解语言（地图符号）、写出语言（色彩和地貌立体表示）、自然语言（名称注记）和数学语言（地图投影、比例尺、方向）四部分组成。

狭义的地图符号概念是指在图上表示制图对象空间分布、数量、质量等特征的标志，是信息载体，包括线划符号、色彩和注记。

2 地图符号的分类

按几何特征分类：点、线、面

按符号与地图比例尺的关系分类：不依、半依、依比例尺；

按地理特征量度分类：定性符号、定量符号和等级符号；

按符号的图形特征分类：几何符号、艺术符号、文字符号

按符号的表示方式分类：矢量、栅格

3地图符号绘制的两种方法及基本原理

信息法、编程法

信息法（基本原理？）众多点、线、面符号绘制只分别用点、线、面三个程序，程序通用，数据复杂，可以说是开放式的绘图，分矢量格式与栅格格式。

编程法:信息法的必要补充

计算机地图制图软件中地图符号绘制的实质是将符号坐标系中图形元素特征点的坐标（x, y）变换到地图坐标系中的坐标（X, Y）并按给定的顺序连线的过程。

4、点状、线状符号的绘制方法

（1）点符号绘制

参数：定位点、缩放系数、旋转角。

信息块具有独立坐标系，符号坐标系

（2）线符号绘制方法

重复配置点符号图元法与组合绘制两种方法。

重复配置点符号图元法

将线符号分解成基本点符号图元，然后沿线符号定位线连续配置点符号组合绘制方法

任何线符号可以由具有单一特征的线符号组合而成

（3）面符号绘制

在面区域内配置规则点符号

绘制不同倾角的晕线构成图案

用颜色填充面区域

图案、图块、纹理填充

5、地图实体符号化的概念及一般过程

地图实体符号化是地图实体的表现过程，为得到某种类型地图，应进行地图实体符号化，包括数据准备和符号化两个过程。

一般过程：符号化过程是利用地图实体符号化接口，根据系统给定的输出句柄（hDC）、绘图范围(ClipRect)、是否带符号显示（bSymbolization）、绘图参数（如当前比例尺逻辑坐标与设备坐标的比例系数…）等对空间数据进行可视化的过程。

6、地图注记

地图注记由自然语言构成，对地图符号起着重要的补充作用。

7、地图符号索引方式（索引机制）