□ 陶維剛

（遼寧東港市村鎮(zhèn)建設(shè)辦公室，遼寧丹東118300）

基于Arc GIS平臺(tái)探索暈渲地圖效果制作方案

□ 陶維剛

（遼寧東港市村鎮(zhèn)建設(shè)辦公室，遼寧丹東118300）

隨著地理信息應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不同類(lèi)型地圖風(fēng)格大量涌現(xiàn)，具有暈渲效果的地圖風(fēng)格是其中的代表者。本文基于ArcGIS軟件平臺(tái)，通過(guò)對(duì)使用數(shù)字高程模型（DEM）、色彩映射表（ColorMap）等制作暈渲地圖過(guò)程的分析研究，得出從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到顏色配色一整套的暈渲地圖制作方案。

暈渲地圖；ArcGIS；DEM；ColorMap

1.引言

盡管DEM能夠?qū)Φ匦蔚孛策M(jìn)行全面直觀地表達(dá)，但是在普通的二維地圖中卻無(wú)法通過(guò)DEM來(lái)展現(xiàn)相關(guān)的地形地貌。使用ArcGIS平臺(tái)軟件，可以在DEM基礎(chǔ)上提取山體陰影來(lái)制作暈渲地圖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了以二維的地圖形態(tài)來(lái)顯示三維的地貌信息[1-2]。傳統(tǒng)的通過(guò)山體陰影和DEM相疊加的方式制作出暈渲地圖，在色彩亮度、飽和度上要有所損失；而使用ArcGIS鑲嵌數(shù)據(jù)集的方式來(lái)管理DEM數(shù)據(jù)、生成山體陰影并制作暈渲地圖能夠很好彌補(bǔ)傳統(tǒng)制圖方法所帶來(lái)的缺陷。

本文以全球暈渲地圖制作為例，對(duì)上述兩種制圖過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，分析影響制圖效果的基本因素。

2.制圖關(guān)鍵技術(shù)

2.1 提取山體陰影

暈渲地圖是通過(guò)山體陰影來(lái)展現(xiàn)地形地貌的，山體陰影是在DEM基礎(chǔ)上，根據(jù)方位角、高度角等參數(shù)來(lái)模擬太陽(yáng)光照大地產(chǎn)生的陰影效果來(lái)表達(dá)地表起伏情況的。在ArcGIS中可以利用ToolBox工具基于DEM來(lái)提取所需的山體陰影。在ArcGIS的Tool－Box工具箱中找到空間分析工具（Spatial Analyst Tools），展開(kāi)表面工具集（Surface），選擇下面的山體陰影工具（HillShade）。

其中Azimuth是方位角，值域范圍0°到360°，默認(rèn)值是315°；Altitude是高度角，值域范圍0°到90°，默認(rèn)值是45°。

此處需要特殊注意的是比例因子Z factor。當(dāng)DEM的x、y坐標(biāo)單位與z高程的坐標(biāo)單位一致，比例因子Z取默認(rèn)值1即可；如果它們的坐標(biāo)單位不一致，則需要重新設(shè)置比例因子。

本文使用的全球DEM的x、y坐標(biāo)單位為經(jīng)緯度，而z坐標(biāo)單位是米，在設(shè)置比例因子Z的時(shí)候可以參考表2-1的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置[3]。

表2-1 比例因子Z factor對(duì)照表

2.2 ColorMap

ColorMap又稱(chēng)色彩映射表，通過(guò)它可以進(jìn)行圖像分類(lèi)和數(shù)據(jù)分析，尤其適合對(duì)大范圍、漸變效果的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染顯示。本文中對(duì)DEM的渲染是通過(guò)ColorMap完成的。

色彩映射表是與顏色關(guān)聯(lián)的一組RGB值，每個(gè)像素值與一個(gè)RGB相關(guān)聯(lián)。

色彩映射表文件分為*.clr、*.act兩種格式：

*.act是Adobe Photoshop格式文件，非ASCII；

*.clr是ASCII文件，相比.act來(lái)說(shuō)便于閱讀和瀏覽，也比較適合通過(guò)程序來(lái)創(chuàng)建和修改。

打開(kāi)柵格數(shù)據(jù)圖層屬性對(duì)話框，在符號(hào)化選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊Colormap按鈕下拉菜單中的“Import a ColorMap…”，即可為柵格數(shù)據(jù)選擇渲染的色彩映射表。

2.3 柵格數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

盡管ColorMap可以對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染，但是它卻不能處理浮點(diǎn)型的柵格數(shù)據(jù)，如果柵格數(shù)據(jù)是浮點(diǎn)類(lèi)型的，需要對(duì)其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

在ArcGIS的ToolBox工具箱中找到轉(zhuǎn)換工具（Conversion Tools），展開(kāi)轉(zhuǎn)為柵格工具集（To Raster），選擇下面的Float to Raster工具導(dǎo)入柵格數(shù)據(jù)。

3.介紹暈渲制圖方法

下面介紹ArcGIS中兩種常用的暈渲制圖方法，分別為圖層疊加法和鑲嵌數(shù)據(jù)集法。

3.1 圖層疊加法

圖層疊加法是將DEM與提取的山體陰影相疊加，同時(shí)為DEM設(shè)置透明度來(lái)完成暈渲地圖的制作。

首先，使用ArcGIS的空間分析中的山體陰影工具從DEM中提取山體陰影；然后，將山體陰影的拉伸方式設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)差拉伸方式（Standard Deviations）；最后，設(shè)置山體陰影瀏覽顯示時(shí)重采樣方式為雙線性插值方式（Bilinear Interpolation）。

對(duì)山體陰影設(shè)置完后，接下來(lái)是對(duì)DEM的設(shè)置。首先，使用色彩映射表文件對(duì)DEM進(jìn)行渲染；其次，更改DEM瀏覽顯示時(shí)的重采樣方式為雙線性插值方式（Bilinear Interpolation）；最后，調(diào)整DEM的顯示透明度。

3.2 鑲嵌數(shù)據(jù)集法

從ArcGIS 10開(kāi)始，對(duì)柵格數(shù)據(jù)的管理提供了一種新的方式，即鑲嵌數(shù)據(jù)集。使用鑲嵌數(shù)據(jù)集自身的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)山體陰影提取、ColorMap文件渲染、拉伸等功能。

首先，在Geodatabase中創(chuàng)建鑲嵌數(shù)據(jù)集，并將DEM添加到鑲嵌數(shù)據(jù)集中。接下來(lái)，可以使用鑲嵌數(shù)據(jù)集本身功能函數(shù)（圖3-1）來(lái)完成山體陰影提取、渲染等一系列操作[4]。

圖3-1 鑲嵌數(shù)據(jù)集可用功能函數(shù)

使用ColorMap功能（ColorMap Function）導(dǎo)入渲染使用的色彩映射表，再將ColorMap轉(zhuǎn)化為RGB顏色（ColorMap To RGB Function）。

全色銳化功能（Pansharpening Function）對(duì)DEM進(jìn)行處理，并更改權(quán)重模式為簡(jiǎn)單平均值“Simple Mean”。

山體陰影功能（HillShade Function）從DEM中動(dòng)態(tài)提取山體陰影，修改比例因子Z參數(shù)。

啟用拉伸功能（Stretch Function），更改拉伸方式為最值（Minimum-Maximum）拉伸；開(kāi)啟Gamma，并設(shè)置Gamma及波段拉伸最大、最小值等參數(shù)。

4.制圖效果對(duì)比

從兩種制圖效果對(duì)比中不難得出這樣的結(jié)論：雖然使用了相同的數(shù)據(jù)，但鑲嵌數(shù)據(jù)集制圖方法所得到的效果無(wú)論是在色彩的亮度還是飽和度都要好于圖層疊加法所得效果。

產(chǎn)生這種差別的原因在于兩種制圖方式所采用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理方式不一樣。圖層疊加法是在Geodatabase中直接存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)，因而無(wú)法使用鑲嵌數(shù)據(jù)集有關(guān)的功能，在制作暈渲效果地圖時(shí)只能通過(guò)設(shè)置DEM的透明度才能顯示被它所疊蓋的山體陰影，進(jìn)而來(lái)完成在二維地圖中顯示三維地貌信息；所以，DEM色彩的飽和度必然要降低。

而在Geodatabase中建立鑲嵌數(shù)據(jù)集來(lái)管理柵格數(shù)據(jù)，山體陰影可以用鑲嵌數(shù)據(jù)集本身的功能函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)提取；所以，當(dāng)DEM數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)不需要額外考慮山體陰影更新問(wèn)題。更重要的是，無(wú)需設(shè)置透明度就可以對(duì)山體陰影進(jìn)行很好地顯示；而且，鑲嵌數(shù)據(jù)集中全色銳化、拉伸等功能還可以增強(qiáng)暈渲地圖顯示效果，暈渲效果見(jiàn)圖4-1。

圖4-1 鑲嵌數(shù)據(jù)集法對(duì)比疊加法-中國(guó)區(qū)域暈渲地圖

5.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的兩種制圖方法所產(chǎn)生的制圖效果差異并不能說(shuō)明制圖方法本身的優(yōu)與劣，有時(shí)候偏偏需要降低色彩飽和度、亮度等來(lái)滿足地圖特殊的使用要求。總體來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)采用合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模式，使用合適的制圖方法，這樣才能制作出滿足需要的地圖。

【1】陳立、葉積龍.地貌暈渲圖的制作方法探討[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（19）：10447-10448.

【2】仲佳、王永、張立國(guó).利用DEM制作暈渲圖的方法討論[J].2009全國(guó)測(cè)繪科技信息交流會(huì)暨首屆測(cè)繪博客征文頒獎(jiǎng)?wù)撐募?009.

【3】《Setting the Z Factor parameter correctly》，作者Aileen Buckley，網(wǎng)址：http：//blogs.esri. com/esri/arcgis/2007/06/12/setting-the-z-factor-parameter-correctly/

【4】《Combining colored and grayshade rasters with high fidelity》，作者：Rajinder Nagi，網(wǎng)址：http：//blogs.esri.com/esri/arcgis/2012/01/18/combining-colored-and-grayshade-rasters-with-highfidelity/

陶維剛（1972年——），男，遼寧省東港市人，東港市村建辦工作，工程師，本科學(xué)歷，從事工程測(cè)量工作。

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2095-7319（2014）03-0062-04