饒君 魏悅

（江西省自然資源檔案館（江西省地理空間數(shù)據(jù)交換中心） 江西南昌 330025）

1 引言

地貌（地形）暈渲（山體陰影）在地圖制圖中應用非常普遍，往往作為各類地形圖、景觀圖、自然地理圖以及政區(qū)、旅游等地圖的背景，以增加高程信息，讓地圖表現(xiàn)更直觀，從而增強地圖的可讀性。

早期，暈渲地圖一般由制圖學家手工繪制而成，雖然制作周期比較長，但是藝術及綜合效果非常好。隨著計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)代地貌暈渲一般利用DEM 由計算機自動完成，幾乎不需要人工干預就能達到很好的質量水平，新的算法也在不斷融入，如Leland Brown 將紋理暈渲方法引入地貌暈渲生產(chǎn)軟件。

地貌分層設色是基于高程屬性，用不同色調的顏色對應不同的高程來表示地形起伏。該方法歷史悠久，受制圖學家青睞已有150 多年的歷史，上世紀中期，其角色和設計方法受到制圖學界重新審視，主要原因就是單一的高程設色不能精確反映當?shù)氐臍夂詈椭脖恍畔ⅰ?009 年，出現(xiàn)了交叉混合（Crossblended）分層設色。

一般情況下，地貌分層設色往往會疊加暈渲以增加高程信息，之前有學者使用Photoshop 將分層設色以正片疊底方式疊加到灰度暈渲生成彩色暈渲效果[4]，也有學者采用HSV 色彩模型繪制彩色暈渲圖，還有專門的軟件用來生成彩色暈渲圖[5]。自上世紀80 年代以來，國內(nèi)外相關機構和制圖專家一直在研究探索制作3D 地形圖（鳥瞰圖）。

為了同時表示出高程起伏細節(jié)與生動的色彩，借助Photoshop 圖層混合模式和色階調整功能，本文提出一種迭代自適應方法將灰度暈渲與高程分層設色（或其它類型的地圖圖層）疊加來生產(chǎn)彩色暈渲。

2 Photoshop 混合模式介紹

混合模式是Photoshop 的一個菜單，出現(xiàn)在軟件的多個地方，一是使用PS 畫筆工具時，其選項工具欄里有混合模式列表，它會決定您所使用的畫筆與其所在的圖層現(xiàn)有的像素如何交互（混合）。二是出現(xiàn)圖層面板上方，主要影響某個圖層與其底下圖層的混合模式。還有在軟件其他地方，如填充、濾鏡等操作，這里我們主要關注圖層的混合模式。

展開Photoshop 圖層混合下拉列表我們可以看到Photoshop 提供了數(shù)十種混合模式，每一種的算法不一樣，但大體可分為六大類，軟件中用分隔線隔開。主要說明如下（表1）：

表1 Photoshop 圖層混合模式功能分類及實現(xiàn)效果說明

如下是應用不同類型的混合模式的效果如圖1。

圖1 不同的混合模式效果對比

3 自適應疊加生成彩色暈渲技術流程

3.1 陰影區(qū)（暗區(qū)）的混合疊加流程

先將暈渲圖層的混合模式設置為“線性加深”，在該模式下，結果會根據(jù)暈渲圖層的灰度進行線性加深，顏色越深，變暗程度越大，如果暈渲圖為白色的話，那么混合后底圖顏色不會變化如圖2。

圖2 “線性加深”混合疊加

如果想讓有陰影的山區(qū)變暗，但是不想讓平地變暗，如上圖中的藍色部分，可以通過調整黑白暈渲圖層的灰度，使該層的亮色（光照）區(qū)域變?yōu)榧儼咨@樣就不會對下邊的分層設色圖層有加深效果，由色階調整工具達到此目標。具體步驟如下：

1）在圖層面板中選中暈渲圖層；

2）在主菜單中，選擇“圖層——新建調整圖層——色階…”，命名為“陰影色階”，在屬性面板中，將直方圖下方最右側的滑塊調整至直方圖頂點正下方的位置如圖3。

圖3 暈渲圖層色階調整（亮區(qū)變白）

該操作將暈渲圖層的平地（灰度偏亮的區(qū)域）變成白色，這樣該區(qū)域在與下面圖層混合時，不會有變暗效果。

3）將光標放在陰影色階調整圖層與暈渲圖層的中間位置，然后按住Alt 鍵（Windows），當光標出現(xiàn)向下的箭頭形狀時，單擊，使該調整圖層僅作用于其下方的第一個圖層（黑白暈渲圖層）。

3.2 光照區(qū)（亮區(qū)）的混合疊加流程

經(jīng)過上述應用“線性加深”混合疊加，陰影區(qū)有了較好的起伏效果，同時經(jīng)過給暈渲圖層運用色調調整效果，使得光照區(qū)域沒有變暗，但發(fā)現(xiàn)有些平坦地區(qū)的高程起伏細節(jié)信息丟失了，如下圖左上角的河谷地區(qū)，右圖的丘陵地帶中的平地，如圖4 所示。

圖4 平原區(qū)域細節(jié)損失部分

為了反映上述光照區(qū)域的起伏細節(jié)信息，可以做一個與陰影區(qū)域相反的混合模式——濾色（英文稱為Screen）。在該混合模式下，暈渲圖層中的黑色部分不會對下邊圖層色調有影響，其他色調將對下方圖層有一個“變亮”的效果，色調越淺，混合后變亮效果越明顯。

首先，對暈渲圖層做一份拷貝，然后用色階功能將暈渲圖層中的暗色(陰影)部分都變黑，保留亮色（光照）部分的紋理，再應用“濾色”模式，具體步驟如下：

1）在Photoshop 圖層面板中，按住鍵盤的Alt鍵，然后點擊并拖動暈渲圖層到最上面，生成拷貝圖層，雙擊圖層名稱，將名稱改為“高亮區(qū)”。將下面的暈渲圖層改為“陰影區(qū)”；

2）隱藏陰影區(qū)圖層和陰影色階圖層；將高亮區(qū)圖層的混合模式設置為“濾色”；

3）將高亮區(qū)圖層的混合模式設置為正常模式，然后在主菜單中，選擇“圖層——新建調整圖層——色階…”，命名為“高亮色階”。將直方圖下方最左邊的滑塊向右滑至直方向最高點的正下方（也可以記下前面對應的數(shù)值），如圖5 所示。

圖5 暈渲圖層色階調整（暗區(qū)變黑）

這樣暈渲圖層中只有高亮區(qū)才有細節(jié)紋理信息，暗色區(qū)域全變?yōu)楹谏?/p>

4）將光標移到“高亮色階”靠近“高亮區(qū)”圖層位置，然后按住Alt 鍵，當光標變?yōu)橄蛳录^圖標時，單擊，讓“高亮色階”圖層只影響下面的高亮區(qū)圖層。然后將高亮區(qū)圖層混合模式設置為“濾色”。

這個結果對暈渲圖層的高光區(qū)（平地）實現(xiàn)了較好的效果。最后，將陰影區(qū)和陰影色階圖層顯示，完成兩者的疊加。

如果我們將高亮色階和高亮區(qū)圖層切換隱藏和顯示的狀態(tài)，可以看到加了高亮區(qū)的混合之后，平地的細節(jié)信息就顯示出來了如圖6。

圖6 “濾色”混合疊加增強了平原區(qū)的細節(jié)

這樣就基本完成了地形暈渲與分層設色圖層比較理想的混合疊加。在此基礎上，如果還需要作進一步的調整，可以直接調整兩個色階調色圖層的直方圖，如讓高亮區(qū)多一些或陰影區(qū)多一些，也可以調整兩個暈渲圖層的透明度。

4 結束語

通過對地形暈渲圖層做了兩個拷貝，其中一個混合模式設置為“線性加深”，用于給分層設色圖層疊加陰影效果，另一個混合模式設置為“濾色”，用于增加高亮區(qū)（平地）的地形細節(jié)，分別給每個暈渲圖層都添加了色階調整圖層，調整設置為“線性加深”的暈渲圖層的色階以使其只影響陰影部分，調整設置為“濾色”模式的暈渲圖層的色階確保其只影響高亮部分。通過這種設置，讓平地地形區(qū)域的顏色保持或接近原來的顏色，然后在山地的陰影區(qū)或向陽區(qū)適當增加陰影和光照，最終達到一個較好的效果。

本文提出的方法也適用于暈渲與其他類型的柵格圖層（如影像/地表覆蓋/政區(qū)等）進行疊加的情況。