Terénní kartografie - Terrain cartography

Pro širší pokrytí tohoto tématu viz Kartografický design.
Viz také: Vykreslování terénu
USGS topografická mapa Stowe, Vermont s vrstevnicemi v 20 stopových intervalech

Terénní kartografie nebo mapování reliéfu je zobrazení tvaru povrchu Země na mapě pomocí jedné nebo více z několika vyvinutých technik. Terén nebo úleva je podstatným aspektem fyzická geografie, a jako takové představuje jeho zobrazení ústřední problém v kartografický design a nověji geografické informační systémy a geovizualizace.

Hill profily

Z mapy 1639 z Hispaniola podle Johannes Vingboons, ukazující použití profilů kopců

Nejstarší forma reliéfního zobrazení v kartografii, profily kopců jsou jednoduše ilustrace hor a kopců v profilu, umístěné podle potřeby na obecně malých mapách (široká oblast pokrytí). Dnes se používají jen zřídka, pouze jako součást „starožitného“ stylu.

Fyziografické ilustrace

Sekce Raiszovy mapy severozápadních Spojených států z roku 1941, ukazující jeho styl ilustrace reliéfu.

V roce 1921 A.K. Lobeck zveřejněn Fyziografický diagram Spojených států, používající pokročilou verzi techniky kopcového profilu k ilustraci rozložení reliéfu na mapě malého rozsahu.[1]. Erwin Raisz dále rozvíjet, standardizovat a učit tuto techniku, která k napodobování používá zobecněnou texturu landform tvary na velké ploše.[2] Tento styl reprezentace terénu, který je kombinací profilu kopce a stínovaného reliéfu, je pro svého tvůrce současně idiosynkratický - často ručně malovaný - a je vhodný pro ilustraci geomorfologické vzory.

Naplánujte šikmý reliéf

Webová verze Pattersona Fyzická mapa Coterminous USA s šikmým reliéfem plánu. Všimněte si vzhledu skalnaté hory ve verzi v plné velikosti.

Poslední dobou, Tom Patterson vyvinul počítačově generovanou techniku ​​pro mapování terénu inspirovanou Raiszovou prací, tzv plán šikmý reliéf.[3] Tento nástroj začíná stínovaným reliéfním obrázkem a poté posouvá pixely na sever úměrně jejich výšce. Výsledkem je, že hory „vstanou“ a „položí“ rysy na sever, stejně jako profily kopců. Někteří diváci dokážou efekt vidět snadněji než ostatní.

Hachures

Dufour mapa Bern (1907); toto je stínovaná mapa hachure.
Hlavní článek: Mapa Hachure

Hachures, které poprvé standardizoval rakouský topograf Johann Georg Lehmann v roce 1799, jsou formou stínování pomocí čar. Ukazují orientaci svahu a svou tloušťkou a celkovou hustotou poskytují obecný pocit strmosti. Jelikož jsou nečíselné, jsou pro vědecký průzkum méně užitečné než obrysy, ale mohou úspěšně komunikovat zcela konkrétní tvary terénu.[2] Jsou obzvláště účinné při vykazování relativně nízkého reliéfu, jako jsou kopce. Byl to standard na topografických mapách Německa až do 20. století.

Bylo několik pokusů o obnovení této techniky pomocí digitálních dat GIS se smíšenými výsledky.

Obrysové čáry

Hlavní článek: Vrstevnice

Poprvé vyvinut ve Francii v 18. století, vrstevnice (nebo izohypsy) jsou izoliny stejné výšky. Toto je nejběžnější způsob kvantitativní vizualizace nadmořské výšky, který je znám topografické mapy.

Většina z 18. a počátku 19. století národní průzkumy nezaznamenal úlevu v celé oblasti pokrytí, počítal pouze výškové body v bodech průzkumu. The Geologický průzkum Spojených států (USGS) topografické mapové mapy zahrnovaly vrstevnicovou reprezentaci reliéfu, a tak se mapy, které ukazují reliéf, zejména s přesnou reprezentací výšky, začaly v oblasti Spojené státy a použití se rozšířilo mezinárodně.

Siegfried mapa Bernina Pass (1877) s černými, modrými a hnědými vrstevnicemi v 30metrových intervalech

Na mapách od Swisstopo, barva vrstevnic se používá k označení typu terénu: černá pro holé kameny a sutina, modrá pro obrysy ledu a pod vodou a hnědá pro zemi pokrytou zemi.[4]

Kontury Tanaka (reliéf)

The Kontury Tanaka (reliéf) Technika je metoda používaná k osvětlení vrstevnic za účelem vizualizace terénu. Čáry jsou zvýrazněny nebo zastíněny v závislosti na jejich vztahu ke zdroji světla na severozápadě. Pokud by zobrazovaný objekt stínoval část vrstevnice, byla by tato kontura znázorněna černým pruhem. Jinak by svahy obrácené ke zdroji světla byly představovány bílými pruhy.

Tuto metodu vyvinul profesor Tanaka Kitiro v roce 1950, ale byla experimentována již v roce 1870, ale s malým úspěchem kvůli technologickým omezením v tisku. Výsledným terénem v tomto bodě byl obraz ve stupních šedi.[5] Kartograf Berthold Horn později vytvořil software pro digitální produkci Tanaka Contours a Patrick Kennelly, další kartograf, později našel způsob, jak těmto mapám přidat barvu, aby byly realističtější.[6]

U této metody existuje řada problémů. Historicky tisková technologie nereprodukovala obrysy Tanaka dobře, zejména bílé čáry na šedém pozadí. Tato metoda je také velmi časově náročná. Terasový vzhled navíc v některých druzích terénu nevypadá lákavě ani přesně.[7]

Hypsometrické odstíny

Hlavní článek: Hypsometrické odstíny

Hypsometrické odstíny (nazývané také tónování vrstev, tónování výšek, výškové vybarvení nebo hysometrické vybarvení) jsou barvy umístěné mezi vrstevnice indikovat nadmořská výška. Tyto odstíny jsou zobrazeny jako barevné pruhy v odstupňovaném schématu nebo jako barevné schéma aplikováno na samotné vrstevnice; každá metoda je považována za typ Izaritmická mapa. Hypsometrické tónování map a koule je často doprovázena podobnou metodou batymetrický tónování pro vyjádření rozdílů v hloubce vody.

Stínovaná úleva

Nahoře: mapa Lake Mead plocha.
Dole: stejná mapa se slunečním stínováním.

Stínovaná úleva, nebo stínování kopců, ukazuje tvar terénu realistickým způsobem tím, že ukazuje, jak by byl trojrozměrný povrch osvětlen z bodového světelného zdroje. The stíny běžně dodržovat konvenci z osvětlení vlevo nahoře ve kterém je světelný zdroj umístěn v levém horním rohu mapy. Pokud je mapa orientované se severem nahoře, výsledkem je, že světlo vypadá, že přichází ze severozápadu. Ačkoli se jedná o nereálné osvětlení na severní polokouli, použití jižního zdroje světla může způsobit vícestupňové vnímání iluze, ve kterých se topografie jeví jako obrácená.[8]

Stínovaná úleva byla tradičně kreslena pomocí dřevěné uhlí, airbrush a další média umělce. Švýcarský kartograf Eduard Imhof je všeobecně považován za mistra manuální techniky a teorie stínování kopců. Stínovaný reliéf je dnes téměř výlučně generován počítačem digitální výškové modely (DEM). Matematický základ analytické stínování je vypočítat povrch normální na každém místě, pak pomocí funkce. vypočítejte úhel mezi tímto vektorem a vektorem směřujícím k osvětlení Tečkovaný produkt; čím menší je tento úhel, tím více osvětlení dané místo přijímá. Většina softwarových implementací však používá algoritmy, které tyto výpočty zkrátí. Tento nástroj je k dispozici v různých GIS a grafickém softwaru, včetně Photoshop, QGIS, GRASS GIS nebo ArcMap Rozšíření Spatial Analyst.

Zatímco tyto relativně jednoduché nástroje způsobily, že stínovaný reliéf je v mapách téměř všudypřítomný, mnoho kartografů s tímto výrobkem nebylo spokojeno a vyvinuli techniky ke zlepšení jeho vzhledu, včetně následujících:

Osvětlené stínování

Příspěvky Imhofu zahrnovaly vícebarevný přístup k stínování, s fialovými v údolích a žlutými na vrcholcích, což je známé jako „osvětlené stínování“. Osvětlení stran terénu obrácených ke zdroji světla žlutými barvami poskytuje větší realismus (protože přímé sluneční světlo je více žluté a okolní světlo je více modré), zvyšuje pocit trojrozměrné povahy terénu a zvětšuje mapu esteticky a umělecky vypadající.[9] Při digitálním opětovném vytvoření práce bylo učiněno mnoho práce Eduard Imhof, který byl v některých případech docela úspěšný.[10]

Vícesměrné stínování

Národní park Zion, Utah, znázorňující účinek vícesměrného stínování. Vlevo: jeden světelný zdroj, standardní severozápadní azimut; Střední: průměr ze dvou světelných zdrojů, severozápad + svislý; Vpravo: průměrně 32 světelných zdrojů ze všech směrů, ale soustředěno na severozápad, každý s přidanými stíny. Všimněte si klesající ostrosti, zvyšujícího se realismu a zvyšující se jasnosti útesů, kaňonů a hor v této oblasti s více než 1 000 m místního reliéfu.

Běžnou kritikou počítačově generovaného analytického stínování je jeho ostrý, umělý vzhled, ve kterém svahy obrácené ke světlu jsou plné bílé a svahy odvrácené jasně černé. Raisz to nazval „plastovým stínováním“ a další řekli, že to vypadá jako měsíční krajina.[2] Jedním z řešení je začlenit více směrů osvětlení, které napodobují účinek okolního osvětlení a vytvářejí mnohem realističtěji vypadající produkt. Bylo navrženo několik technik, včetně použití Geografické informační systémy software pro generování více stínovaných reliéfních obrazů a jejich průměrování dohromady pomocí 3D modelovacího softwaru vykreslení terénu,[11] a vlastní softwarové nástroje k napodobování přirozeného osvětlení pomocí až stovek jednotlivých zdrojů.[12] Bylo zjištěno, že tato technika je nejúčinnější pro velmi členitý terén ve středních měřítcích 1: 30 000 až 1: 1 000 000.

Mapování textury / nerovnosti

Mapa Národní park Crater Lake, Oregon, pomocí mapování textury k jemnému označení vegetačního krytu
Hlavní článek: Bump mapping

Je možné vytvořit terén realističtějším napodobením trojrozměrného vzhledu nejen holého povrchu země, ale také prvků pokrývajících tento povrch země, jako jsou budovy a rostliny. Mapování textur nebo bump mapping je technika adaptovaná z Počítačová grafika který přidává vrstvu stínované textury k stínovanému povrchovému reliéfu, který napodobuje vzhled místního krajinného pokryvu.[13] Tuto texturu lze generovat několika způsoby:

  • Substituce textury: Kopírování, abstrahování a slučování snímků krajinného pokryvu dálkovým průzkumem.[14]
  • Generování textury: Vytvoření simulované elevační vrstvy krajinného pokryvu v GIS, jako je náhodný rozptyl „stromů“, poté generování stínovaného reliéfu.[15]
  • Měření výšky: Zejména použití technik dálkového průzkumu s jemným rozlišením Lidar a drony přímo nebo nepřímo (prostřednictvím Fotogrammetrie ) změřte výšku a / nebo tvar prvků krajinného krytu a zatemněte tento výškový povrch.

Tato technika je nejužitečnější při vytváření realistických map v relativně velkých měřítcích 1: 5 000 až 1: 50 000.

Rozlišení míchání nebo narážení

Ilustrace techniky narážení rozlišení stínovaného reliéfu, Bitterroot hory a Řeka lososa, Montana /Idaho. Vlevo: stínovaný reliéf s rozlišením 200 m, uprostřed: stínovaný reliéf po 7 000 m vyhlazovacím filtru, vpravo: mix 65% / 35%. Původní obrázek vypadá jednotně členitý, zatímco obrázek vpravo zdůrazňuje větší hory a kaňony.

Jednou výzvou se stínovaným reliéfem, zejména v malém měřítku (1: 500 000 nebo méně), je, že tato technika je velmi dobrá při vizualizaci místního (vysokofrekvenčního) reliéfu, ale nemusí účinně vykazovat větší rysy. Například členitá oblast kopců a údolí bude vykazovat stejnou nebo větší variabilitu než velká, hladká hora. Resolution bumping je hybridní technika vyvinutá společností NPS kartograf Tom Patterson ke zmírnění tohoto problému.[16] DEM s jemným rozlišením se zprůměruje u silně vyhlazené verze (tj. Výrazně hrubší rozlišení). Když se na to použije algoritmus Hillshading, má to za následek smíchání jemných detailů původního modelu terénu se širšími rysy vyvedenými vyhlazeným modelem. Tato technika funguje nejlépe v malém měřítku a v regionech, které jsou trvale odolné.

Šikmý pohled

1618 šikmá mapa Paříž podle Claes Jansz. Visscher.
Hlavní článek: Obrázková mapa

Trojrozměrný pohled (promítnutý na dvourozměrné médium) na povrch Země spolu s geografickými rysy spočívajícími na ní. Představené letecké pohledy na města byly poprvé vytvořeny pozdě Středověk, ale tyto „pohledy z ptačí perspektivy“ se staly velmi populární v USA Spojené státy během 1800. Příchod GIS (zejména nedávné pokroky v 3D a globální vizualizaci) a Software pro 3D grafické modelování učinil výrobu realistických leteckých pohledů relativně snadnou, i když provedení kvality Kartografický design na těchto modelech zůstává výzvou.[17]

Mapa se zvýšeným reliéfem

Ručně vyrobená mapa reliéfu vyvýšeného reliéfu Vysoké Tatry v měřítku 1:50 000
Hlavní článek: Mapa se zvýšeným reliéfem

Toto je mapa, na které je reliéf zobrazen jako trojrozměrný objekt. Nejintuitivnějším způsobem, jak líčit úlevu, je napodobit ji v měřítku. Ručně vyráběné diorámy se v Číně mohou datovat do roku 200 př. Nl, ale masová výroba byla k dispozici až v roce druhá světová válka s vynálezem vakuově tvarované plastové mapy, a počítačové obrábění efektivně vytvářet formy. Obrábění se také používá k vytváření velkých vlastních modelů ze substrátů, jako je pěna s vysokou hustotou, a může je dokonce barvit na základě leteckého fotografování umístěním tiskové hlavy [[Inkjet printing | inkjet printthead “na obráběcí zařízení. Příchod 3D tisk představil mnohem ekonomičtější způsob výroby map se zvýšeným reliéfem, ačkoli většina 3D tiskáren je příliš malá na to, aby efektivně produkovala velká dioráma.

Skeletální, strukturální nebo zlomené čáry

Zdůrazňuje hydrologické drenážní předěl a povodí.

Fóra a sdružení

Zobrazení úlevy je zvláště důležité v hornatý regionech. The Komise pro horskou kartografii z Mezinárodní kartografická asociace je nejznámější fórum pro diskusi o teorii a technikách mapování těchto regionů.

Viz také

Reference

  1. ^ Lobeck, A.K. (1921) Fyziografický diagram Spojených států, AJ. Nystrom & Co., digitální skenování v David Rumsey Map Collection, seznam č. 7129 000
  2. ^ A b C Raisz, Erwin (1948). Obecná kartografie (2. vyd.). McGraw-Hill. 103–123.
  3. ^ Jenny, Bernhard; Patterson, Tom (2007). „Představujeme plán šikmé pomoci“ (PDF). Kartografické perspektivy (57): 21.
  4. ^ Swisstopo, Konvenční značky Archivováno 2008-05-28 na Wayback Machine.
  5. ^ Základy kartografie. Misra R. P. a A. Ramesh. Concept Publishing Company. 1989. str. 389-390
  6. ^ Patrick Kennelly & A. Jon Kimerling (2001) Modifications of Tanaka's Illuminated Contour Method, Cartography and Geographic Information Science, 28: 2, 111-123.
  7. ^ „RELIEF (TERRAIN) DEPICTION.“ UNBC GIS LAB: GIS a dálkový průzkum Země. University of Northern British Columbia, n.d. Web. 28. září 2013.
  8. ^ Eduard Imhof (01.06.2007). Prezentace kartografického reliéfu. Esri Pr. ISBN  978-1-58948-026-1.
  9. ^ Jenny, Bernhard; Hurni, Lorenz (2006). „Stínování barevného reliéfu ve švýcarském stylu modulované nadmořskou výškou a expozicí osvětlení“. Kartografický deník. 43 (3): 198–207. doi:10.1179 / 000870406X158164.
  10. ^ Tom Patterson, „Podívejte se na světlo: Jak vytvořit osvětlený stínovaný reliéf ve Photoshopu 6.0,“ http://www.shadedrelief.com/illumination/ (zpřístupněno 30. října 2017).
  11. ^ Huffman, Daniel P. (2014) Stínovaná úleva v mixéru, 9. díl ICA Mountain Cartography Workshop
  12. ^ Kennelly, J., & Stewart, J. (2006). Jednotný model osvětlení oblohy pro posílení stínování terénu a městských oblastí. Kartografie a geografická informační věda, 33 (1), 21–36. https://doi.org/10.1559/152304006777323118.
  13. ^ Blinn, James F. „Simulace zvrásněných povrchů“, Computer Graphics, roč. 12 (3), str. 286-292 SIGGRAPH -ACM (srpen 1978)
  14. ^ Patterson, Tom (2002). „Získání skutečné hodnoty: odraz na novém vzhledu map služeb národního parku“. Kartografické perspektivy (43): 43–56. doi:10.14714 / CP43.536.
  15. ^ Nighbert, Jeffrey (2000). „Použití snímků dálkového průzkumu Země k texturování reliéfu tónované vrstvy“. Kartografické perspektivy (36): 93. doi:10.14714 / CP36.827.
  16. ^ Patterson, Tom., „Rozlišení narážející na GTOPO30 ve Photoshopu: Jak zvýšit čitelnost Vysokých hor“, http://www.shadedrelief.com/bumping/bumping.html (přístupné 24. září 2012)
  17. ^ Patterson, Tom (2005). „Podíváme se blíže: Průvodce pohledem na kulturní a historická místa služby národního parku z ptačí perspektivy“. Kartografické perspektivy (52): 59–75. doi:10.14714 / CP52.379.

externí odkazy