基于Arc GIS平臺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）

基于Arc GIS平臺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)用越來越廣泛，不同類型地圖風(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，通過對使用數(shù)字高程模型（DEM）、色彩映射表（ColorMap）等制作暈渲地圖過程的分析研究，得出從數(shù)據(jù)存儲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法通過DEM來展現(xiàn)相關(guān)的地形地貌。使用ArcGIS平臺軟件，可以在DEM基礎(chǔ)上提取山體陰影來制作暈渲地圖，進(jìn)而實現(xiàn)了以二維的地圖形態(tài)來顯示三維的地貌信息[1-2]。傳統(tǒng)的通過山體陰影和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傳統(tǒng)制圖方法所帶來的缺陷。

本文以全球暈渲地圖制作為例，對上述兩種制圖過程進(jìn)行對比，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

暈渲地圖是通過山體陰影來展現(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)來模擬太陽光照大地產(chǎn)生的陰影效果來表達(dá)地表起伏情況的。在ArcGIS中可以利用ToolBox工具基于DEM來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對照表

2.2 ColorMap

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

色彩映射表是與顏色關(guān)聯(lián)的一組RGB值，每個像素值與一個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來說便于閱讀和瀏覽，也比較適合通過程序來創(chuàng)建和修改。

打開柵格數(shù)據(jù)圖層屬性對話框，在符號化選項卡中點擊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可以對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染，但是它卻不能處理浮點型的柵格數(shù)據(jù)，如果柵格數(shù)據(jù)是浮點類型的，需要對其進(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，同時為DEM設(shè)置透明度來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重采樣方式為雙線性插值方式（Bilinear Interpolation）。

對山體陰影設(shè)置完后，接下來是對DEM的設(shè)置。首先，使用色彩映射表文件對DEM進(jìn)行渲染；其次，更改DEM瀏覽顯示時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開始，對柵格數(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)集自身的功能來實現(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，可以使用鑲嵌數(shù)據(jù)集本身功能函數(shù)（圖3-1）來完成山體陰影提取、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DEM進(jìn)行處理，并更改權(quán)重模式為簡單平均值“Simple Mean”。

山體陰影功能（HillShade Function）從DEM中動態(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.制圖效果對比

從兩種制圖效果對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)存儲管理方式不一樣。圖層疊加法是在Geodatabase中直接存儲柵格數(shù)據(jù)，因而無法使用鑲嵌數(shù)據(jù)集有關(guān)的功能，在制作暈渲效果地圖時只能通過設(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)來動態(tài)提??；所以，當(dāng)DEM數(shù)據(jù)發(fā)生變化時不需要額外考慮山體陰影更新問題。更重要的是，無需設(shè)置透明度就可以對山體陰影進(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暈渲地圖顯示效果，暈渲效果見圖4-1。

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

5.結(jié)束語

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明制圖方法本身的優(yōu)與劣，有時候偏偏需要降低色彩飽和度、亮度等來滿足地圖特殊的使用要求?？傮w來說，應(yīng)根據(jù)實際情況來采用合適的數(shù)據(jù)存儲管理模式，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.利用DEM制作暈渲圖的方法討論[J].2009全國測繪科技信息交流會暨首屆測繪博客征文頒獎?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，從事工程測量工作。

P285

B

2095-7319（2014）03-0062-04