基于MapGIS的地圖美學(xué)研究與實踐

孟慶潔，陳 林

(上海師范大學(xué)旅游學(xué)院，上海200234)

信息技術(shù)的發(fā)展以及人們對地圖審美要求的提高，為地圖美學(xué)研究提供了新的動力。第一任ICA主席曾指出:“地圖學(xué)不是一門純粹的技術(shù)科學(xué)，而是一門美術(shù)傾向很強的技術(shù)科學(xué)，地圖是帶有強烈藝術(shù)傾向的科學(xué)作品［1］。”也就是說，真正優(yōu)秀的地圖作品能把表現(xiàn)客觀事物本質(zhì)規(guī)律的科學(xué)性與展現(xiàn)地圖美感的藝術(shù)性完美結(jié)合起來。

1 地圖美學(xué)研究現(xiàn)狀

近年來，不少專家學(xué)者已經(jīng)開始關(guān)注地圖美學(xué)研究，主要集中在以下幾方面。

(1)地圖設(shè)計水平影響讀者對地圖的認(rèn)知，進而影響地圖信息傳送的結(jié)果。地圖作為一種視覺化產(chǎn)品，它的信息傳遞是地圖設(shè)計者的思想在地圖讀者視覺感受中的體現(xiàn)，讀者視覺感受的效果是地圖信息傳遞成敗和效率高低的關(guān)鍵［2］。

(2)地圖的美學(xué)設(shè)計是地圖設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，具有不同的表現(xiàn)形式及實現(xiàn)途徑［3］。地圖的美主要指地圖科學(xué)美和地圖藝術(shù)美［4］。地圖科學(xué)美表現(xiàn)為內(nèi)容結(jié)構(gòu)的簡單性、和諧性、統(tǒng)一整體性等，而地圖藝術(shù)美主要體現(xiàn)在符號和色彩上。地圖符號隨著三維圖示技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)三維表達(dá)的趨勢［5］。地圖色彩具有重要的作用［6］，中西方色彩的象征意義不同，地圖色彩的表示方式也不盡相同［7］。可以利用類似色與同種色、對比色與互補色以及特征色與其他色彩的三種方法進行配色［8］;涉及符號、注記及塊狀色彩填充等細(xì)節(jié)的色彩設(shè)計［9］;同時，隨著信息技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，人們對地圖設(shè)色也提出新的要求。

(3)現(xiàn)代地理信息技術(shù)的發(fā)展及其相關(guān)軟件的成熟，使人們能夠更為準(zhǔn)確、客觀地在地圖上表達(dá)地理實體。如顯示效果、顯示速度、圖例美觀、動態(tài)注記等因素的地圖可視化質(zhì)量不斷提高［10］。

本文以“天津市濱海中心商務(wù)區(qū)交通圖”的制作為例，借助MapGIS K9軟件，對地圖美學(xué)研究進行了一些技術(shù)嘗試。

2 地圖美的表現(xiàn)方法

2.1 地圖符號

地圖符號是在地圖上用以表示各種空間對象的圖形記號［11］。地圖符號的作用，一是反映地理實體的空間分布情況;二是通過合理的符號設(shè)計展現(xiàn)地圖的藝術(shù)性，給讀者帶去美的視覺享受。

2.2 地圖色彩

地圖色彩是地圖語言的重要內(nèi)容［11］。地圖色彩的作用，一是通過類似色與對比色的設(shè)置，使地圖具有整體感和差異感，增強地圖的表現(xiàn)力;二是將不同色彩運用到同一種符號中代表不同的空間對象，簡化地圖符號系統(tǒng)，如同一種線符號，用灰白相間表示鐵路，用藍(lán)色表示水運航道，用深藍(lán)色表示輕軌。

2.3 地圖顯示效果優(yōu)化

地圖顯示效果優(yōu)化是地圖配置非常重要的一部分內(nèi)容［12］。在借助制圖軟件制圖的過程中常常會遇到線條生硬、地圖要素顯示不符合實際情況等問題。為解決這些問題，需要采取一系列優(yōu)化方法來改善地圖的顯示效果。對紙質(zhì)地圖用戶而言，地圖顯示效果優(yōu)化有助于用戶獲得更科學(xué)美觀的地圖，為他們的工作生活提供參考;對電子地圖用戶而言，地圖顯示效果優(yōu)化能使用戶獲得更友好的參考數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的查詢、分析等操作。

3 地圖美學(xué)實踐

3.1 軟件平臺介紹

MapGIS是中國地質(zhì)大學(xué)自主研發(fā)的一款集當(dāng)代先進的圖形、圖像、地質(zhì)、地理、遙感、測繪、人工智能、計算機科學(xué)于一體的大型智能軟件系統(tǒng)［13］。筆者選用的MapGIS K9版本比以往版本更加關(guān)注細(xì)節(jié)。

3.2 研究區(qū)概況

天津市濱海中心商務(wù)區(qū)是濱海新區(qū)九個經(jīng)濟功能區(qū)之一(圖1)，位于濱海新區(qū)的核心地帶，是天津濱海新區(qū)發(fā)展國際金融、國際貿(mào)易和高端服務(wù)業(yè)的聚集區(qū)，是濱海新區(qū)金融改革創(chuàng)新基地和未來城市形象標(biāo)志區(qū)［14］。

圖1 濱海中心商務(wù)區(qū)位置圖

3.3 地圖美學(xué)實踐

3.3.1 系統(tǒng)庫創(chuàng)建

當(dāng)軟件默認(rèn)的符號庫、顏色庫、字體庫不能滿足地圖設(shè)計者需求時，一般需要創(chuàng)建自己的系統(tǒng)庫。Map-GIS K9軟件安裝完成后，Clib與Slib文件夾會出現(xiàn)在安裝目錄下。它們包含系統(tǒng)庫，其中包括顏色、符號和字體。當(dāng)新建系統(tǒng)庫時，在新建的系統(tǒng)庫文件夾下需要同時創(chuàng)建Clib和Slib兩個文件夾，然后把默認(rèn)的符號庫和字體庫復(fù)制進去。具體操作如下:在安裝目錄下，將Slib中的gissymbol.sym和Pcolor.lib復(fù)制到新建的Slib中，并將Clib中的Mapfont70.gis文件復(fù)制到新建的Clib中。完成系統(tǒng)庫創(chuàng)建后，需要在地圖編輯器中打開目錄設(shè)置，選擇指定的Clib和Slib文件夾存儲位置，完成當(dāng)前系統(tǒng)庫設(shè)置。系統(tǒng)庫管理集符號庫、顏色庫、字體庫管理于一體，其中，符號庫管理能方便地圖設(shè)計者設(shè)計自己所需的符號以及修改默認(rèn)符號庫中的部分符號;顏色庫管理能使地圖設(shè)計者采用設(shè)置CMYK或RGB值的方式增加色標(biāo)至不同的系統(tǒng)庫中;字體庫管理能夠使用戶根據(jù)Windows中安裝的字體來自定義地圖注記的字體。

3.3.2 地圖符號設(shè)計

(1)符號的形狀

符號形狀設(shè)計應(yīng)遵循以下兩條原則:其一，設(shè)計的符號要盡可能與符號代表的現(xiàn)實實物意義相似，增強符號的表達(dá)效果，以便于讀者看到地圖符號就能迅速聯(lián)想到現(xiàn)實實體;其二，設(shè)計的符號要求簡單抽象，先舍去詳細(xì)復(fù)雜的細(xì)節(jié)，后用藝術(shù)手法進行美化。在符號庫管理中，筆者根據(jù)上述原則設(shè)計了一些點狀符號，如用圓內(nèi)繪制一個“文”字來表示學(xué)校，用矩形內(nèi)繪制一個“P”字母來表示停車場。

(2)符號的尺寸

對紙張地圖而言，符號尺寸易受地圖用途、性質(zhì)、比例尺等的影響，而且符號尺寸的設(shè)計關(guān)乎地圖要素分布的合理性和地圖顯示的美觀。電子地圖具有放大、縮小、漫游等功能，所以符號尺寸設(shè)計還要考慮屏幕分辨率的大小，分辨率越高，符號尺寸越大。筆者結(jié)合此次實踐中地圖1:10000的比例尺和點狀要素的分布情況，將符號的高和寬都設(shè)計在50毫米左右。當(dāng)?shù)貓D的比例尺大于等于1:100000時，可以將該大比例尺地圖的具體比例尺大小與1:10000相比較，設(shè)置相應(yīng)大小的地圖符號;當(dāng)?shù)貓D為中、小比例尺地圖時，點狀符號堆疊在一起，非常不美觀。筆者通過設(shè)置點要素層的最小顯示比率來解決這一問題，也就是說，當(dāng)?shù)貓D顯示的比例尺小于該最小顯示比時，點狀要素將不會顯示在地圖上;只有當(dāng)?shù)貓D顯示的比例尺大到一定程度，即大于最小顯示比率時，點狀要素才會顯示在地圖上。

(3)符號的色彩

色彩是構(gòu)成地圖符號的最基本要素。在符號設(shè)計中合理利用色彩，不僅能夠簡化符號系統(tǒng)，而且能夠增強地圖符號的美感，提高地圖的表達(dá)效果。符號色彩設(shè)計應(yīng)遵循以下兩條原則:其一，注重色彩的象征意義，設(shè)計的符號色彩應(yīng)盡量與實際事物所顯示的色彩相同或相似;其二，注重符號色彩種類的選擇，種類不宜過多，防止因色彩種類采用過度而破壞地圖美感。筆者在符號色彩設(shè)計中遵循上述原則，如停車場用藍(lán)底白字表示，醫(yī)院用紅底白字表示，與它們在現(xiàn)實生活中代表的形象一致，而且單個符號一般采用1～2種顏色，最多不超過3種。

3.3.3 地圖色彩設(shè)計

(1)突出主題要素

堅持從整體到局部的原則，先確定地圖顏色的總基調(diào)，再進行局部設(shè)色。對于主題要素，多使用原色或暖色，而對于非主題要素，多使用中性色或復(fù)色。與間色和復(fù)色相比，原色能給人留下更深的印象，合理使用原色便于讀者準(zhǔn)確把握主題。此外，色彩有冷暖之分，暖色比冷色的色彩記憶性更強，所以在主題要素表示時多用暖色。圖8是天津市濱海中心商務(wù)區(qū)交通圖，在圖中重點反映的是該地區(qū)的道路交通情況，所以在地圖色彩設(shè)計時，這些要素的色彩就要設(shè)計得比較突出。如一級道路用棕黃色RGB(253，194，101)，二級道路用土黃色 RGB(254，221，102)，三級道路用淡黃色 RGB(255，246，116)，輕軌用深藍(lán)色 RGB(0，0，175)。

(2)考慮讀者讀圖感受

合理的地圖設(shè)色使讀者在讀圖時產(chǎn)生輕松愉悅的感覺，而不恰當(dāng)?shù)牡貓D設(shè)色不僅不能突出主題，而且會使讀者產(chǎn)生不悅之感。地圖是現(xiàn)實世界的模擬圖，在設(shè)計色塊時，要充分考慮人們在長期閱圖中形成的習(xí)慣，盡量選擇更接近自然界實物的色彩。如圖8中，用藍(lán)色RGB(153，183，211)來表示河流，用綠色RGB(171，215，160)來表示植被。

(3)合理使用中性色

中性色主要包括黑、灰、白、金、銀五種，它們與其他顏色搭配使用，起到突顯其他顏色的作用。在地圖設(shè)計中最常用到的是黑、白、灰三種。其中，黑色常用來表示區(qū)域輪廓線或地圖圖框的顏色;灰色給人的視覺沖突感較弱，所以多用來表示地圖背景的色彩;白色一般不單獨使用，常與其他中性色搭配使用，如鐵路用灰白相間的線狀符號來表示。

3.3.4 地圖顯示效果優(yōu)化

(1)光滑處理

在繪制道路時，如果輸入的造折線非水平也非垂直的話，顯示的道路線會產(chǎn)生毛邊，不光滑。造成失真的原因是:這些線條在光柵圖形顯示器中對應(yīng)的圖形是由一系列相同亮度的離散像素來表示連續(xù)量的［15］。之前我們常通過編寫一個程序來進行線條的光滑，但這種方式費時效率低。MapGIS K9提供了相應(yīng)的快捷操作，方便線條的光滑處理，在工具欄的［設(shè)置］下選擇［視窗選項］，用戶可根據(jù)彈出的視圖顯示參數(shù)對話框調(diào)整圖像質(zhì)量。圖2是低圖像質(zhì)量與高圖像質(zhì)量效果對比圖。

(2)道路貫通

道路是交通圖中非常重要的主題要素，它可以用線表示，也可以用面表示。筆者這里用的是面狀道路，與線狀道路相比，它在十字路口、立交橋等顯示上更加科學(xué)美觀。但由于線狀道路繪制效率高，目前制圖中普遍采用線狀道路。在線狀道路繪制完成后，偶爾發(fā)現(xiàn)多條道路相交在一起，道路之間不連通，不符合實際道路網(wǎng)絡(luò)的分布。

MapGIS K9提供了一套專用的繪制驅(qū)動工具，可以快速地按整圖、按專題圖、按圖形參數(shù)進行雙線貫通圖繪制，極大地減小了工作量并提高了顯示效果。其中，按整圖配置是在圖3所示的雙線道路繪制參數(shù)對話框中選擇［簡單配置］，設(shè)置內(nèi)外線的線寬和顏色。設(shè)置完成后，該圖層的所有道路由原先相交的單線變成按設(shè)置參數(shù)顯示的雙線，而且相交處的道路相互貫通;按專題圖配置是根據(jù)道路等級屬性字段建立單值專題圖并設(shè)置線參數(shù)項中的線寬、可變線寬1、線顏色、可變顏色1作為該等級道路貫通顯示參數(shù)，它們之間的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。然后選擇自繪驅(qū)動制圖表達(dá)_道路，自繪參數(shù)設(shè)置選擇使用專題圖。設(shè)置完成后，根據(jù)專題圖中不同等級道路所設(shè)置的參數(shù)實現(xiàn)道路貫通;按圖形參數(shù)配置與按專題圖配置相似，它是根據(jù)用戶自定義道路的線寬、可變線寬1、線顏色、可變顏色1，實現(xiàn)道路貫通，如手動選中不同等級的道路進行不同的參數(shù)設(shè)置。

圖2 低圖像質(zhì)量與高圖像質(zhì)量效果對比圖

圖3 雙線道路繪制參數(shù)設(shè)置對話框

表1 線參數(shù)與自繪參數(shù)關(guān)系對應(yīng)表

(3)橋梁繪制

橋梁作為道路交通網(wǎng)絡(luò)的一部分，在城市交通圖中擁有重要地位。先利用線編輯工具繪制橋梁的一邊，然后利用工具欄［通用編輯］下的［圖元鏡像］中的原點鏡像，選中已經(jīng)繪制好的一邊橋梁即可形成長度相等、形狀相同的另一邊橋梁。這種方法是橋梁繪制的常用方法，但它的缺點是繪制的單一橋梁至少需要由八個坐標(biāo)組成，不符合僅由起止兩個坐標(biāo)組成的情況，而且靈活度和便捷度都不太理想。MapGIS K9提供了更高效的橋梁繪制方法，具體實現(xiàn)步驟如下:選中并右擊橋梁圖層，選擇［屬性］，在彈出的橋?qū)傩皂撟髠?cè)選擇［顯示］，右側(cè)進行圖層自繪設(shè)置，包括自繪驅(qū)動選擇和自繪參數(shù)設(shè)置。其中，在自繪驅(qū)動中選擇制圖表達(dá)_橋梁，在自繪參數(shù)設(shè)置中會彈出圖4所示對話框，用戶可以自定義橋?qū)挾取蚨臻L、線寬度和線顏色。設(shè)置完成后，可以通過線編輯中的輸入造折線，確定線的起始坐標(biāo)和終止坐標(biāo)即可完成橋梁繪制。圖5是利用常用方法與自繪驅(qū)動方法效果對比圖。

圖5 常用方法與自繪驅(qū)動方法效果對比圖

圖4 橋繪制參數(shù)設(shè)置對話框

(4)立體顯示

立體顯示常用在電子地圖的圖形設(shè)計中，它能夠更加逼真地反映圖形的位置、數(shù)量信息，模擬其在空間中的分布情況，提高圖形的表達(dá)效果。目前常用的圖形立體顯示的方法主要有:其一，借助GIS軟件，對平面圖形的顏色和高度實現(xiàn)立體顯示;其二，采用GDI+技術(shù)在符號設(shè)色模塊中增加填充效果的選項，利用色彩的漸變產(chǎn)生立體層次感［1］;其三，利用光影技術(shù)，實現(xiàn)點、線、面符號的立體顯示，增加地圖的層次感與立體感［4］。MapGIS K9中立體顯示的原理是方法一。由于此次實踐的地圖是城市交通圖，筆者選擇建筑物圖層為立體顯示的對象，來模擬城市交通網(wǎng)絡(luò)中建筑物的分布情況。具體實現(xiàn)步驟如下:選中并右擊建筑物圖層，選擇［屬性］，在彈出的建筑物屬性頁左側(cè)選擇［顯示］，右側(cè)進行圖層自繪設(shè)置，自繪驅(qū)動選擇［立體顯示］，自繪參數(shù)按圖6所示進行設(shè)置。圖7是平面圖形顯示與立體顯示效果對比圖。

圖6 立體顯示設(shè)置對話框

圖7 平面圖形顯示與立體顯示效果對比圖

4 結(jié)語

通過自定義系統(tǒng)庫，設(shè)計制圖所需的符號、色彩和字體，彌補默認(rèn)系統(tǒng)庫的不足;從形狀、大小、顏色三方面進行地圖符號的設(shè)計;根據(jù)突出主題要素、考慮讀者讀圖感受以及合理使用中性色設(shè)計地圖色彩;從光滑處理、道路貫通、橋梁繪制、立體顯示四方面對地圖顯示效果進行優(yōu)化，增強地圖顯示的美感。圖8為最終的成果圖。

圖8 天津市濱海中心商務(wù)區(qū)交通圖

［1］李偉，謝超，吳增，等.電子地圖符號設(shè)計中的美學(xué)研究［J］.北京測繪，2008(4):8－10.

［2］宋皚雪.地圖設(shè)計與視覺感受的探討［J］.四川測繪，2002，25(1):40 －42.

［3］江南，崔紀(jì)鋒，陳四清，等.信息時代地圖技術(shù)美的研究與實踐［J］.測繪學(xué)院學(xué)報，2004，21(4):298－301.

［4］金玉平，李宏.從美學(xué)角度看地圖色彩［J］.測繪與空間地理信息，2009，32(6):174－179.

［5］胡圣武.三維地圖符號的基本理論研究［J］.測繪科學(xué)，2010，35(6):17 －19.

［6］楊興旺.地圖色彩的美學(xué)設(shè)計研究［J］.地理空間信息，2007，5(3):112 －114.

［7］王駒，江南，曹亞妮，等.中西電子地圖色彩設(shè)計的分析與應(yīng)用［J］.測繪科學(xué)，2009，34(S2):175－177.

［8］周麗燕，地圖色彩的重要性及其應(yīng)用［J］.測繪與空間地理信息，2006，29(3):98－99.

［9］曹一冰，付洪貝，潘志超.地圖設(shè)計中的美學(xué)研究［J］.繪與空間地理信息，2011，34(1):231－233.

［10］汪小林，羅英偉，許卓群.GIS中地圖可視化的質(zhì)量因素研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2001，13(S):295－297.

［11］胡鵬，黃杏元，華一新.地理信息系統(tǒng)教程［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2002(2):273－278.

［12］張欣，王爾琪，陳國雄.GIS中地圖配色、顯示優(yōu)化策略與方法實踐［J］.2009.

［13］董延旭.MapGIS數(shù)字成圖技術(shù)在土地開發(fā)整理規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.地球信息科學(xué)，2002(3):74－78.

［14］中心商務(wù)區(qū)園區(qū)簡介［EB/OL］.(2013－10－11)［2014－02－10］.http://tj.zhaoshang.net/yuanqu/detail/411/intro.

［15］沈強，張波，陳淑珍，等.計算機圖形學(xué)反走樣技術(shù)及實現(xiàn)［J］.武漢大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，1997，43(1):113－118.