三維立體地圖的制作與出版研究

馬紅文 游世龍 劉國強(qiáng)

摘 ?要：該文以三維立體地圖的制作與出版為研究對象，論文首先分析三維立體地圖的基本原理，進(jìn)而探討了三維立體地圖的制作流程，在此基礎(chǔ)上，論文詳細(xì)論述了印刷與裝訂的過程，論文是筆者長期實踐工作基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：三維 ?立體地圖 ?制作 ?出版 ?印刷

中圖分類號：TU198;TP391.41 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（c）-0036-02

立體印刷又稱3D印刷，是一種模擬人眼間距可產(chǎn)生空間差的原理，將不同角度、不同層次的像素記錄在感光材料上，再借助光柵材料的復(fù)合，于二維的平面圖像上呈現(xiàn)三維的立體效果。三維立體地圖是利用3D印刷原理，是通過特定的立體制作，結(jié)合最新的印刷技術(shù)，使人們不借助任何工具，在二維平面中看到一幅三維立體的全景地圖。

三維立體地圖具有平面地圖不可比擬的特點：圖像清晰，層次豐富;光澤度好，顏色鮮艷，不易褪色;具有很強(qiáng)的立體感，可以于二維的平面中觀看全景的立體效果，尤其是大比例尺地形圖和遙感影像圖，給人以身臨其境的感受。

1 ?原稿的獲取

立體圖像是由多個角度看到的平面圖像合并而成的。獲得立體圖像原稿有兩種方法：相機(jī)拍攝和立體軟件制作。

1.1 相機(jī)拍攝

用照相機(jī)實拍有單相機(jī)多次拍攝、多相機(jī)單次拍攝和立體相機(jī)拍攝3種方法。單相機(jī)多次拍攝是用一部相機(jī)沿著一定的半徑間隔相等的角度多次拍攝取圖。由于有時間間隔的關(guān)系，比較適合拍攝靜止不動的物體，有動作或光影發(fā)生變化時對圖像的影響較大。多相機(jī)單次拍攝是用幾部相機(jī)沿著一定的半徑間隔相等的角度在滑軌上同時放置，同時按快門同時拍攝取圖。

1.2 立體軟件制作

只要是平面印刷可用的圖片都可以采用立體軟件制作立體印刷品。有很多三維立體軟件或模擬立體軟件，如3dsmax、maya、softimage、3D之星、psdto3d等都可以將國畫、油畫、照片等平面圖畫制作成立體圖畫，制作時，按照軟件的指引，輸入必要的數(shù)據(jù)，即可輕松快速地將普通的平面照片轉(zhuǎn)化成3D圖片。

用專業(yè)軟件處理原稿的優(yōu)勢是無須構(gòu)建模型來完成，較易取得各種景物，方便、快捷。三維立體地圖原稿的獲取即是利用這種方法。

2 ?三維立體地圖的制作

三維立體地圖的制作主要是地理底圖的制作、數(shù)字高程圖的制作和三維立體數(shù)據(jù)的生成。下面以立體衛(wèi)星影像地圖為例，簡要介紹了三維立體地圖的制作流程，如圖1所示。

2.1 制作衛(wèi)星影像地理圖

建立衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，在相同投影參數(shù)下，將衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)與相關(guān)地理信息資料相匹配，添加相應(yīng)的地理要素，生成適合立體衛(wèi)星影像地圖生產(chǎn)的衛(wèi)星影像地理圖，見圖1。

這里需要用圖像處理軟件對衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行勻色和調(diào)色處理，使影像盡可能接近于自然色彩，有利于衛(wèi)星影像三維立體圖的生成。

2.2 制作衛(wèi)星影像數(shù)字高程模型

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM，是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。DEM制作是利用數(shù)字高程模型中的色彩與高程相對應(yīng)的信息，由立體制圖軟件建立數(shù)學(xué)模型。

在制作衛(wèi)星影像數(shù)字高程模型時，首先設(shè)置制圖區(qū)域內(nèi)的最高點和最低點色彩的顏色值（RGB），由軟件自動識別最高點和最低點并生成漸變的高程模型。某衛(wèi)星影像中，最高點1118m設(shè)為棕色，最低點-461m設(shè)為綠色，軟件根據(jù)RGB值自動實現(xiàn)色彩由綠色向棕色漸變，形成衛(wèi)星影像數(shù)字高程模型。

2.3 生成三維立體圖數(shù)據(jù)

生成三維立體圖數(shù)據(jù)主要步驟有以下幾點。

（1）將衛(wèi)星影像數(shù)字高程圖與衛(wèi)星影像地理圖在統(tǒng)一的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)下進(jìn)行配準(zhǔn)。

（2）設(shè)定光柵材料能表現(xiàn)的最大位移量。

（3）設(shè)定CTP分辨率與光柵分辨率相對應(yīng)的每個柵距圖像幀數(shù)。75線/英寸的光柵材料對應(yīng)的每個柵距圖像幀數(shù)為15個左右。

（4）設(shè)定每個像素的變形值，合成不同角度的圖像。像素的變形值由軟件自動根據(jù)相關(guān)參數(shù)自動設(shè)定。

（5）利用軟件預(yù)覽工具生成彩色和灰度兩種紅藍(lán)立體預(yù)覽圖，檢查立體參數(shù)設(shè)定的正誤和準(zhǔn)確程度。

（6）預(yù)覽無誤后，生成立體衛(wèi)星影像地圖專用立體數(shù)據(jù)。

3 ?印刷與裝訂

3.1 數(shù)據(jù)輸出

根據(jù)CTP尺寸設(shè)置頁面及光柵參數(shù)，導(dǎo)入專用立體數(shù)據(jù)，通過CTP直接制版技術(shù)生成三維立體衛(wèi)星影像圖的輸出制版數(shù)據(jù)。

3.2 印刷

3.2.1 光柵材料

承印三維立體產(chǎn)品需要用特種光學(xué)材料——光柵材料。光柵材料有立體光柵膜、立體光柵板和立體光柵片3種。立體光柵膜分辨率有32線/英寸和24線/英寸，適合做立體婚紗照、立體裝飾畫、立體燈箱、立體廣告等;立體光柵板分辨率為23線/英寸、25線/英寸和42線/英寸，適合做立體人物、立體寫真、立體藝術(shù)畫、立體廣告等;立體光柵片分辨率為150線/英寸和75線/英寸，適合做立體名片、立體賀卡、立體掛歷、立體臺歷、3D魔卡、鑰匙扣。

3.2.2 印刷

立體印刷的質(zhì)量好壞，對立體圖片的直觀效果有明顯影響，三維立體地圖一般采用高檔的膠印機(jī)用UV墨直接在光柵背面印刷。

由于光柵的聚焦和阻礙作用，要求印刷網(wǎng)線清晰、套印準(zhǔn)確，套印誤差不允許超過0.02mm，因此需采用特別的對位系統(tǒng)，使印版上的條紋與片材上的光柵條紋精確對應(yīng)。

3.3 裝訂

裝訂工序包括背涂和模切。背涂是在印刷后的光柵背面涂覆一層透明涂料或白色涂料，以提高圖像的亮度，使圖像更清晰，層次更加分明。

由于光柵材料較厚，不能像普通紙張那樣直接裁切成成品，而要采用模切的方式裁切。

4 ?結(jié)語

三維立體地圖首次將光學(xué)原理、攝影測量學(xué)及立體光柵技術(shù)和印刷技術(shù)與地圖制圖技術(shù)相結(jié)合，突破了傳統(tǒng)地圖制圖中紙質(zhì)載體單一以及平面地圖表達(dá)對立體信息展現(xiàn)的局限性，改變了以往借助于紅綠眼鏡等專業(yè)工具的立體影像觀測方式，實現(xiàn)了地圖產(chǎn)品的裸眼立體信息表達(dá)。三維立體地圖產(chǎn)品圖像清晰、層次豐富，真實地模擬地表起伏形態(tài)、地表紋理細(xì)節(jié)等信息，具有很強(qiáng)的立體感與視覺效果，使觀察者產(chǎn)生身臨其境的感覺，具有很高的藝術(shù)欣賞價值。相對傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖和數(shù)字4D產(chǎn)品，裸眼三維立體地圖產(chǎn)品更加符合社會公眾的認(rèn)知習(xí)慣。

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