數字製圖

數字製圖是地圖製作和套用的一個系統，是由電子計算機控制所生成的地圖，是基於數字製圖技術的螢幕地圖，是可視化的實地圖。“在計算機螢幕上可視化”是數字電子地圖的根本特徵。 數字製圖主要是利用計算機技術配合現有製圖理論相互融合的產物，如GIS+RS+GPS三者即可構成四維立體成像系統，不受時間地域和使用者限制，對現代城市規劃、交通導航、自然災害評估、科學數據採集等等具有特別重大意義。

基本介紹

• 中文名：數字製圖
• 外文名：digital mapping
• 類別：計算機產物
• 套用：城市規劃

數字地圖

數字地圖是信息時代製圖技術發展的必經途徑，數字製圖技術的發展使地圖學與GIS有機地結合起來，並在理論與實踐等方面取得了重大進展。在地球科學領域,地理信息系統技術的蓬勃發展，嚴重地衝擊著古老而傳統的製圖學，專家系統(ES)、遙感(RS)以及全球定位系統(GPS)、數字攝影測量系統(DPS)與GIS的有機結合，將為製圖學不斷注入活力，數字製圖工藝及過程也正在不斷地得到更新與改進。空間信息可視化與虛擬現實技術(VR)作為地圖學新的生長點，對於拓寬和促進地圖學理論與技術的進步必將產生更加深遠的影響。
數字電子地圖的特點有如下6個：　　1、可以快速存取顯示。
2、可以實現動畫。
3、可以將地圖要素分層顯示。
4、利用虛擬現實技術將地圖立體化、動態化，令用戶有身臨其境之感。

5、利用數據傳輸技術可以將電子地圖傳輸到其他地方。

6、可以實現圖上的長度、角度、面積等的自動化測量。

主要特點

具有高度的靈活性和強大的選擇性

數字地圖以數據為基礎, 它不受地形圖分幅的限制, 避免地形圖拼接、剪貼、複製的繁瑣, 它可以按所要製圖的區域生成電子地圖;數字製圖不受地形圖幾種固定比例尺的限制, 其比例尺可在一定的範圍內調整。同時, 數字地圖可以非常方便地複製、整飾、攜帶、交換。數字地圖可以提供遠遠超過傳統地形圖的內容, 根據研究工作或製圖目的的需要可以分要素、分層和分級提供空間數據, 有利於針對製圖對象選擇與之相應的表達方式, 避免了傳統地形圖上多種要素及專題特徵綜合表達的方法, 特別有利於要素圖和專題圖的繪製, 製圖的目的性大大增強。

具有良好的現勢性及動態性

現勢性是體現地圖實用性的重要標誌之一。傳統地圖一旦印製, 圖面所有內容就固定化了, 而客觀研究對象卻是時刻變化著的。地圖的更新問題一直是製圖領域需要解決的問題之一。為解決此問題,需要補做很多更新與修改的工作, 而且地形圖修測和再版的周期較長, 成本也很大。即使如此, 普通製圖的步伐也是跟不上客觀對象的變化。數字地圖是存儲於介質上的數據, 又具有修改更新的軟體支持,藉助於遙感、GPS 等現代地圖數據採集途徑, 更新較為簡便, 因此, 真實反映客觀實際狀況的特點就可以有效地體現出來。

從另一方面來講, 數字地圖的支撐資料庫可以將不同時期的數據存儲起來, 並在電子地圖上按時序再現, 這就可以把某一現象或事物變化發展展示出來, 便於深入分析和預測, 這是傳統地圖難以做到的。隨著資源環境研究的深化, 人類為了自身的生存和發展, 必須解決一系列困擾社會可持續發展的重大問題, 數字地球理論框架的提出, 一個重要的技術支撐就是數位化的動態製圖, 只有這樣, 才能實現對巨觀世界的過去、現在及未來的客觀認識。數字製圖技術的動態性在資源及環境的過程模擬及趨勢預測等方面具有廣泛的套用潛力。

製圖過程智慧型化及信息載體多樣化

數字製圖在很大程度上是一種計算機系統支持下的智慧型化製圖。其過程的許多環節是在軟體環境中實現的。人雖然也在數字製圖中發揮著重要作用, 但其作用與傳統的製圖過程已大不相同。無論是製圖設施的硬體(掃瞄器、數位化儀、彩色繪圖儀等), 還是軟體(CAD 、各種GIS 平台), 都是現代計算機技術、網路技術、資料庫技術、通訊技術、信息技術快速發展條件下的高新技術綜合套用, 智慧型化體現在數字製圖的整個過程中。數字製圖與傳統製圖的一個重要區別表現在地圖信息的傳送介質方面。傳統地圖主要以可視化的形式印製在各種紙質媒體上, 同時, 還被印製在絲綢、塑膠或金屬表面。數字地圖則常常以磁帶、光碟、軟碟等信息載體為介質, 以數字的形式存儲數據, 並且數據可以通過資料庫進行多種處理。隨著網路化的發展, 數字地圖還將通過網路傳輸。

數據及數字地圖安全的緊迫性

隨著數字製圖技術的發展及數位化地圖產品的套用, 數據安全及數字地圖的安全管理迫在眉睫。在網路及地理信息系統的條件下, 數字地圖的安全管理措施將全然不同於以往紙質地圖安全規定。傳統的地圖有一系列的管理辦法, 政府對其有絕對的管理權威, 數字製圖由於靈活性大, 製圖部門多, 其管理問題將是一個新的挑戰。特別是在全球信息共享以及網路化的形勢下, 數據安全與數字地圖的安全尤其顯得重要, 並需要一系列信息技術來維護其安全使用。

技術套用

地理信息是表征地理圈或地理環境固有要素或物質的數量、質量、分布特徵、聯繫和規律等的數字、文字、圖象和圖形等的總稱。要把地理信息轉化為地圖信息, 需要了解地理信息與地圖信息表達的特點以及地理信息的製圖表達過程。數字製圖技術的出現, 不僅僅是簡單地用數字存儲管理的方式代替了經典的地形圖、專題圖等信息輸出方式, 而且對信息的處理和利用起到了已有方法所難以起到的作用。數字地圖的套用範圍很廣, 一方面是藉助於可視化技術將地理空間數據變成印刷地圖、電子地圖或虛擬環境, 通過人的大腦和視覺分析製圖對象的本質特徵;另一方面是數字地圖的直接套用, 即製圖數據通過處理並獲得結果, 套用於定位和空間分析等方面。

製作傳統的紙質地圖是數字地圖最初的任務,電子地圖將是未來數字地圖最主要的一種可視化處理方法。目前數字地圖主要是記錄在光碟上流通,網上傳輸還由於多種原因而受到限制。利用數字地圖構置虛擬環境, 以提供一個cyberspace , 是數字地圖的重要套用領域, 也是數字地球所要追求的目標。

數字製圖除了在普通地形圖的編制、更新等方面有廣闊的套用前景外, 更重要地是靈活地套用在農業、林業、牧業、石油、地質、水利、測繪、交通、運輸等行業以及地球科學等學科的許多領域, 特別是在資源環境領域具有巨大潛力。21 世紀的信息技術在建立和諧的人—地關係方面將會有許多新的創造和發展, 數字製圖也將在上述方面發揮重要作用。隨著國家基礎信息設施及國家空間數據基礎設施建設的進展, 特別是數字地球理論框架的不斷完善, 為現代製圖學提供了廣闊的發展空間。知識創新工程中地圖學的學科規劃、地圖信息圖譜的理論和方法、我國自然地圖集的創新與發展、電子地圖的空間認知、多媒體地圖可視化、Web 環境下數據挖掘和信息共享、地圖信息自動綜合算法體系的建立、虛擬地形環境中實體的幾何建模技術及數位技術與地圖學的進展等都將發生變革。GIS 、GPS、DPS 、VR 等技術的發展, 為數字製圖提供了良好的技術支撐, 製圖學將以全新的面貌, 在21 世紀為人類社會的可持續發展服務。

套用優勢

原始製圖是將紙張、布或其他可見真實大小的物體為載體的，製作出的地圖內容是繪製或印製在這些載體上。而數字製圖而成的電子地圖是存儲在計算機的硬碟、軟碟、光碟或磁帶等介質上的，地圖內容是通過數字來表示的，需要通過專用的計算機軟體對這些數字進行顯示、讀取、檢索、分析。電子地圖上可以表示的信息量遠遠大於普通地圖，如公路在普通地圖上用線劃來表示位置，線的形狀、寬度、顏色等不同符號表示公路的等級及其他信息。在電子地圖上，是通過一串X、Y坐標表示位置，通過線劃的屬性表示公路的等級及其他信息，比如‘1’表示高速公路、‘2’表示國道等，電子地圖上的線劃屬性可以有很多，比如公路等級、名稱、路面材料、起止點名稱、路寬、長度、交通流量等等信息都可以作為一條道路的屬性記錄下來，能夠比較全面地描述道路的情況，這些是普通地圖簡單的符號不可能表示出來的。

數字電子地圖可以非常方便地對普通地圖的內容進行任意形式的要素組合、拼接，形成新的地圖。可以對電子地圖進行任意比例尺、任意範圍的繪圖輸出。非常容易進行修改，縮短成圖時間。可以很方便地與衛星影像、航空照片等其他信息源結合，生成新的圖種。可以利用數字地圖記錄的信息，派生新的數據，如地圖上等高線表示地貌形態，但非專業人員很難看懂，利用電子地圖的等高線和高程點可以生成數字高程模型，將地表起伏以數字形式表現出來，可以直觀立體地表現地貌形態。這是普通地形圖不可能達到表現效果。　
中國測繪局現有全國範圍的1∶400萬、1∶100萬、1∶25萬電子地圖，今後還要生產1∶5萬數字電子地圖，這些是國家基礎地理信息系統的重要組成部分,是其他各部門專業信息管理、分析的載體。各省、市測繪及城市規劃部門生產了大量的大比例尺電子地圖，如1∶5000,1∶2000,1∶1000等，可用於城市規劃建設、交通、旅遊、汽車導航等許多部門。所有這些數字地圖將各部門日常工作由原來一大堆地圖翻來翻去，變成為計算機前作業，科學、準確、直觀,大大提高效率。　
數字製圖中的電子地圖種類很多，如地形圖、柵格地形圖、遙感影像圖、高程模型圖、各種專題圖等等。　
Google繼在去年10月收購Keyhole後，首次向廣大用戶推出一個免費的基於衛星圖片的地圖軟體。這與之前收購了Picasa後的計畫頗為相似。GoogleEarth的功能猶如該公司的線上地圖服務——GoogleMap，用戶可以在一副3D地圖上放大目的地或獲得駕車指南。　
Keyhole總經理JohnHanke表示，GoogleEarth利用寬頻流以及3D圖形技術，這點好似視頻遊戲，可以讓用戶互動式地探索世界——要搜尋的目的地最近可以是自家的鄰居；最遠可以是全球某個角落。此外，GoogleEarth與GoogleMap最大的不同點是，GoogleEarth還可以讓用戶旋轉角度來觀看地形和建築物，為地圖增添注釋。

北京電子地圖·部分

GoogleEarth功能簡介：
1、結合衛星圖片，地圖，以及強大的Gogole搜尋技術；全球地理信息就在眼前。
2、從太空漫遊到鄰居一瞥；
3、目的地輸入，直接放大；
4、搜尋學校、公園、餐館、酒店；
5、獲取駕車指南；
6、提供3D地形和建築物，其瀏覽視角支持傾斜或旋轉；
7、保存和共享搜尋和收藏夾；
8、添加自己的注釋。　
數字製圖下的電子地圖與紙質地圖相比較有以下特點：
1、電子地圖以計算機螢幕和投影大螢幕為媒介，而傳統地圖一般以紙張作為信息的載體。
2、電子地圖的製作、管理、閱讀和使用能實現一體化，對不滿意的地方能夠方便實時地進行修改。而傳統紙質地圖的生產、管理和使用都是分開的。
3、電子地圖顯示地圖內容的詳略程度是可以隨時調控的，而傳統紙質地圖的內容是固定的、不變的。
4、電子地圖能把圖形、圖像、聲音和文字合成在一起，而紙質地圖則做不到。
5、電子地圖的使用要依賴專門的設備，而紙質地圖的使用則不需要。
6、電子地圖由於受計算機螢幕尺寸和螢幕解析度的限制，整幅地圖顯示的效果受影響，以分塊分層顯示為主。而傳統紙質地圖以圖幅為單位整頁出版印刷，幅面大，讀圖的整體印象深刻，地理要素相互之間的關係明白清楚。

專業術語

數字製圖的專家們使用的計算機設備中也有相當多的專業術語如下：
吸收：指在既沒有反射係數又不可傳輸的物體或介質中既不傳輸也不反射光線。

銳度：感受到的邊緣鋒銳度或記錄介質（像膠捲）的清晰度。它可以分辨對比度和清晰度的細微變化。

適應性：眼睛的晶體改變形狀的能力，用於補償在感受物體時距離的變化。

色消：缺乏色調，如白色，黑色或灰色。

附加色：合成三種基色波長的過程，以形成其他的顏色，包括白色。

鳥瞰視圖：一種高空透視，在大氣光線散射中有輕微的散射和衰減。

環境光：均勻且間接地照射物體的光線，它通常是軟光和散射光。

相似色：在顏色輪中彼此靠近顏色的合成色。

各向異性：指材質的折射率取決於入射光的方向。

孔徑：就是光圈，它通過改變張開尺寸控制進入鏡頭的光線量。

弧光燈：一種明亮的燈光，通過兩個電極的電發光。

陣列：以某種方式排列的多個物體實例。

區域光：一種燈光類型，用於照射一個空間區域，為柔光照射和散射照射。通常它們是點光源按陣列方式排成的一個陣列。

高寬比：圖象的寬度和高度之比。

衰減：光強隨距離而減弱。

背景螢幕：一種在肖像，設定窗戶和門時使用的背景圖象。

點陣圖：計算機中圖形的數位化表示，也指圖形的2D表示。

亮度：感受光線的強度，範圍從全黑到全白。它也可以表示亮度上的差別。

Candela：一種光強測量單位，它表示為每平方米特殊光的亮度。

CIE：全稱為“CommisionInternationaledel'Eclairage”。它是一個國際性組織，用於傳播和支持有關照射，光照和顏色方面的藝術，文化，科學和技術。

CMY：減法色彩模型。

CMYK：印刷業色彩標準。

互補色：在顏色輪上彼此相對的色調。如果兩種色重合起來是白色，則這兩種顏色互補。

Cookie：放在光源前的遮罩。是來源於攝影的辭彙。

顏色投射：在場景中或照片的所有顏色中起主要作用的顏色。

顏色恆定：在不同光照條件下感知和保持某一特定物體顏色的能力。

色彩模型：在3D坐標系中物體或系統的可用顏色安排。

顏色空間：在3D坐標系中安排的可能顏色範圍。

色溫：用於表示感受的光源品質，通過將它和能量輻射進行比較來以數字形式表示。

視錐：一種感光器，用於在視網膜上感受顏色，它只適用於有光的條件。

對比度：可視圖形的明亮區域和黑暗區域間的差別。它是進入膠捲的光線數量和光線穿過它的數量的比值。

景深：物體清晰顯示的長焦或短焦區域，為臨界焦點提取最清晰物體圖象的區域。

衍射：指光線繞著邊緣彎曲使得光線的強度和方向發生變化。衍射產生交錯的明暗區。

擴散：光線從表面上均勻的散開。

彌散：指光線在經過彼此具有不同折射係數的介質時光線分離成不同的波長。這就是通常所說的稜鏡效果和柵格效果。彌散需要使用兩種不同的介質工作，在透明介質中折射係數的改變產生不同的波長。

距離光源：覆蓋一個寬的平行光線區域的光源，也叫做無限光源。因為這種方式會擴展和影響場景。

動態範圍：在不同的狀態生成不同的系統或物體的能力，它也可測量一個系統在數量上能處理多少變化和在範圍上能處理多少數據的輸入和輸出。

電磁頻譜：從伽馬射線和X射線短波到無線電長波的輻射範圍，也包括可見光部分。

平面燈光：無陰影前向柔光。

F-stop：焦距和孔徑之比。

Gamma：一種來自特定膠捲或感光劑的分布曲線的對比度測量，也表示顯示系統和參考信號的分離。

全局照明：在環境中從光源到它的反射和散射的轉移光統計值，也是場景中直接和間接光線分布的統計。

環繞投射陰影：在每一個頂點添加強度值並將其分配到多邊形表面上的一種陰影投射法。

光暈：通過側向散射進入膠捲的間接生成光線。

高光：場景中的明亮區域。也指場景中物體上非常明亮的反射。

HLS：一種色彩模型

HSV：一種復錐狀色彩模型。

色調：定義為光波長確定的顏色屬性。

照明度：位於表面特定區域的光線數量和強度。

入射光：直接落在物體上的光線。

開方規律：指沒有介質散射和吸收的光源與距離成開方關係，隨著光源覆蓋區的增大，光線或能量逐漸衰減（也稱為平方反比衰減）。

各向同性：指材質的折射係數與入射光線的方向無關。

LambertianShading：一種投影方式。

光照比率：關鍵燈光與填充燈光的比率，也指場景中創建色調的每一燈光分布的光照單位。

泛光燈：一種全向光源。

法線：垂直於多邊形表面的方向矢量，它定義表面的內表面和外表面以及可見性。

光子：光照射的單位。

曲面片：由兩個或多個曲線合成的表面。也指具有由相交樣條曲線定義的表面或實體的物體。

點光源：在各個方向上發射光線的單一燈光。

極化：基於方向的選擇性傳輸。當光線被反射和折射時，它的方向和排列發生了改變。

輻射：通過粒子發射轉換或釋放能量，所有的物體都有一些輻射形式。

光線跟蹤：通過光線路徑計算光線從光源到目標的傳輸。

飽和度：色調的光度或暗度及色調的純度。CIE將飽和度定義為區域的鮮艷度對亮度。

樣條：近似的直線或曲線，可以通過插入控制點修改曲線。

聚光燈：一個高錐角的方向光，有一個定義光線品質的外部和內部照明。

表面模型：不考慮容積的3D物體定義，生成和表示。

頂點：由坐標系定義的空間點的唯一表示。

Zone系統：指場景或圖象中從黃色到橙黃色的色調配置。它表示陽光，火焰和蠟燭情景。

Zoom：以明顯的表示方式顯示物體的作用，處理和改變。

暖色投射：一種膠捲暴光和顯影的照相系統，用於在印刷時得到一個特殊的色調。它可以精確地控制高光區和陰影區。

發展趨勢

數字製圖主要用於電子地圖方面，而進入新世紀以來，隨著網際網路的不斷普及，地圖已經從紙上走到了網際網路和個人電腦甚至手持設備裡面。如今，人們可以很容易的在電子地圖裡面搜尋感興趣的地點，行車線路和公交線路等，大大方便了地圖使用者。除了傳統的地理信息服務，各大地圖和內容提供商還研發了基於電子地圖的許多有趣套用。如今，電子地圖已經越來越多的成為人們一個常用工具。　
預計在將來，電子地圖將集成更多的套用，並且更多的套用3D技術和衛星技術，讓人們的出行和日常生活更方便。

數字製圖的發展表現在四個方面：
1、各類生活信息會進一步細化，能及時反映變化情況
2、覆蓋地域將逐步擴展到全球
3、一些專題或特殊需求地圖會增多，如房地產開發地圖、旅遊景點大比例尺俯瞰圖、各類探險路線圖等等
4、將更多地套用衛星遙感數據和虛擬現實技術，立體地貌圖會增多，電子地圖上也將會高山聳立，大河奔流，樹木蒼翠，能更逼真地反映地球的全貌。

製圖相關

關於數字電子製圖利用比例尺計算距離方法：根據地圖上的比例尺，可量算任意兩地之間的直線距離。

具體方法是:先看好比例關係，在兩處兩地的圖上距離（厘米），然後根據比例尺算出實際距離。例如：比例尺是“6百萬分之一”，即圖上1厘米的距離代表實際上六百萬厘米，即60千米：若兩處圖上距離為5厘米，則兩地實際距離為：60千米×5=300千米。　
比例尺的大小：由於比例尺是分式，分母越大，比例尺越小。也就是說，圖上1厘米代表的實際距離越長，比例尺的值越小。如1：1000的比例尺大於1：100000的比例尺。　
同樣圖幅的地圖，比例尺較大的，表示的範圍較小，但內容詳盡：比例尺較小的，表示的範圍較小，但是內容較簡略。　
根據繪製的內容要求不同，可選擇相應的比例尺，如繪製學校平面圖或一個社區的平面圖，一定要選用大比例尺，而繪製一張中國或者亞洲的地圖則一定要用小比例尺。