Принципы представления графической информации в компьютере

Классификация методов анализа карт.

Из наиболее употребительных методов можно назвать следующие:

Графические приемы – включают построение по картам профилей, разрезов, графиков, диаграмм, 3-х мерных моделей.

Описания – способ качественной характеристики явлений, изображенных на карте. Позволяет получить общее представление об изучаемом предмете.

Графоаналитические приемы – предназначены для измерения по картам координат, длин, углов, площадей, объемов, формы (вытянутость, извилистость, кривизна, густота, концентрация).

Математическое моделирование – имеют целью построение и анализ моделей по данным, снятым с карты.

Вся система приемов анализа карт может быть использована либо для работы с отдельной картой, либо для обработки серий карт или атласов.

Графические приемы включают, в основном, построение различных профилей, двухмерных или трехмерных графиков и диаграмм, которые дополняют и иллюстрируют методы описательного характера.

Описания по картам основанные, по существу, на визуальном анализе карт ни в коей мере не преследуют цель перевести компактный и многообразный язык карты в текстовый вид, поскольку такие действия граничат с анахронизмом, если не с форменной глупостью. Описания необходимы для более полного и всестороннего изучения объекта картографирования или картографируемого явления, для характеристики особенностей его размещения и выявления взаимосвязей, они «…отличаются отбором и систематизацией фактов, введением элементов сравнения и аналогий»[ 2 ].

При создании новых картографических произведений у картографа зачастую нет возможности посетить и на месте изучить картографируемую территорию, Изучение особенностей территории и целого ряда характеристик, упомянутых выше, производится по описаниям элементов содержания планово- картографических материалов прошлых лет.

Ниже приводится пример описания (при необходимости) участка местности по листу топографической карты масштабов 1: 10 000 – 1: 100 000 с целью получения информации о природных и социально-экономических объектах местности картографируемогорайона.

Начинать описание следует с географического положения данного района, конфигурации его границ, его протяженности (в км) с севера на юг и с запада на восток, граничных широ­тах и долготах. Для ответа на все эти вопросы достаточно вос­пользоваться административной картой района картографиро­вания. Протяжен­ность района в каком-либо направлении также нетрудно оп­ределить, если принять во внимание, что дуге в 1° на земной поверхности соответствует приблизительно 111 км на карте. Для решения задачи необходимо определить географические координаты крайних точек (северной, южной, западной, восточной) картографи-руемого района.

Например, на рис. 8.1 изображена терри­тория какого-то района, для которого φ₁ = 40°20', φ₂ = 40°40', λ₁=36°30', λ₂=37°00', КМ=45 мм, ДД'=22 мм, ВВ''= 8 мм,

ВВ' = 9 мм, КЛ= 54мм, АА' =18 мм, СС'= 4 мм.

λ₁ λ ₂

Рис.8.1.

Чтобы определить значения широт параллелей, проходящих через точки С и Д, нужно измерить расстояния (в мм) между точками К и М (КМ), Д и Д' (ДД'), С и С' (СС'). Отрезок КМ в то же время равен (φ₂ - φ₁), то есть разности широт параллелей, проходящих через точки К и М. Подставляя найденные значения в форму­лы, получим:

φ_С= φ₂+(СС'/КМ)•(φ₂ - φ₁);

φ_Д= φ₁- (ДД'/КМ)•(φ₂ - φ₁),

где φ_С — широта северной точки С территории;

φ_Д — широта южной точки Д территории.

Проводя аналогичные действия, можно определить значе­ния долгот крайних

меридианов, проходящих через точки А и В по формулам:

λ_В = λ₂+(ВВ'/ КЛ)•(λ₂ - λ₁);

λ_А = λ₁-(АА'/ КЛ)•(λ₂ - λ₁),

где λ_А -долгота западной точки А территории;

λ_В -долгота восточной точки В территории.

Теперь, пользуясь топографической картой, можно дать подробную характеристику элементов местно­сти, имеющихся на территории данного района. По своему происхождению все объекты (или элементы) местности могут быть разделены на физико-географические или природные (гидрография, рельеф, растительность, грунты) и социально-экономические (населенные пункты, пути сообщения, средства связи; объекты промышленности, сельского хозяйства, куль­туры).

Описывать элементы местности картографиру­емого района следует последовательно, в определенном по­рядке, а именно:

— элементы гидрографии,

— населенные пункты,

— дорожную сеть,

— рельеф,

— растительность и грунты,

— границы.

Элементы гидрографии. Из элементов гидрографии следу­ет указать на наличие морей, рек и их притоков, каналов и канав, озер и прудов, водохранилищ, ключей, родников, колодцев и т. д.

Характеристику речной сети нужно начинать с главной, самой крупной реки района, имеющей, как правило, наиболь­шую ширину. Для всех рек необходимо указать: направление течения, судоходность, ширину, глубину, характер берегов (пологие, обрывистые, скалистые и т. д.), притоки, пороги и водопады, переправы (броды, перевозы, паромы, мосты) и гидротехниче­ские сооружения на них (плотины, шлюзы, пристани, волноло­мы, маяки и т. д.).

Озера и искусственные водоемы (пруды, водохранилища и др.)характеризуются по размеру, характеру береговой линии (постоянная, пересыхающая, пропадающая), характеру воды (пресная, соленая, горько-соленая).

Для каналов, канав и водопроводов указывается ихсостояние(действующие, строящиеся, сухие, наземные или подземные и т. д.), их назначение (транспортные, мелиоративные), их ши­рину.

Населенные пункты. Все населенные пункты, расположен­ные на территории данного района, характеризуются по типу поселения (города, поселки городского типа, поселки сельского типа), их величине, количеству жителей и гус­тоте распределения.

Тип поселения определяется по характеру подписи назва­ния населенного пункта (вид шрифта, наклон). Количество жителей (а для сельских населенных пунктов - количество дворов) определяется по высоте подписи названия населен­ного пункта, согласуясь при этом с таблицами условных знаков соответствующего масштаба.

После характеристики населенных пунктов следует перейти к социально-экономическим объектам, расположенным в данном районе

(школы, заводы, фабрики, шахты, электростанции, трансформаторные будки, больницы, санатории, аэродромы, стадионы, памятники, развалины, пасеки, дома лесников, церк­ви, часовни, кладбище, нефтепроводы, газопроводы и т. д.). Заканчивать этот раздел следует указанием на наличие в данном районе линий связи и электропередач.

Дорожная сеть. Все дороги должны быть охарактеризова­ны по их типу (железные, шоссейные, улучшенные грунтовые и грунтовые — проселочные, полевые, лесные, зимние и др.). В свою очередь, каждый тип дорог может быть наделен бо­лее подробнойхарактеристикой.

Так, например, для железных дорог нужно указать на количе­ство путей, вид тяги (электрифицированные и т. д.), ши­рину колеи (нормальная, узкоколейная), техническое состо­яние (действующие, строящиеся, разобранные).Для шоссейных дорог необходимо сказать об их виде (ав­тострады, усовершенствованные шоссе, шоссе), ширине проезжей части и ширине всей дороги, материале покрытия, их техническом состоянии.

Кроме того, для всех дорог нужно назвать все имеющиеся на них сооружения (выемки, насыпи, станции, вокзалы, депо, семафоры и светофоры, километровые столбы, указатели дорог, туннели, и т. д.).

Рельеф. Сначала следует определить общий характер рель­ефа картографируемого района (равнинный, холмистый или горный).

Равнинным называют рельеф участков суши с малыми (до 50 м) колебаниями относительных высот, холмистым — рель­еф с относительными высотами от 50 м до 200 м, горным — рельеф с относительными высотами от 200 м и более.

На имеющейся топографической карте можно найти отметки максимальной и минимальной высот для дан­ной местности над уровнем моря. Разность этих отметок даст значение относи­тельной высоты, по которому можно сделать соот­ветствующие выводы о характере рельефа картографируемого района.

Растительность и грунты. Прежде всего по карте перечис­ляются все виды растительности и угодий, имеющиеся в данном районе (леса, лесные и кустарниковые полосы, кустарники, се­нокосы, пашня, сады, виноградники, технические культуры и др.), а затем даются характеристики каждому виду растительности или угодья.

Так, например, леса могут быть: лиственные, хвойные, сме­шанные, редкие, вырубленные, горелые, буреломы, поросль, лесные питомники.

При описании леса необходимо назвать его породный состав, высоту и толщину деревьев, густоту леса, наличие просек и их ширину, наличие лесных кварталов.

При описании пашни указывают ее культурно техническое состояние (чистая, залесенная, закустаренная и т.д.).

Закончив характеристику всех видов растительности и уго­дий, переходят к грунтам данного района (болота, пески, солончаки и т. д.). Для болот, например, следует указать их ме­стоположение, степень проходимости, глубину, имеющуюся раститель­ность. Для других видов грунтов указывается их местоположение и занимаемая ими площадь.

Границы. В этом разделе дают характеристику всех видов границ (государственных, республик, административных краев и областей, районов и др.) и ог­раждений (изгороди, ограды, заборы и др.), имеющихся на территории данного района.

Подчеркнем еще раз, что такого рода описания выполняют не с целью заменить карту словесным описанием участка местности, а с целью выявить закономерности распределения объектов и явлений, обратить внимание на особенности картографируемой территории.

Графоаналитические приемы (картометрия и морфометрия)используются для непосредственных измерений по карте различных метрических характеристик, а также расчета показателей формы объектов, таких как: очертания, кривизна линий и поверхностей, горизонтальное и вертикальное расчленение, пластика рельефа, экспозиция склонов, плотность распределения, густота, однородность, некоторые стоимостные показатели и др.

Несомненно важную роль играют данные приемы при использовании карт в землеустройстве и земельном кадастре[14 ], их применяют как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.

Класс морфометрических методов необходим также и для определения показателей формы рельефа, который, как известно, является одним из ландшафтно-образующих элементов территории и одним из существенных факторов, влияющих на свойства кадастровых объектов.

В качестве примера приведем расчет некоторых морфометрических показателей, которыми, как правило, сопровождаются описания картографируемой территории.

При описании гидрографии приводят расчеты при­мерной густоты речной сети и густоты распределения водое­мов на территории картографируемого района.

Густота речной сети рассчитывается по следующей форму­ле:

Кгр = L_км/ Р_км² ,

где Кгр — коэффициент густоты речной сети картографируемо­го района;

Lкм — длина всех рек, каналов и канав района (в километ­рах);

Ркм²—площадь всего района картографирования (в квад­ратных километрах).

Длина рек определяется по топографической карте в пре­делах всей трапеции, а площадь района берется равной пло­щади трапеции данной карты.

Для измерения длин кривых линий, в том числе и рек, по карте можно пользоваться курвиметром или циркулем-измери­телем (рис.8.2) с малым раствором игл (2-4мм).

Рис. 8.2.

Для районов с густой речной сетью длину рек можно определять, пользуясь вероятностными картометрическими приемами, значительно упрощающими работу. Суть этого метода заключается в сле­дующем.

Рис. 8.3.

На карту нужно наложить прозрачную палетку в виде сет­ки квадратов со стороной d (рис.8.3) и подсчитать число всех пересечений (т) речной сети с линиями палетки. Суммар­ная длина всей речной сети данного района оказывается про­порциональна числу пересечений (т) и равна

L_см = 0,785•d•m.

Доказано, что наименьшие погрешности при изме­рении длины извилистых линий дают палетки со сторонами 2—4 мм. При таком косвенном способе измерения, основанном не на промере каждой отдельной линии, а на статистических закономерностях, погрешность определения длин составляет порядка 5%.

Подсчитать число всех пересечений (т), последовательно передвигая палетку по всей площади карты. По предложенной формуле вычислить длину речной сети (L см), а затем перевес­ти ее в километры.

Площадь трапеции топографической карты легко полу­чить, умножив длину основания трапеции (в км) на длину боковой стороны трапеции (в км), принимая приближенно трапецию за прямоугольник.

Густоту распределения водоемов (прудов, озер и др.) по территории картографируемого района можно определить по формуле:

Кгв = Р_км² / n,

где Кгв — коэффициент густоты водоемов;

п — количество всех водоемов на территории данного района.

Пример: В районе на площади Р=75,4 кв. км имеется 13 водоемов. Коэффициент густоты распределения водоемов в этом случае будет равен 5,8; то есть один водоем приходится на 5,8 кв. км местности.

Залесенность района (в процентах) определяется по фор­муле:

П = Р_л•100% / Р_км² ,

где П —.процент залесенности;

Рл — площадь (в кв. км), занимаемая лесом;

Р км²—общая площадь района картографирования.

Густота распределения населенных пунктов (Кгн) рассчи­тывается по той же формуле, что и распределение водоемов. При расчете нужно учитывать все населенные пункты незави­симо от типа поселения и количества жителей.

Густота дорож­ной сети (Кгд) картографируемого района рассчитывается по той же формуле, которую использовали выше при расчете гу­стоты речной сети. При расчете длины дорожной сети района нужно учитывать все виды дорог, независимо от их типа и технического состояния.

При характеристике формы ареала используют коэффициент ƒ [2 ], пропорциональный отношению квадрата периметра объекта s² к его площади Р.

ƒ= s² / 4πР.

Результат вычисления по данной формуле позволяет сопоставить форму изучаемого объекта с кругом, показатель формы которого равен единице.

Для простых геометрических фигур коэффициент ƒ равен:

окружность – 1,00;

квадрат – 1,27;

шестиугольник – 1,10;

равносторонний треугольник = 1,65.

Таким образом, чем больше уклонение рассматриваемой фигуры от формы круга, тем больше значение показателя ƒ.

Наиболее простыми картометрическими приемами, которые широко используются при работе с картой являются:

- определение прямоугольных координат точек местности;

- определение высот точек местности;

- определение углов;

- вычисление длин линий с учетом частных масштабов длин;

- измерение площадей, объемов с учетом величин искажений и др.

Приемы определения объемов или массы необходимы для оценки запасов воды, льда, снега, газа, угля и других природных ресурсов.

Математическое моделирование предполагает использование методов анализа карт с помощью аппарата математической статистики и теории информации.

Обработка картографического изображения методами математической статистики преследует три цели:

– изучение характеристик и функции распределения явления;

– изучение формы и тесноты связи между явлениями;

– оценка степени влияния отдельных факторов на изучаемое

явление и выделение ведущих факторов.

Для оценки форм и тесноты связи между явлениями на двух или более тематических картах широко применяется прием из математической статистики,

который носит название корреляционного анализа.

Прием дает общее предварительное суждение о взаимосвязи отдельных факторов, например, влияние климата на урожайность или уклонов на эрозионное состояние почв и применяется при оценке карт, выполненных способом изолиний и картограмм.

Наиболее прост для вычислений и дает хорошую достоверную оценку ранговый коэффициент корреляции. Ранговый коэффициент корреляции Спирмена вычисляется по формуле:

где Pa_i, Pb_i - ранги значений показателей a_i и b_i шкал на картах A и B;

n – объем выборки.

По смыслу коэффициент близок к коэффициенту корреляции и выражает степень близости исследуемой зависимости двух явлений к линейной зависимости и измеряется в диапазоне от +1 до –1. При =0 – связь отсутствует, при - связь считается существенной.

Ранги получают путем нумерации по порядку ступеней шкалы, т.е. самому большому численному значению шкалы присваивается ранг 1 и т. д.

Для выборки данных применяется точечная палетка и прием скользящего окна размером не менее 5х5 точек. Расстояние между точками таково, чтобы в самый минимальный по площади контур попала хотя бы одна точка.

Вычисления сводятся в таблицу, а по конечным результатам вычисления коэффициента строится карта изокоррелят.

Приемы теории информации используются для оценки степени однородности и взаимного соответствия явлений, изучаемых по картам, другими словами, они показывают меру связи или неоднородности между явлениями, изображенными на разных картах.

Для этих целей в картопользовании широко применяется так называемый информационный коэффициент соответствия. Его достоинство заключается в том, что с его помощью можно сопоставить карты, содержащие не только количественные, но и качественные характеристики явлений, например карты почвенная и растительности.

Коэффициент соответствия К(IJ) позволяет оценить зависимость в размещении явлений, имеющих на картах абсолютные или относительные числовые характеристики и изображаемых на карте способами изолиний, ареалов, точечным, картограмм, качественного фона.

Коэффициент взаимного соответствия, определяется по формуле:

, где:

ω_{аibj – частота или доля совпадения явлений на картах А и В.}

Коэффициент изменяется от 0 до +1. При К=0 явления А и В не соответствуют друг другу. При К=1, имеет место полное соответствие контуров.

По мере приближения К к единице все большая часть контуров карты В повторяет контуры карты А или совпадает с ними, а значит можно оценить взаимосвязь между изучаемыми явлениями.

ГЛАВА 9. Географические информационные системы

(ГИС) в картографии.

Наряду с традиционной, так называемой "бумажной " технологией создания карт, в последнее десятилетие стали бурно развиваться компьютерные технологии создания карт с использованием географических информационных систем (ГИС).

В наиболее общем виде так называемую ГИС-технологию создания карт можно представить в следующем виде:

1. подготовка исходных материалов и ввод данных:

а) с накопителей электронных тахеометров;

б) приемников GPS;

в) систем обработки изображений;

г) дигитализацией (цифрованием) материалов обследований, авторских или составительских оригиналов, а также имеющихся планово-картографических материалов;

д) сканированием исходных материалов и трансформированием полученного растрового изображения;

2. формирование и редактирование слоев создаваемой карты и таблиц к ним, а также формирование базы данных;

3. ввод табличных и текстовых данных с характеристиками объектов(атрибутов);

4. разработка знаковой системы (легенды карты);

5. совмещение слоев, формирование картографического изображения тематической карты и его редактирование;

6. компоновка карты и формирование макета печати;

7. вывод карты на печать.

Давая наиболее упрощенное понятие ГИС,можно отметить, что -это автоматизированная информационная система,предназначенная для обработки пространственных данных об объектах и явлениях природы и общества.

ГИС-это широко развитые системы,использующие базы данных (организованные хранилища информации),где сведения об окружающей реальности характеризуются широким набором данных, собираемых различными методами и технологиями.

В настоящее время ГИС не имеет себе равных по широте применения, так как используются практически во всех отраслях и областях знаний: в навигации, на транспорте и в строительстве, в геологии,географии,военном деле,топографии, экономике,экологии,тематической картографии и др.

В этом пособии мы не ставили задачу подробно рассматривать очень сложный и многогранный процесс создания карт средствами ГИС, так как эти вопросы изучаются во многих других изданиях, однако считаем просто необходимым хотя бы очень и очень кратко информировать читателя об особенностях процесса создания карт средствами ГИС.

Непременным условием возможности обработки изображений в компьютере является то, что вся информация об объектах местности и явлениях действительности может обрабатываться только тогда, когда она представлена в цифровом виде.

Географические информационные системы могут работать с двумя, однако

существенно отличающимися между собой, типами данных – векторными и растровыми.

Растровая форма - это представление графической информации (карты, рисунка, фотографии) в виде матрицы чисел, каждый элемент которой является кодом, характеризующим яркость соответствующего элемента дискретизации изображения карты.

Векторная форма— это такая форма представления, в которой информация о местоположении объектов, их очертаниях дается в виде структурированного набора координат точек объекта.

Оба типа данных имеют свои достоинства и недостатки, оба не исключают а взаимно дополняют друг друга, однако многие из ГИС могут работать как только с векторными моделями, которые создаются на основе векторных типов данных, так и с растровыми моделями, а иногда и с теми и с другими вместе.

Попытаемся более подробно рассмотреть вопрос о том, как же представляется в памяти компьютера графическая информация, поскольку проблем с хранением метрической информации в виде чисел вроде бы не существует.

а) б) в)

Рис 9.1. Кодирование рисунка.

Для кодирования черно-белых изображений достаточно двух цифр, а так как известно, что в компьютере применяется двоичная система счисления (когда каждое число представлено в виде набора нулей и единиц), то кодирование черно-белых монохромных изображений не представляет большой трудности.

Рассмотрим процесс преобразования рисунка в цифровую форму на простом примере. Возьмем черный крест на белом фоне (Рис. 9, а), и попробуем представить запись его компьютерного аналога. Вначале приведем предлагаемый рисунок к прямоугольной форме. Чтобы выделить прямоугольную рамку, захватывающую весь рисунок, представим черный крест, вписанным в квадрат белого цвета.

Все рисунки в компьютерах имеют прямоугольную форму, так как для работы с любым изображением к нему добавляется фон, превращающий рисунок в прямоугольник.

Крест можно разбить на девять равных частей, каждая из которых будет иметь однородный цвет — черный или белый. Обозначим черный цвет единицей, а белый — нулем. Запишем все получившиеся цифры, начиная с левой части верхнего ряда(рис.9,б). Мы получили матрицу:

0 1 0

1 1 1

0 1 0

Это и есть компьютерный код нашего рисунка. Однако из этого кода неясно, какого размера должна быть каждая часть рисунка. Поэтому договоримся, что разделим рисунок на небольшие части заданного размера (элементарные квадратики). Теперь частей стало значительно больше (рис.9,в), и компьютерный код стал длиннее

и так далее.

Зато любой компьютер, получив этот код, и зная, что каждая цифра означает цвет(или яркость) небольшого элемента изображения заданного размера, легко восстановит рисунок.

Изображения, закодированные описанным способом, называются растровыми изображениями, или растром.

Части, на которые разбиваются изображения, называют пикселями (Picture Element — элемент изображения). Пиксели часто называют точками, так как они очень малы. Рисунок из множества пикселей можно сравнить с мозаикой, когда из большого количества разноцветных камешков собирается произвольная картина. Если через увеличительное стекло рассмотреть изображение на экране телевизора или часть газетной иллюстрации, то можно увидеть растр - мелкие точки и пятнышки разной величины и цвета. Так и для моделирования изображения в компьютере оно раскладывается на множество точек, расположенных рядами и столбцами, в своего рода «мозаику», причем координата каждого элемента этой мозаики известна - это номер строки и (или) столбца в матрице чисел.

Если для представления каждого пикселя в черно-белом рисунке достаточно одного бита (бинарная форма записи), то для работы с цветом или полутоновым изображения этого явно недостаточно. Однако подход при кодировании цветных изображений остается неизменным. Любой рисунок разбивается на пиксели, то есть небольшие части, каждая из которых имеет свой цвет.

Объем информации, описывающий цвет пикселя, определяет глубину цвета. Чем больше информации определяет цвет каждой точки в рисунке, тем больше вариантов цвета существует. Понятно, что для рисунков в естественном цвете требуется больший объем памяти. Чтобы представить более шестнадцати миллионов цветов, информация о каждой точке рисунка должна занимать четыре байта, что в тридцать два раза больше, чем для монохромного рисунка.

Пока говорилось, что пиксель — маленькая часть рисунка. А каков размер пикселя? Не определив размер пикселя, невозможно построить изображение на основе закодированных данных. Если же мы зададим размер, то без проблем восстановим закодированный рисунок. Однако на практике не используют размер пикселей, а задают две другие величины: размер рисунка и его разрешение. Размер описывает физические габариты изображения, то есть его высоту и ширину.

Можно задать размеры в метрах, миллиметрах, дюймах или любых других величинах, но в компьютере чаще всего размер задается в пикселях.

Например, размер рисунка компьютера равен 32 на 32 пикселя. При отображении на мониторе и последующей печати на принтере каждый пиксель представляется отдельной точкой, если оборудование не делает специальных преобразований. На старых мониторах с крупным зерном экрана монитора, рисунок получится большим, а на современном принтере, в котором используются мельчайшие точки, рисунок получится очень маленьким. А каким он должен быть на самом деле? Для этого задается разрешение изображения. Разрешение - это плотность размещения пикселей, формирующих изображение, то есть количество пикселей на заданном отрезке. Чаще всего разрешение измеряется в количестве точек на дюйм — dpi (Dot Per Inch). Например, если мы укажем, что наш рисунок на компьютере имеет разрешение 72 dpi, это означает, что на каждом дюйме может разместиться семьдесят два пикселя. При отображении рисунков на мониторе используют разрешение от 72 dpi до 120 dpi,т.е. чем выше степень разрешения (72dpi,120dpi,200dpi и т.д.), тем меньше размер растровой точки и,соответственно, тем выше качество передачи изображения. При печати самым распространенным разрешением является 300 dpi, но для получения высококачественных отпечатков на современных цветных принтерах и плоттерах можно использовать и большее разрешение.

Разбив рисунок на пиксели, описав цвет каждого пикселя и задав разрешение, мы полностью закодируем любой рисунок. Имея эту информацию, любая компьютерная программа сможет восстановить исходное изображение.

Теперь, когда мы познакомились с принципами представления изображений в компьютере, можно разобраться, почему только современные персональные компьютеры способны работать с качественной графикой.

Как уже отмечалось, чтобы получить в рисунке естественные цвета, следует использовать для кодирования каждого цвета четыре байта. Современные цветные принтеры и плоттеры печатают изображения с разрешение до 2000 dpi. Для представления с таким разрешением и глубиной цвета изображения формата А4 (обычный лист бумаги), потребуется памяти около 765 мегабайт (Mb). Даже для современных компьютеров это слишком много. Но рисунки размерами по 50 мегабайт обрабатываются без особенных затруднений. Аэрофотоснимок размером 10х15см и глубиной цвета 24 бита может занять 395 килобайт (Kb) если используется разрешение 75 dpi, или более 35 мегабайт (Mb), при использовании разрешения 720 dpi.

Понятно, что при большем разрешении один и тот же чертеж разбивается на большее количество точек, что существенно улучшает его качество, однако работать с большими файлами становиться довольно трудно. Растровые изображения достаточно широко используются в цифровой картографии. Аэро- и космические снимки, введенные в компьютер, хранятся именно в виде растровых изображений. Большинство рисунков во всемирной компьютерной сети Интернет представляют собой растровые файлы. Имеется множество программ, предназначенных для работы с растровыми изображениями. Зная способ кодирования изображения, программа для работы с графикой может воспроизвести его на экране монитора или распечатать на принтере.

Растровые изображения обладают одним очень существенным недостатком: их трудно увеличивать или уменьшать, то есть масштабировать. При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется разборчивость мелких деталей изображения. При увеличении —увеличивается размер каждой точки, поэтому появляется ступенчатый контур и изображение начинает «сыпаться». Кроме того, растровые изображения занимают много места в памяти и на диске. Чтобы избежать указанных проблем, применяют так называемый векторный способ кодирования изображений.

Самые простые типы изображения - штриховые. Они слагаются из отдельных линий, отрезков, дуг, из которых можно создавать различных комбинации. Из элементарной математики мы знаем, что любой отрезок-это вектор, который характеризуется и определяется на плоскости координатами начала и конца отрезка. В векторном способе кодирования геометрические фигуры, кривые и прямые линии, составляющие рисунок, хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и геометрических абстракций, таких как круг, квадрат, эллипс и им подобных фигур. Например, чтобы закодировать круг, не надо разбивать его на отдельные пиксели, а следует запомнить его радиус, координаты центра и цвет. Для прямоугольника достаточно знать размер сторон, место, где он находится, и цвет закраски. С помощью математических формул можно описать самые разные фигуры. Любое изображение в векторном формате состоит из множества составляющих частей, которые можно редактировать независимо друг от друга. Эти части называются объектами. Так как с помощью комбинации нескольких объектов можно создавать новый объект, объекты могут иметь достаточно сложный вид.

Размеры, кривизна, цвет и местоположение для каждого объекта, хранятся в виде числовых коэффициентов. Благодаря этому появляется возможность масштабировать изображения с помощью простых математических операций, в частности, простым умножением параметров графических элементов на коэффициент масштабирования. При этом качество изображения остается без изменений. Используя векторную форму представления данных можно не задумываться о том, готовите ли вы единичный условный знак для своего плана или рисуете двухметровый транспарант. Работа над изображением производится совершенно одинаково в обоих случаях. В любой момент можно преобразовать изображение в любой размер без потерь качества. Важным преимуществом векторного способа кодирования изображений является то, что размеры графических файлов векторной графики имеют значительно меньший размер, чем файлы растровой графики.

Однако есть и недостатки работы с векторной графикой. Прежде всего, это некоторая условность получаемых изображений. Так как все рисунки состоят из кривых, описанных формулами, трудно получить реалистичное изображение. Для этого понадобилось бы слишком много элементов, поэтому возможности векторной графики не могут использоваться для кодирования аэрофотоснимков. Если попытаться описать аэро- или космический фотоснимок векторами, размер полученного файла окажется значительно больше, чем соответствующий растровый файл.

В итоге отметим, что векторные данные используются в ГИС для представления информации, которая нуждается в дальнейшем анализе и манипуляции (обновление данных, корректура, удаление).

Растр применяется в основном там, где графическая информация представлена в виде картинки или фотографии, а также в качестве «растровой подложки» для дальнейшей векторизации картографического изображения при создании новых карт.

Другими словами, если векторная модель данных дает информацию о том, где расположен тот или иной объект, то растровая- информацию о том, что расположено в той или иной точке территории.

Дата добавления: 2015-06-04