处理和显示图形的一门新兴学科计算机图形学具体的应用范围很广课件.ppt

1、第二章第二章 数字制图技术现状与进展数字制图技术现状与进展数字地图制图数字地图制图数字地图制图数字地图制图主要内容主要内容 信息科学与技术基础信息科学与技术基础数字制图的硬件配置数字制图的硬件配置 数字制图技术的发展数字制图技术的发展 我国数字制图的发展状况我国数字制图的发展状况数字地图制图数字地图制图1.信息科学与技术基础信息科学与技术基础计算机图形学是研究如何应用计算机生成、处理和显示图形的一门新兴学科。计算机图形学具体的应用范围很广，基本可以分为两类，一类是以线条为主的二维图形，例如工程图、地形图、曲线图表等，对应的应用技术领域是计算机辅助设计（CAD），著名的软件有AutoCad、Mi

2、croStation等；另一类是各种自然和人工物体的三维造型，目前已有一些大众化的软件，例如3D MAX、Coreldraw等，CAD软件中也逐步发展了对机械和建筑等规则物体的几何造型功能。计算机图形学为地图图形数据的处理与算法设计，奠定了方法基础。1.1计算机图形学数字地图制图数字地图制图1.2 数据库技术 数据库中的数据，不仅包括反映事物数量的数值，还包括各种非数值的信息：文字材料、图形图像、声音等。在许多应用场合，使用数据有以下几个特点：数据量大、数据需要长期保存，反复使用、许多数据要被多个不同的用户公用。为了适应这些特点，数据必须集中起来以一定的组织方式存放在计算机的外存储器中，从而能

3、以最佳方式、最少的重复，为多种应用服务。这样组织起来的数据就是数据库（Database，简称DB）。数字地图制图数字地图制图 为了避免各种应用时的重复劳动，也为了避免公共数据的破坏，人们把对数据库中数据 ，的各种基本操作集中于一个软件来处理 。凡要使用数据库时，都利用这个软件来建立、使用、修改数据库中的数据，这样的软件就是数据库管理系统（Data Base Management System ，简称DBMS）。数据库和数据库管理系统综合起来，称为数据库系统。它是对大量数据进行统一管理，从而提供一种使用灵活、适用性广泛的数据管理技术。数字地图制图数字地图制图 数字图像处理技术包括了数字图像处理技

4、术包括了对图像进行抽象、表示、变对图像进行抽象、表示、变换等方法，除此之外，图像换等方法，除此之外，图像处理还包括如图所示的有效处理还包括如图所示的有效方法。方法。1.3数字图像处理数字地图制图数字地图制图图示：图示：数字图像数字图像处理方法处理方法图像匹配与识别图像的二维与三维重建图像增强与恢复图像信息的压缩与编码图像分割数字地图制图数字地图制图1.4 多媒体技术多媒体技术 多媒体技术是20世纪90年代以来随着信息技术的发展而形成的一个领域。狭义的多媒体指的是文本、图像、图形、动画、声音等多种可供传递的形式载体。传统的计算机信息系统处理的对象主要是文本和数据信息，而将上述多种媒体进行综合与集

5、成处理则成为多媒体信息系统的主要特征。数字地图制图数字地图制图连续媒体连续媒体静态媒体静态媒体 根据媒体的时态性，可将多媒体分类为静态媒体根据媒体的时态性，可将多媒体分类为静态媒体（Static mediaStatic media）和连续媒体（）和连续媒体（Continuous mediaContinuous media）是指那些受时间因素影响的媒体，即这些媒体的描述都是相对于某一段具体时间的，包括普通数据（如二进制文件结构）、原始ASCII、数值数据、视频数据、动画数据和交互数据。声音、动态图像（视频）随时间变化 数字地图制图数字地图制图 数字制图的硬件基本配置数字制图的硬件基本配置2.数字

6、制图的硬件设备扫描仪数字化仪电分机数字相机主机数字印刷机数字制版机激光彩排照彩色打印机数字地图制图数字地图制图2.1数字制图的数据输入设备 输入设备是指将文字、图形、图像信息输入计算机的输入设备是指将文字、图形、图像信息输入计算机的设备。信息存储介质和存储方式不同，它们所需的输入设设备。信息存储介质和存储方式不同，它们所需的输入设备也不同。存储在纸张或胶片上的地图原稿、照片、反转备也不同。存储在纸张或胶片上的地图原稿、照片、反转片，需要的输入设备是扫描仪，对于线划图形，可以用数片，需要的输入设备是扫描仪，对于线划图形，可以用数字化仪。电分机作为输入设备，它的功能与扫描仪类似。字化仪。电分机作为

7、输入设备，它的功能与扫描仪类似。存储于光盘、软盘、硬盘上的数据信息，需要相应的驱动存储于光盘、软盘、硬盘上的数据信息，需要相应的驱动设备，如光盘驱动器、软盘驱动器。此外，数码照相机也设备，如光盘驱动器、软盘驱动器。此外，数码照相机也是一种非常理想的图像输入设备。是一种非常理想的图像输入设备。数字地图制图数字地图制图文字内容文字内容扫描仪扫描仪（Scanner）是一种高精度的光电一体化高科技产品，它是将各种形式的图像输入计算机的重要工具，是继键盘和鼠标之后的第三代计算机输入设备，是一种功能极强的输入设备。扫描仪的分类：扫描仪的种类繁多，分类的方式有多种。按原稿架形分有平板式扫描仪和滚筒式扫描仪（

8、图2-2）；按扫描仪幅面分主要有A0、A1、A2、A3、A4幅面扫描仪；根据扫描仪扫描介质不同，扫描仪又可分为名片扫描仪、底片扫描仪、馈纸式扫描仪、文件扫描仪、实物扫描仪等；根据使用方式还可分为台式扫描仪、手持式扫描仪、笔式扫描仪等；按扫描后图像的维数可分为2D扫描仪和3D扫描仪等。数字地图制图数字地图制图数字化仪数字化仪数字化仪是一种高精度的图形输入设备，是以跟踪地图单要素划线方式将图形进行数字化，数字化的结果是把图形全部转换为矢量方式表示的数据。根据自动化程度的不同，有全自动跟踪式数字化仪、半自动跟踪式数字化仪和手扶跟踪跟踪式数字化仪。数字化仪的分类：数字地图制图数字地图制图2.2 计算机

9、地图制图系统的数据数据处理设备 主机是计算机制图系统的核心。计算机地图制图对主机要求较高，主要表现在处理速度、存储容量、输入输出速度、图形显示的质量与速度等方面。磁性媒体：软盘、光盘磁性媒体：软盘、光盘 光学媒体：光学媒体：CD-ROM 磁光媒体：磁光媒体：MO 主机外部主机外部存储媒体存储媒体数字地图制图数字地图制图2.3 计算机地图制图的数据输出设备 地图数据电子显示输出设备是显示器、图形显示器、投影仪等。地图数据纸质输出设备主要有打印机、激光照排机、直接制版机和数字式直接印刷机。l彩色喷墨打印机彩色喷墨打印机l彩色激光打印机彩色激光打印机l热转印式彩色打印机热转印式彩色打印机打印机打印机

10、l外鼓式激光照排机外鼓式激光照排机l内鼓式激光照排机内鼓式激光照排机激光照排机激光照排机数字地图制图数字地图制图数字制版机数字制版机数字印刷机数字印刷机数字制版是指用电子的方法直接把地图数据传送到一定介质上制成可以直接上机印刷的印刷版的过程（computer-to-plate简称CTP）数字印刷（Digital Printing）是指用电子的方法把地图数据直接转换成印刷品的一种印刷复制过程。数字地图制图数字地图制图3.数字制图技术的发展3.1 酝酿探索阶段 这是数字地图制图的初始阶段，大约是60年代初到60年代末。当时计算机大致处于第二代产品阶段。有关辅助图系统的配置是主要的研究课题，包括硬件

11、设备和以获取图形显示为目标的软件的研制。20世纪50年代末，美国Colcomp公司研制成功数控绘图机；1963年，美国麻省理工学院研制第一套人机对话交互计算机绘图系统；1964年，牛津大学首先建立了牛津自动制图系统，并首次进行了地形图的数字制图；几乎与此同时，在1963年，由美国哈佛大学计算机绘图实验室研制成功SYMAP系统，这是行式打印机作为图形输出设备的一种制图系统。这两个数字系统的诞生，对这一新兴学科的发展，做出了开创性的贡献。数字地图制图数字地图制图原始资料原始资料手扶数字化仪手扶数字化仪计算机计算机绘图机绘图机地图产品地图产品绘图软件绘图软件酝酿探索阶段地图制图的流程图酝酿探索阶段地

12、图制图的流程图数字地图制图数字地图制图3.2 发展完善阶段 这一阶段大致从60年代末到80年代中，主要是对数字地图制图系统作进一步的实验、改进和发展，使其逐步完善。在这一阶段，计算机及其外部设备的研制取得了突飞猛进的发展，已出现第三、四代产品。计算机性能价格比的变化，有利于计算机应用的推广。在这样的环境下，数字制图以空前的速度和规模发展。这一阶段的主要研究课题是数字地图的应用应用问题。数字地图制图数字地图制图野外测量成果野外测量成果遥感与航测数据遥感与航测数据地图数字化或地图数字化或扫描矢量化扫描矢量化数字地图数字地图制图软件制图软件计算机及交计算机及交互编辑装置互编辑装置地图数据库地图数据库

13、栅格绘图机栅格绘图机地图数据库地图数据库检查样图检查样图地图产品地图产品发展完善阶段地图制图的流程发展完善阶段地图制图的流程数字地图制图数字地图制图3.3生产应用及跨学科、跨行业发展阶段 这一阶段大约从80年代中后期开始，随着计算机及数字地图制图软件硬件的发展，各种高档微机，高精度的图像图像输入、输出设备的出现以及图形工作站和计算机网络的广泛应用，再加上计算机软件的功能也愈来愈强，为数字地图制图的发展和应用创造了一个非常有利的环境。与此同时，数字地图制图理论和技术也开始向生产的深度和应用的广度发展。随着数字地图制图技术的迅速发展，地图制图学科出现了一些新的研究领域和发展方向：数字地图制图数字地

14、图制图地理信息系统地理信息系统地图数据库技术地图数据库技术数字地图制图系统（全数字化地图生产系统）数字地图制图系统（全数字化地图生产系统）地图制图专家系统（地图设计、制图综合）地图制图专家系统（地图设计、制图综合）遥感图像的处理和应用遥感图像的处理和应用GPS技术与数字地图的结合技术与数字地图的结合地理信息系统地理信息系统地图数据库技术地图数据库技术数字地图制图系统（全数字化地图生产系统）数字地图制图系统（全数字化地图生产系统）地图制图专家系统（地图设计、制图综合）地图制图专家系统（地图设计、制图综合）遥感图像的处理和应用遥感图像的处理和应用GPS技术与数字地图的结合技术与数字地图的结合数字地

15、图制图数字地图制图数字制图技术的发展展望数字制图技术的发展展望（1）数字化地图生产技术将进入全面实用阶段，不仅地图制图行业要使用它、掌握它，其它行业也要熟练应用它。（2）数字制图技术向深层次发展，对制图综合、地图数据获取和专题地图制图提出更高要求，它将大幅度提高生产作业效率。（3）数字制图技术的研究领域将不断扩大，不仅包括纸质地图的数字化生产，而且包括多媒体电子地图的生产和出版。数字地图制图数字地图制图数字制图技术的发展展望数字制图技术的发展展望（4）数字制图技术使地图生产与已有地图数据库更新紧密结合在一起，形成良性循环的发展道路。（5）数字制图与遥感技术、数字摄影测量技术、GIS和GPS相结

16、合，带来更大的军事和社会效益，推动测绘技术以及地学学科前进。数字地图制图数字地图制图4.我国数字制图的发展状况我国数字制图的发展状况4.1 实验室中的数字制图 从20世纪70年代中期以后的15年左右，由于技术局限与硬件设备的不完善，数字制图只能停留在实验室中，而不能形成生产规模。20世纪80年代之后，我国掀起了第一次计算机地图制图的高潮，数据库技术、新的数学方法、信息技术、专家系统、人工智能等等不断引入的新技术、新科学使地图制图焕发了青春，并为地理信息系统的兴起打下了基础。但对于地图制图这个工程学科来讲，硬件的发展水平起决定作用，而此时的技术水平也没有达到实用化的程度，只有当硬件不成为地图制图

17、的发展瓶颈时，软件的作用才能实现。数字地图制图数字地图制图4.2 地理信息的规模化生产地理信息的规模化生产 从二十世纪90年代开始到现在，国内测绘部门紧跟国际上GIS的兴起，开始对GIS关注起来，通过GIS的应用，扩展了地图学应用领域。到目前为止已经完成了很多数字地图4D产（(DLG,DEM,DRG,DOM），并且制定了相关的地理数据标准。1.数字线划地图(Digital Line Graph）数字线划地图(缩写DLG）是现有地形图基础上的矢量数据集，并且还保存要素间的空间关系及相关属性信息。DLG产品是4D产品中最重要的，但也是投入最大、工作量最大、建立和维护（更新）最为复杂的。数字地图制图

18、数字地图制图 2.2.数字栅格地图（数字栅格地图（Digital Raster GraphicDigital Raster Graphic）数字栅格地图（缩写数字栅格地图（缩写DRGDRG）是纸质地图的数字化产品，经）是纸质地图的数字化产品，经过扫描、纠正、图像处理与数据压缩，形成在内容、几何过扫描、纠正、图像处理与数据压缩，形成在内容、几何精度和色彩上与地图完全一致的计算机栅格文件。精度和色彩上与地图完全一致的计算机栅格文件。3.3.数字高程模型（数字高程模型（Digital Elevation Model Digital Elevation Model）数字高程模型（缩写数字高程模型（缩写

19、DEGDEG）是现实世界地形起伏的数字）是现实世界地形起伏的数字化表达，能直观地反应地貌情况。化表达，能直观地反应地貌情况。4.4.数字正射影像图（数字正射影像图（Digital Orthophoto MapDigital Orthophoto Map）数字正射影像图（缩写数字正射影像图（缩写DOMDOM）是经过对像元纠正、影像镶）是经过对像元纠正、影像镶嵌等一系列处理后形成的影像平面图，带有坐标格网和图嵌等一系列处理后形成的影像平面图，带有坐标格网和图廓整饰，其上可叠加线划要素、文字注记等。廓整饰，其上可叠加线划要素、文字注记等。数字地图制图数字地图制图4.3 4.3 地图的规模化生产地图的

20、规模化生产 从1995年开始，数字制图逐渐走上实用化和规模化阶段。在数字制图发展的进程中，影响技术实用化的关键因素是硬件设备的制约。早期的满足专业地图出版要求的制图系统都是比较大型的系统，并把制图软件和硬件设备捆绑在一起。随着计算机技术的飞速发展，尤其是微机的性能得以大幅度的提高，使地图的采集、编辑可以在微机上进行，这就克服了上面所说的第一个制约因素，使地图的规模化生产成为可能。数字地图制图数字地图制图4.4 我国与发达国家数字制图的比较我国与发达国家数字制图的比较 与世界发达国家相比，我国的数字制图技术水平并不落后，基本上与他们保持同步。但是我国的基础地理信息数据库的建设起步较（晚了大约10

21、年）对基础地理信息数据库的管理和应用还存在一定差距。而基础地理信息数据库是地图生产中最为主要的数据源，因此，我们与发达国家在数字制图的方法上存在不同之处。数字地图制图数字地图制图 （1）虽然己经建立了一些基础地理信息数据库，如1:25万地图数据库，但是这些数据库建立以后一直没有更新过，空间数据与现实的情况相差在10一20年。（2）中国幅员辽阔，还有大量的空间数据采集工作没有完成。（3）有许多新的图种要进行生产，而且经常是纸质地图生产与空间数据的更新和获取联系在一起，军方尤其如此。因此，在中国，数字制图所面临的问题更为复杂，数字制图不仅要考虑地图生产的问题，还需要考虑空间数据生产或更新，这就是具有中国特色的数字制图。谢谢观赏！谢谢观赏！