基于要素結(jié)構(gòu)選取模型的手繪寫意地圖制圖綜合研究

羅紹輝，杜若櫻

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西南寧 530022)

1 引言

地圖作為描述、研究人類生存環(huán)境的一種信息載體，融科學(xué)、藝術(shù)于一體。成功的地圖作品一定是科學(xué)性和藝術(shù)性結(jié)合的典范［1］。地圖可視化是一種空間認(rèn)知行為，它將地理數(shù)據(jù)用可見的圖形表現(xiàn)，有助于人們觀察、研究客觀存在或各種自然、社會現(xiàn)象的空間分布，獲得深層次的信息［2］。地圖符號是地圖的語言，是地圖可視化的主要表現(xiàn)形式。地圖有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，統(tǒng)一的比例關(guān)系，特定的投影類型，保持了物體的正確的形狀、大小和立體相關(guān)位置，并有標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的圖廓整飾［3］。地圖設(shè)計是對地圖內(nèi)容的綜合取舍及表示方法上的設(shè)計［4］。

選擇的多元必然導(dǎo)致個性化的產(chǎn)生，地圖設(shè)計范疇擴(kuò)寬，市面上地圖品種日漸豐富，城市手繪寫意地圖見于各山水旅游城市，手繪圖表現(xiàn)方法更活潑，有較大的自由度，運用寫意手法，展現(xiàn)地圖藝術(shù)觀賞性，在設(shè)計中注意每一個細(xì)節(jié)，把地圖刻畫成文化創(chuàng)意產(chǎn)品。地圖從編繪到出版的整個過程都有嚴(yán)密的理論作基礎(chǔ)和先進(jìn)的技術(shù)作支撐，科學(xué)性是地圖的根本屬性［5］。手繪寫意地圖上雖然一般不作精確量算，在地理精度上可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，但同樣要有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，遵循地圖的科學(xué)性原則，否則將成為地道的“示意圖，不再具有地圖的基本屬性。

結(jié)合南寧手繪寫意地圖編制，建立地圖要素選取指標(biāo)模型，通過研究地圖要素的選取規(guī)律，為實施制圖綜合提供科學(xué)的選取指標(biāo)。將制圖綜合后地圖要素用于手繪地圖編繪，使其質(zhì)量更有保證。

2 基于模糊綜合評判模型地圖要素結(jié)構(gòu)選取

地圖要素選取模型是確定選取具體要素的模型。根據(jù)制圖物體的結(jié)構(gòu)關(guān)系，從大比例尺地圖資料上的制圖物體中尋找出更重要的一部分物體表示在新編地圖上。從地物的層次關(guān)系(等級)、空間關(guān)系(毗鄰和包含)和拓?fù)潢P(guān)系(鄰接和關(guān)聯(lián))等方面來解決具體問題。本次手繪寫意地圖涉及河流結(jié)構(gòu)選取、道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)選取、地貌結(jié)構(gòu)選取等。下面以河流結(jié)構(gòu)選取為例，采用模糊綜合評判模型［6］，主要考慮河流的長度及密度，選取河流結(jié)構(gòu)。

2.1 河流選取因素集

根據(jù)地圖制圖綜合原理，河流長度(L):河流越長，選取的可能性越大;河流間距(D):河流越密，選取的可能性越小。另外考慮河流在人文、地理位置上的重要性(R)和河網(wǎng)類型(W)等，得地圖上河流選取因素集:

2.2 河流選取評判集

制圖綜合中，對河流只有選取或舍去，河流選取的評判集:

2.3 因素權(quán)重A確定

針對影響河流選取的4個因素分配不同權(quán)重，根據(jù)專家評定和統(tǒng)計分析得:

2.4 建立模糊綜合評判矩陣

通過因素評判，確定每個因素對于各等級模糊子集的隸屬度。

式中ri1是單因素對河流選取的隸屬度，ri2是單因素對河流舍去的隸屬度。

模糊綜合評判矩陣:

2.5 模糊綜合評判結(jié)果集

據(jù)式(5)和式(3)，通過模糊變換，得評判結(jié)果:

式中?是合成運算中模糊矩陣乘算子，按最大隸屬原則，bk=max(b1，b2)，若 bk=b1該河流選取，bk=b2，該河流舍去。為防止b1=b2出現(xiàn)，采用M(⊕，·)模糊算子［6］。

3 模型選取河流實驗

利用上述模糊數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過MATLAB矩陣計算，對現(xiàn)有南寧市地圖中的河流自動選取進(jìn)行試驗，確定各因素對選取河流的隸屬度。圖1是利用模糊數(shù)學(xué)模型對河流自動選取的結(jié)果，從選取結(jié)果來看，結(jié)構(gòu)選取是令人滿意的。

圖1 河流選取結(jié)果

選取河流要素的同時，運用相關(guān)模型選取道路要素，地貌要素，為下一步手繪地圖確定帶有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的地理底圖。

4 地圖要素選取后手繪地圖設(shè)計

本次南寧手繪寫意地圖探討計算機(jī)設(shè)計和手繪設(shè)計創(chuàng)新結(jié)合，發(fā)揮設(shè)計本質(zhì)。繪圖工具不再是傳統(tǒng)畫筆、調(diào)色板，而采用數(shù)位圖形手寫板，具體參數(shù):電磁感應(yīng)方式/坐標(biāo)分辨率200 lpmm(5080 lpi)/精確度+/－0.25 mm(0.010 in)/讀取速率200點/秒/數(shù)位板體積435*290/可創(chuàng)建自然表現(xiàn)的筆刷和橡皮擦功能。特點:2048級壓力感應(yīng)與60°傾斜感應(yīng)，能精確模擬各種傳統(tǒng)畫筆、筆刷與馬克筆的筆觸表現(xiàn)。

對地圖要素結(jié)構(gòu)選取后地理底圖做相應(yīng)處理，運用圖形手寫板修飾后得南寧市手繪地底圖效果如圖2，確定地圖框架后，針對細(xì)節(jié)要表現(xiàn)個體，塑造形體和準(zhǔn)確表達(dá)。

圖2 南寧市手繪地圖底圖局部效果

數(shù)位板的應(yīng)用，提高了手繪地圖的真實性、可修改性以及制作速度，保留了計算機(jī)設(shè)計的準(zhǔn)確性、逼真性、可修改性、復(fù)制性，從不同角度、不同空間感受設(shè)計效果，完善自己的作品;可修改性和復(fù)制性提高了工作效率，更方便完善設(shè)計方案;同時涵蓋了制圖者個性和主觀意識的發(fā)揮和表達(dá)，情感的自然流露，創(chuàng)意靈感的快速捕捉，做到優(yōu)勢互補(bǔ)，融合兩者的優(yōu)勢，全面展示設(shè)計的多樣性。

5 結(jié)語

手繪地圖設(shè)計要遵守地圖編制的大原則，本著實現(xiàn)其科學(xué)性、實用性、藝術(shù)性的思想進(jìn)行，從全方位服務(wù)于讀者的角度，選擇其內(nèi)容，決定其形式。本文從地圖要素結(jié)構(gòu)選取模型入手，探討手繪寫意地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，保證了在遵循地圖的科學(xué)性原則下編繪寫意地圖;采用數(shù)位板輸入，提高了手繪的效率。從設(shè)計作品的角度，以藝術(shù)化的表現(xiàn)手法，提高地圖藝術(shù)觀賞性，使其真正成為值得收藏與紀(jì)念的地圖產(chǎn)品。

［1］肖燕萍.構(gòu)圖的形式美法則在地圖設(shè)計中的應(yīng)用［J］.測繪通報，2006(10):65～67.

［2］蔡國林，李永樹，馮德俊.基于ArcGIS Engine地圖符號化模塊的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機(jī)應(yīng)用研究，2006(12):268～269.

［3］羅紹輝，黃炳強(qiáng)，阮明.基于模糊綜合評判模型數(shù)字影像地圖集質(zhì)量控制分析［J］.測繪科學(xué)，2010(3):113～114.

［4］劉艷.關(guān)于旅游地圖設(shè)計的探討［J］.測繪與空間地理信息，2008(3):183～184.

［5］過家春，高飛，柳錦森.論旅游地圖的文化內(nèi)涵與審美價值［J］.測繪通報，2008(3):47～49.

［6］何宗宜.地圖數(shù)據(jù)處理模型的原理與方法［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2004.

［7］羅紹輝，阮明.基于模糊綜合評判模型數(shù)字影像地圖集質(zhì)量評價分析［J］.城市勘測，2009(4).