《安徽省地图集》中地貌晕渲的研制

张冬梅，管怀重

（1.中国地图出版社，北京100054;2.安徽省第四测绘院，安徽合肥230031）

一、概 述

自20世纪50年代以来，随着各种测绘新技术的不断涌现，地图产品也表现出蓬勃发展的态势。地图品种不断增多，表现手段更加丰富，地图的内容、类型及表示方法不断变革，技术也更加先进。采用数字高程模型(DEM)生成的数字地貌晕渲加上等高线，并与其他地理信息有机结合，现已成为一种成熟的地图表现方式，从而使得地图作品更加精细、美观［1］。这样生成的地图，地表形态起伏明显、立体感强，同时具有很强的科学性和艺术性。

《安徽省地图集》是新中国成立后安徽省编制的第一部大型综合性地图集，它突破了以往地图集以等高线这种二维线划来表示地形的传统方法，广泛应用了地貌晕渲这种地图表现方式，利用光照和分层设色原理，科学而直观地塑造出易于被大众接受的地表形态。同时，配置上最新的行政区划和交通网等现势性资料，实用性更强。图集中采用数字地貌晕渲制作技术制作的彩色地貌晕渲图、双色调模式地貌晕渲图是在国家1∶25万和1∶5万DEM数据库基础上研制而成的。

二、地貌晕渲制作技术准备

数字地貌晕渲即基于DEM数据，遵循传统的地貌晕渲理论与技术，设置正确的场景，计算机根据光照强度、地形各部位的高程值和其他相关数据建立数学模型，在程序和软件处理下，将模拟场景的三维描述通过输出设备生成地貌晕渲图像［2］。目前，国内外许多制图软件和GIS软件中都含有制作数字地貌晕渲的软件模块，如美国Esri公司的Arc-GIS中ArcMap下的三维分析模块、武汉大学远图空间信息技术开发中心研制的Atlas3D软件、Autodesk公司的Map3D2010中地图管理下的渲染模块等，都可以处理DEM数据并自动生成数字地貌晕渲。

为了制作大幅面的满足印刷出版的彩色地貌晕渲图，笔者进行了大量的尝试与不断的探索，包括选择不同的数字地貌晕渲制作方法和将制作出的产品进行效果比较、对照。在满足图集项目技术要求基本前提下，结合收集的数据源，笔者找到了利用ArcMap中三维分析模块中Hillshade工具来制作彩色(加等高线分层设色)地貌晕渲图的方法，圆满地完成了图集地貌晕渲制作任务。

三、地貌晕渲制作数据准备

图集中安徽省地势图比例尺为1∶150万，而笔者收集的国家1∶25万地形图数据库的Terlk(等高线加高程点)层可制作生成梯形1∶25万DEM数据，因此由其制作的地貌晕渲图像即可满足地势图要求，而专题图组中的主图成图比例尺更小，显然也能满足。图集中，虽然区域地理图组中的市、区、县地图成图比例尺较大，但利用收集到的国家1∶5万DEM数据库数据可满足制作晕渲图像的要求。由于收集到的安徽省区域内的国家1∶5万DEM数据为包含完整的安徽省界的1∶5万岛状数据，缺乏邻省的1∶5万DEM数据，而区域地理图的市县区地图制图区域为矩形，考虑到制图主区与邻区有主次差异，因此决定采用1∶5万岛状全省DEM数据与24幅梯形1∶25万DEM数据镶嵌融合方案，即省内部分(主区)采用1∶5万DEM数据，省外部分(邻区)用1∶25万DEM数据。这两种DEM数据在生成数字地貌晕渲时地形大致立体轮廓一致(两种数据中25 m的整数倍等高线完好接边)，但1∶25万DEM生成的晕渲细部地形特征有丢失(基本等高距不同造成的)。

晕渲制作数据具体使用情况为:梯形1∶25万DEM数据，既可通过正确设置高度表加分层设色制作地势图中彩色地貌晕渲，又可制作相关专题图组中所需双色调地貌晕渲;1∶5万DEM数据与1∶25万DEM数据镶嵌融合而得到的DEM数据制作图集中的市区县地图中所需双色调地貌晕渲。

四、地貌晕渲的制作方案

《安徽省地图集》中的地貌晕渲图制作虽然已选定了前文所确定的制作方法，但在实际制作中，还需要解决不同地形区域地貌晕渲的高程抬高系数的选择、彩色地貌晕渲中的分层设色的设定、晕渲图像与矢量图形的配准问题。

1.高程抬高系数的选择

为了更好地表现不同区域地形起伏特征，可考虑适当设置其高程抬高系数来更好地表现其立体效果。一般平原地区高程抬高系数适当取值大一些，山地区域取值小点，否则会造成晕渲阴影过大，立体效果反而变差，需要注意的是抬高后仍然要保持不同地貌地形的相对准确，如不能让丘陵地区抬高太大以显得比山地区域地势还高大。安徽主要地貌类型为3种:平原、丘陵、山区。通过反复试验，确定了合适的高程抬高系数:平原为2.5，如图1所示;丘陵为2，如图2所示;山地为1.5，如图3所示。将全省17个省辖市行政区域按地貌形态进行分类，设置相应的高程抬高系数生成Hillshade栅格数据后，按成图区域图廓进行裁剪，再分别制作其所属市、区、县晕渲图像。

图1 平原对比图，以淮北平原中淮北市为例，抬高系数为2～2.5

图2 丘陵对比图，以江淮丘陵滁州市为例，抬高系数为1.5～2

图3 山区对比图，以皖南山区宣城市为例，抬高系数为1～1.5

2.高度表划分，分层设色的设定

按我国地貌分类的高度分界线标准，并结合安徽省的地貌类型实际情况，设置高度表时采取了将分界线尽量选在不同地貌类型之间发生改变的高度线上的原则，这样有利于反映不同地貌类型的特征和对比。采用分层设色加晕渲可以提高地图的易读性，而且对于平原地区，晕渲能把没有用足够等高线表示的地形微起伏表示出来［3］。在分层设色的选择上，平原陆地采用绿色过渡到黄，丘陵采用黄向棕过渡，山区采用棕向褐色过渡。

3.晕渲图像与矢量图形的配准问题

1)彩色晕渲图像的配准问题。梯形1∶25万DEM文件运行Hillshading命令后生成0～255灰度的Hillshade山体文件，直接叠加安徽省1∶25万勘界矢量数据导出TIF图像来控制晕渲图像的比例尺大小，可用图中若干同名点配准套合后，再用水系等其他制图要素检查套合的精确度。专题地图双色调晕渲图像配准同样如此。

2)市区县地理图的双色调晕渲图像的配准。在ArcMap中，将划分的17个地级市的Hillshading文件，叠加安徽省1∶1万、1∶5万勘界数据和各市区县图幅四至范围线，并利用图幅四至范围线对山体阴影文件进行栅格数据裁切，导出高分辨率的TIF图像后在Photoshop软件里进行重新定义文件大小，重定像素分辨率450 dpi，最后按图幅范围线大小在Corel-DRAW软件中插入矢量图形里实现精确套合裁切配准。

在地图集的制作中，统一协调性是个很重要的方面，统一的制图资料和制作数据源才能使晕渲图像与地图要素矢量图形套合精准统一，再加上统一的符号和用色方案，可为地图集的一致准确性、权威性、艺术性增色不少［4］。

五、地貌晕渲的应用实例

1.安徽地势图

彩色数字地貌晕渲图像，如图4所示。

图4 安徽地势图及安徽立体景观晕渲图

在制作软件中，对1∶25万DEM数据设置高度表加分层设色叠加0～255灰度的Hillshade山体文件生成的彩色数字地貌晕渲图像立体效果无疑比等高线加分层设色效果更直观、更美感;同样制作的安徽省立体景观晕渲图(如图5(b)所示)也是如此。

2.专题图组系列图

采用多种主色双色调数字地貌晕渲图像作底图框架，如图5所示。

专题地图中底图要素不仅力求简洁，更要突出专题要素。因此，在环境保护图(如图5(a)所示)中考虑用采用土黄色双色调晕渲图像，象征生态环境、自然保护区、湿地等的支撑基础离不了土地。徽州古韵图(如图5(b)所示)中则采用淡黄绿双色调晕渲图像，大徽州属区域地理范围，用此色调一方面和区域地理图组近似，保持一致性;另一方面山区地貌晕渲的使用也是暗喻大徽州正是因为地处山区，山高路远，又有广袤绿林覆盖，因此古徽州的牌坊、民居和宗祠大部分方能得以保存完好。

图5 双色调数字地貌晕渲图像

3.区域地理图组市区县图

采用统一的淡黄绿双色调数字地貌晕渲图像作底图框架，上面叠加其他地图要素，如图6所示。

图6 区域地理图组双色调数字地貌晕渲图像

如图6所示，处于底层的晕渲图像与河流、色带、界线等上层地图要素精确套合，配合协调，满足了图集技术设计要求，可以印刷出版。

六、结束语

《安徽省地图集》是一本大型综合性地图集，地貌晕渲图是其中最主要的部分。利用DEM数据制作数字地貌晕渲的创新主要体现在不同比例尺之间的DEM数据镶嵌融合及裁剪使用，以及彩色地貌晕渲所需的DEM高度分层、彩色色阶设计、任意分辨率的DEM立体晕渲图像输出，《安徽省地图集》中的晕渲图制作正是使用该项技术圆满完成的。在图集中数字地貌晕渲制作实践中，笔者认为在以下几个方面还有待于作进一步努力和研究:

1)实践工作中由于技术和生产实际的局限，对于数字地貌晕渲一些改进和效果增强方法使用得不够，如复杂地貌的表达时，改变单一光源使用为混合光源使用［5］;根据坡度和山体主要走向，斜照光源和直照光源的混合使用［6］;按地貌形态划分区域进行光源和灰度调整来展现局部细节;运用图像处理软件来选取阴阳坡面并通过改变K值来改变其明暗对比来增强晕渲立体效果［7］。

2)在建立数字地形表面模型的各种方法中，应该选择哪一种建模方法才能既更好地重建与内插地形表面，又便于计算机进行存储、处理及运算。

3)最好的晕渲图作品还是人工制作出的，无论基于哪一种软件平台，制图人员真正想做出一幅高质量又富有艺术性的晕渲图，还是需要具备晕渲制作方面的知识，了解地貌晕渲原理、光照理论、DEM数据处理技术，当然还需具备地图色彩、地图整饰等相关制图经验。

数字地貌晕渲制作是一项复杂工艺，有待于在实践中进一步完善和提高，以更好地满足用户日益发展的产品需求。

［1］ 徐根才，司连法，陈卓宁.第24届国际制图大会掠影-地图的盛宴［N］.中国测绘报，2010-03-02(3).

［2］ 李少梅，孙群，阚映红.计算机地貌晕渲的方法和实践［J］.测绘学院学报，2002(1):65-67.

［3］ 黄仁涛，庞小平，马晨燕.专题地图编制［M］.武汉:武汉大学出版社，2003.

［4］ 俞连笙，王涛.地图整饰［M］.北京:测绘出版社，1995.

［5］ 施祖辉.地貌晕渲法［M］.北京:测绘出版社，1985.

［6］ 王晓延，郭庆胜.基于DEM的地貌晕渲表达方法探讨［J］.测绘通报，2003(8):48-50.

［7］ 李维庆，刘增林，曾文军.高质量晕渲图制作技术研究［J］.测绘，2008(5):235-237.