(7.1)--第6章绘图及图像处理.ppt
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1、1C#程序设计语言程序设计语言2第六章第六章 绘图及图像处理绘图及图像处理3第六章第六章 绘图及图像处理绘图及图像处理01 GDI+绘图基础绘图基础02 Graphics对象及绘图方法对象及绘图方法03 控件与绘图控件与绘图04 图像处理图像处理05 GIS图形系统基础图形系统基础4地图学与几何学的基本关系地图地图表达地理空间概念的语言或媒介表达地理空间概念的语言或媒介几何学几何学也是一种空间语言,系统研究欧氏几何学(几何公理与算法)也是一种空间语言,系统研究欧氏几何学(几何公理与算法)数字地图学的研究对象数字地图学的研究对象p空间目标及其分布空间目标及其分布空间目标的特征(空间特征、属性特征
2、、时间特征、尺度特征)空间目标的特征(空间特征、属性特征、时间特征、尺度特征)空间目标的分布特征空间目标的分布特征p空间事件或过程空间事件或过程点、线、面、体的改变(如编辑)点、线、面、体的改变(如编辑)06 GIS图形系统基础图形系统基础数字地图中与空间分布有关的四个基本属性方向:相对于某点射线的定位。方向:相对于某点射线的定位。p方向关系给出了空间目标之间相互参照的位置方向关系给出了空间目标之间相互参照的位置关系关系距离:空间中点之间的物理间隔。距离:空间中点之间的物理间隔。p在地理分析中,距离关系非常重要的,因为目在地理分析中,距离关系非常重要的,因为目标之间空间相互作用的程度是随距离的
3、增加而标之间空间相互作用的程度是随距离的增加而降低的降低的邻接性或相关位置:地图目标之间的邻近或邻接性或相关位置:地图目标之间的邻近或邻接关系。邻接关系。p任何目标周围都存在一个邻域,在该邻域中包任何目标周围都存在一个邻域,在该邻域中包含有以某种方式与之相联的其他目标含有以某种方式与之相联的其他目标p空间物体的邻接关系在空间分析中很重要,因空间物体的邻接关系在空间分析中很重要,因为空间事物总是相关的为空间事物总是相关的绝对位置:以某度量单位(如米制)定义的绝对位置:以某度量单位(如米制)定义的点的位置。点的位置。p它与其他点的位置无关。它与其他点的位置无关。06 GIS图形系统基础图形系统基础
4、几何概念可以用集合理论来形式化表达集合的集合的交交p指两个集合的共同元素,记为指两个集合的共同元素,记为XYxxX and xY,即既属于即既属于X又属于又属于Y的元素。如构成两省共同边界轮廓线的点的元素。如构成两省共同边界轮廓线的点集。集。如目标的相离则:如目标的相离则:XY=集合的差集合的差p记为记为(XY)xxX and x Y,是所有属于第一个集合,是所有属于第一个集合而不属于第二个集合的元素。而不属于第二个集合的元素。集合的集合的并并p指包括两个集合所有元素的集合,记为指包括两个集合所有元素的集合,记为(XY)xxX or xY。集合的集合的补补p如果如果(XY)E并且(并且(XY)
5、,则,则X与与Y互补,互补,X称为称为Y的的补集,补集,Y也是也是X的补集。的补集。笛卡尔笛卡尔积积p给定两个集合给定两个集合X和和Y,一个新的集合称为,一个新的集合称为X和和Y的笛卡尔积,的笛卡尔积,记为记为XY(x,y)xX and yY,包含所有的(包含所有的(x,y)有序对,这些有序对中,有序对,这些有序对中,x是是X的一个元素,的一个元素,y是是Y的一个元素的一个元素。06 GIS图形系统基础图形系统基础几何目标的空间变换地图的空间属性会根据对其不同的空间变换而发生改变地图的空间属性会根据对其不同的空间变换而发生改变。等面积变换等面积变换 p在等面积变换中,线的长度(以至于区域的面积
6、)保在等面积变换中,线的长度(以至于区域的面积)保持不变,等面积变换只允许平移和旋转。因此,方向、持不变,等面积变换只允许平移和旋转。因此,方向、距离和连接性均不变距离和连接性均不变 相似性变换相似性变换p包括了缩放,因此,距离不再固定不变。但角度保持包括了缩放,因此,距离不再固定不变。但角度保持不变,所以方向不变。该变换目标形状保持不变,因不变,所以方向不变。该变换目标形状保持不变,因此很容易识别熟悉的地图此很容易识别熟悉的地图目标目标仿射变换仿射变换p距离与角度都不再保持不变,但是平行关系与线性状距离与角度都不再保持不变,但是平行关系与线性状态保持不变,方向虽然改变,但仍保持一致。态保持不
7、变,方向虽然改变,但仍保持一致。仿射变仿射变换常用于校正卫片和换常用于校正卫片和地图数字化地图数字化06 GIS图形系统基础图形系统基础几何目标的空间变换投影变换投影变换p距离、角度甚至平行关系都不再保持不变,因此,目距离、角度甚至平行关系都不再保持不变,因此,目标的面积与形状都可能改变。标的面积与形状都可能改变。p投影变换用于地图投影和测量当中。等面积投影对于投影变换用于地图投影和测量当中。等面积投影对于维持形状的真实性效果很差,等角投影能保持形状特维持形状的真实性效果很差,等角投影能保持形状特征但使面积产生最大变形,但二者都能保持目标之间征但使面积产生最大变形,但二者都能保持目标之间的连接
8、性。的连接性。拓扑变换拓扑变换p几乎在所有的地图中,不管距离与方向如何变化,都几乎在所有的地图中,不管距离与方向如何变化,都能保持地图目标间的连接性。在拓扑几何中,只有连能保持地图目标间的连接性。在拓扑几何中,只有连通性与邻接关系能得到保持通性与邻接关系能得到保持。06 GIS图形系统基础图形系统基础地图(地理)实体与地图(空间)目标地图(地理、空间)地图(地理、空间)实体实体p现实世界的基本元素,是地现实世界的基本元素,是地理意义完整的物体理意义完整的物体,它不能再它不能再细分为同一种类型的现象。细分为同一种类型的现象。地图(空间)地图(空间)目标目标p是地理实体在数字存储设备是地理实体在数
9、字存储设备中以符号化形式的表达。它中以符号化形式的表达。它在数据库中的具有属性单一在数据库中的具有属性单一的特征。的特征。地图就是一系列地图目标的地图就是一系列地图目标的集合,这些地图目标反映了集合,这些地图目标反映了地表,地表附近甚至天体表地表,地表附近甚至天体表面的自然或人文社会面的自然或人文社会特征特征。06 GIS图形系统基础图形系统基础地图目标数字地图目标的本质由数字地图制图模式即数据模型决定 两种基本的数字制图模式(数据模型)两种基本的数字制图模式(数据模型)p矢量数据模型矢量数据模型平面空间是一个连续点集平面空间是一个连续点集 p栅格数据模型栅格数据模型 平面空间用二维格网点的离
10、散点集来平面空间用二维格网点的离散点集来填充。通常分为方格网和三角网填充。通常分为方格网和三角网。p在矢量模型中,观察的基本单元是地图上在矢量模型中,观察的基本单元是地图上的线,而栅格模型中的基本单元则是一个的线,而栅格模型中的基本单元则是一个格网所示的空间单元。格网所示的空间单元。p矢量目标以线状特征分隔面域,而栅格目矢量目标以线状特征分隔面域,而栅格目标则以线状面元来标识面状特征。因此,标则以线状面元来标识面状特征。因此,对于前者,面积是由线包围起来的,对于对于前者,面积是由线包围起来的,对于后者,线是通过面域之间的分隔(断开)后者,线是通过面域之间的分隔(断开)来识别的。来识别的。p但这
11、并不意味着矢量模型不能处理点和面,但这并不意味着矢量模型不能处理点和面,点恰恰是退化的线,而面恰恰是封闭的线。点恰恰是退化的线,而面恰恰是封闭的线。06 GIS图形系统基础图形系统基础地图目标数字地图目标的本质由数字地图制图模式即数据模型决定 矢量数据模型与栅格数据模型比较矢量数据模型与栅格数据模型比较06 GIS图形系统基础图形系统基础栅格模型矢量模型优点:1、数据结构简单2、叠加操作易实现3、能有效表达空间可变性4、栅格图象便于做图象的有效增强优点:1、提供更严密的数据结构2、提供更有效的拓扑编码,因而对需要拓扑信息的操作更有效,如网络分析3、图形输出美观,接近于手绘缺点:1、数据结构不严
12、密不紧凑,需要用压缩技术解决这个问题2、难以表达拓扑关系3、图形输出不美观,线条有锯齿,需要增加栅格数量来克服,但会增加数据量缺点:1、比栅格数据结构复杂2、叠加操作没有栅格有效3、表达空间变化性能力差4、不能像数字图形那样做增强处理数字地图目标的定义定义地图目标的要求定义地图目标的要求p地图目标应能够组合空间属性的绝对位置地图目标应能够组合空间属性的绝对位置和相对位置概念。美国数字地图数据标准和相对位置概念。美国数字地图数据标准国家委员会国家委员会(NCDCDS)采用了)采用了“几何几何”与与“拓扑拓扑”术语,而不采用绝对位置和相术语,而不采用绝对位置和相对位置概念;对位置概念;p地图目标必
13、须是模块化的,使得低维目标地图目标必须是模块化的,使得低维目标可以用来定义高维目标;可以用来定义高维目标;p地图目标能够明显标识所代表的地理实体,地图目标能够明显标识所代表的地理实体,可以通过几何学中的元素来研究。这意味可以通过几何学中的元素来研究。这意味着可能要用到平面或球面坐标系统。着可能要用到平面或球面坐标系统。p如果有新的理论或技术产生,地图目标则如果有新的理论或技术产生,地图目标则必须能在日后得到扩展和更新。必须能在日后得到扩展和更新。地图目标的定义地图目标的定义p地图目标有零维、一维、二维、三维之分地图目标有零维、一维、二维、三维之分p所有的二维目标都可由所有的二维目标都可由0维目
14、标和一维目标维目标和一维目标组成,一维目标可由组成,一维目标可由0维目标维目标组成组成06 GIS图形系统基础图形系统基础如何定义数字地图目标?地图目标的地图目标的定义定义p0维维目标目标点:二维空间中有绝对位置的点:二维空间中有绝对位置的0维目标维目标端点:表示一维目标终止处的点端点:表示一维目标终止处的点网格点:表示二维剖分空间中有绝对位置的网格点:表示二维剖分空间中有绝对位置的0维目标维目标p1维目标维目标线段(弧段):二维空间中,两个端点之间的非自相交曲线段(弧段):二维空间中,两个端点之间的非自相交曲线的点的轨迹线的点的轨迹轮廓线:两个端点绝对位置相同的线轮廓线:两个端点绝对位置相同
15、的线直线段:二维空间中,两个端点之间不改变方向的点的轨直线段:二维空间中,两个端点之间不改变方向的点的轨迹迹串:首尾连接的线段序列,但串的首尾线段的起止端点不串:首尾连接的线段序列,但串的首尾线段的起止端点不相接相接环:首尾连接的线段序列,这些线段形成一个环环:首尾连接的线段序列,这些线段形成一个环所有的一维目标可以是有向的,也可以是无向的。有向的所有的一维目标可以是有向的,也可以是无向的。有向的一维目标意味着点的轨迹是从目标的一端移动到另一端。一维目标意味着点的轨迹是从目标的一端移动到另一端。前者称为始点或起点,后者称为末点或止点。移动的方向前者称为始点或起点,后者称为末点或止点。移动的方向
16、用箭头表示,基于移动方向就产生了目标的左侧和右侧。用箭头表示,基于移动方向就产生了目标的左侧和右侧。06 GIS图形系统基础图形系统基础如何定义数字地图目标?地图目标的地图目标的定义定义p1维地图目标的维地图目标的例子例子06 GIS图形系统基础图形系统基础如何定义数字地图目标?二维地图目标的定义二维地图目标的定义 p2维目标维目标:面:由连续二维目标包围的内部(可能包含面:由连续二维目标包围的内部(可能包含内部环)内部环)区域:由一个或多个外轮廓线和区域:由一个或多个外轮廓线和0个或多个个或多个不相交的内轮廓线构成的面不相交的内轮廓线构成的面背景区域:是区域的补集背景区域:是区域的补集多边形
17、:一个外环和多边形:一个外环和0个或多个不相交的内个或多个不相交的内环构成的面环构成的面背景多边形:多边形的补集背景多边形:多边形的补集像素:组成图象的最小不可分单元像素:组成图象的最小不可分单元 网格单元:剖分空间的规则单元,常见的网网格单元:剖分空间的规则单元,常见的网格单元有长方形、方形、三角形和六边形格单元有长方形、方形、三角形和六边形 Delaunay/voronoi剖分(铺盖)剖分(铺盖)背景区域(或背景多边形)是用来充满二维空间的。背景是地图主体的补集,二者的并集充满了整个二维平面。06 GIS图形系统基础图形系统基础基本几何分析应用解析几何原理的分析应用解析几何原理的分析p解决
18、地理实体解决地理实体/空间目标的形态分析(点、线、面)空间目标的形态分析(点、线、面)p地理实体地理实体/空间目标分布特征的分析空间目标分布特征的分析p地理实体地理实体/空间目标的位置分析(投影、坐标变换等)空间目标的位置分析(投影、坐标变换等)p空间关系分析(距离、方位、拓扑、相似、相关等分析)空间关系分析(距离、方位、拓扑、相似、相关等分析)p数字地图可视化表达中的几何问题,如制图综合数字地图可视化表达中的几何问题,如制图综合等等06 GIS图形系统基础图形系统基础笛卡尔坐标系最简单的几何目标:点最简单的几何目标:点最简单的代数目标:实数或标量。最简单的代数目标:实数或标量。所有的实数都可
19、以通过几何形式来表达。即所有的实数都可以通过几何形式来表达。即通过带有刻度值的直线来表示通过带有刻度值的直线来表示p刻度线建立了几何点和代数数值之间的对应关刻度线建立了几何点和代数数值之间的对应关系。刻度线上的点系。刻度线上的点p就是实数就是实数r的图形表达。的图形表达。笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系p刻度线和实数的概念扩展到二维空间。刻度线和实数的概念扩展到二维空间。p如果如果R是一个实数集,则是一个实数集,则RR(通常记为(通常记为R2)称为称为R本身的笛卡尔积。本身的笛卡尔积。p如果两个刻度线相互垂直,则两个刻度线都称如果两个刻度线相互垂直,则两个刻度线都称为坐标轴为坐标轴。06 GIS图形系
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