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ArcGIS教程:地形渲染之阴影图

ArcGIS教程:地形渲染之阴影图
在叠加中我们使用的阴影图,是使用ArcGIS默认的hillshade工具得到的,有些人可能会觉得这个阴影图不够“理想”,这篇文章就来介绍两种比较经典的阴影图制作方法。
    在上一篇小文《地形渲染之彩色地形图》中,我们讨论了如何将彩色的DEM和阴影图(hillshade)叠加在一起得到彩色地形图的过程。在叠加中我们使用的阴影图,是使用ArcGIS默认的hillshade工具得到的,有些人可能会觉得这个阴影图不够“理想”,这篇文章就来介绍两种比较经典的阴影图制作方法。

1.Swiss-Style Hillshade

    Swiss-style hillshade,我们姑且称之为“瑞士style”,最早是瑞士制图学家Eduard Imhof在其大作《Cartographic Relief Presentation》提出的,ESRI的两位制图专家Buckley & Barnes曾在用户大会上给出了具体定义以及在ArcGIS中实现的方法。

    “Swiss hillshade effect that “emphasizes the major geographic features, minimizes the minor features, smoothes irregularities on the slopes, but maintains the rugged characteristics of ridge tops and canyon bottoms…You can then simulate an aerial perspective that makes the higher elevations lighter and the lower elevations darker.”

    这种方法可以突出主要的地形特征,简化细微的地形特征,在保持地形凹凸形态的前提下对某些不规则的地方进行平滑,在得到的灰度值中,让高海拔的地方显得更亮低海拔的地方显得更暗,从而更符合人们的视觉认知。Swiss-style hillshade方法会得到两个输出结果,一是在默认阴影图的基础上通过地图代数函数将个别与周围值相差过大的像元融合掉,另外一个是模拟正射图像的效果将高程数据与阴影图叠加。如下图所示,在用了同样的颜色来渲染的情况下,色调上还是有些区别,另外在一些细节处,瑞士style也表现出了更好的效果。

1 左为默认得到的阴影图 右为swiss-style阴影图

    Swiss-style阴影图实现步骤为:

    (1)使用hillshade工具得到默认阴影图,然后使用Focal Statistics工具对默认阴影图进行4*4的邻域统计,取MEDIAN

    (2)将原始DEM的值除以5,再加上默认阴影图的灰度值,从而模拟正射图像的性质,得到更为真实的地形起伏效果;

    (3)将结果1叠加在结果2上,设置透明度为35%

    实现流程如下所示,下图为Model Builder建模。

2.MDOW Hillshade

    MDOWmultidirectional oblique weighting)是通过模拟多光源光照来尽可能展示地表的真实形态,因为默认的阴影图只是模拟单一的光源,产生阳坡阴坡的光照对比度,但是与光源平行或夹角过小的地方并不能得到很好的展示,下面是MDOW方法的定义:

    "Traditional computer-generated shaded relief maps emphasize structures that happen to be obliquely illuminated, but wash out structures that are illuminated along the structural grain. This … technique, which emphasizes oblique illumination on all surfaces, provides more detail in areas of an image that would otherwise be illuminated by direct light or left in darkness by a single source illumination.“

                                                         – This model was developed by Dr. Robert Mark,

                                                             U.S. Geological Survey, Menlo Park, CA, 94025.


1  MDOW阴影图示意

      MDOW的实现方法比较复杂,具体可以在ESRI MappingCenter上下载HillshadeToolshttp://mappingcenter.esri.com/index.cfm?fa=arcgisResources.modelsScripts),上图是同样火口湖地区的MDOW阴影效果。

3.成图示例——Crater Lake Map

    下面这张是美国火口湖国家公园的地图,火口湖位于美国俄勒冈州西南部喀斯特山脉海拔约2400米处,以一汪深蓝的湖水而闻名。地图完全在ArcMap中进行绘制,主体部分就是结合了上面介绍的两种阴影图方法将其叠加而成。