- •Глава I. Географические карты и картография
- •§ 1.1 Картоведение и его содержание. Основные свойства и определения географических карт. Карты как пространственные модели
- •§ 1.2 Значение географических карт для науки и практики
- •§ 1.3 Другие картографические изображения
- •§ 1.4 Определение картографии
- •§ 1.5 Структура картографии и составляющие ее дисциплины. Отраслевое подразделение картографии
- •§ 1.6 Связи картографии с другими науками
- •§ 1.7 Об отношении картографии к искусству
- •§ 1.8 Элементы географической карты
- •Глава 2. Математическая основа карт
- •§ 2.1 Понятие о картографических проекциях. Классификация проекций по характеру искажений
- •§ 2.2 Классификация проекций по виду меридианов и параллелей нормальной сетки
- •§ 2.3 Искажения в картографических проекциях; их распределение; определение размеров искажений на картах
- •§ 2.4 О выборе проекций. Некоторые общеупотребительные проекции для карт мира, полушарий, материков и советского союза. Проекции топографических карт
- •§ 2.5 Координатные сетки
- •§ 2.6 Масштабы
- •§ 2.7 Разграфка многолистных карт. Компоновка. Ориентирование картографических сеток
- •§ 2.8 Номенклатура многолистных карт
- •Глава 3. Картографические знаки и способы картографического изображения
- •§ 3.1 Картографические знаки. Их функции. Виды и дифференциация знаков. Картографическая семиотика
- •§ 3.2 Способ локализованных значков
- •§ 3.3 Способ линейных знаков
- •§ 3.4 Способ изолиний. Псевдоизолинии
- •§ 3.5 Способ качественного фона
- •§ 3.6 Способ количественного фона
- •§ 3.7 Способ локализованных диаграмм
- •§ 3.8 Точечный способ
- •§ 3.9 Способ ареалов
- •§ 3.10 Способ знаков движения
- •§ 3.11 Картодиаграммы
- •§ 3.12 Картограммы
- •§ 3.13 Сеточно-площадной способ
- •§ 3.14 Разработка шкал
- •§ 3.15 Совместное применение различных способов изображения и их видоизменения. Системы и стандартизация знаков
- •Глава 4. Способы изображения рельефа
- •§ 4.1 Сущность проблемы
- •§ 4.2 Изображение рельефа по принципу отвесного и косого освещения. Штрихи. Отмывка
- •§ 4.3 Высотные отметки. Цифровые модели рельефа
- •§ 4.4 Изображение рельефа горизонталями
- •§ 4.5 Изображение элементов рельефа, не выражающихся горизонталями
- •§ 4.6 Оформление горизонталей. Способы повышения наглядности горизонталей. Гипсометрическая окраска рельефа
- •§ 4.8 Стереоскопические способы изображении рельефа. Анаглифы
- •§ 4.9 Перспективные изображения рельефа. Блок-диаграммы
- •§ 4.10 Рельефные модели местности
- •Глава 5. Надписи на географических картах
- •§ 5.1 Виды надписей
- •§ 5.2 Шрифты надписей
- •§ 5.3 Картографическая топонимика. Выбор и передача названий
- •§ 5.4 Указатели географических названий
- •Глава 6. Картографическая генерализация
- •§ 6.1 Сущность и факторы генерализации
- •§ 6.2 Виды (стороны) генерализации
- •§ 6.3 О влиянии картографических знаков на генерализацию
- •§ 6.4 Генерализация явлений, локализованных по пунктам
- •§ 6.5 Генерализация явлений, локализованных на линиях
- •§ 6.6 Генерализация явлений сплошного распространения и локализованных на площадях
- •§ 6.7 Генерализация явлении рассеянного распространения
- •§ 6.8 О генерализации показателей движения и связей
- •§ 6.11 Объективность и математическое обоснование генерализации
- •Глава 7. Классификация, виды и типы географических карт и атласов. Другие пространственные модели
- •§ 7.1 Принципы классификации географических карт
- •§ 7.2 Классификации карт по масштабу и территории
- •§ 7.3 Классификация карт по тематике
- •§ 7.4 Классификация карт по назначению. Совместное применение классификаций
- •§ 7.5 Типы географических карт
- •§ 7.6 Географические атласы. Их определение и классификация
- •§ 7.7 Особенности атласов как целостных произведений
- •§ 7.8 Фотокарты. Оптическая генерализация
- •§ 7.9 Цифровые модели земной оболочки
- •§ 7.10 Космические карты
- •§ 8.1 Понятие о картографических источниках
- •Глава 8. Основные картографические источники
- •§ 8.1 Понятие о картографических источниках
- •§ 8.3 Иностранные топографические карты
- •§ 8.4 Топографическая изученность суши
- •§ 8.5 Морские карты
- •§ 8.6 Карты мира в масштабах 1 : 1 000 000 и 1 : 2 500 000. Всемирные географические атласы
- •§ 8.7 Тематическое картографирование ссср
- •§ 8.8 Комплексное картографирование. Советские комплексные атласы
- •§ 8.9 Тематические карты и атласы за рубежом. Международные тематические карты
- •§ 8.10 Комплексные атласы за рубежом
- •§ 8.11 Тексты к картам и атласам
- •Глава 9. Картографическая информатика и библиография
- •§ 9.1 Термины и основные понятия
- •§ 9.2 Виды библиографии карт
- •§ 9.3 Библиография карт в ссср
- •§ 9.4 Библиография карт и атласов за рубежом
- •§ 9.5 Библиографические издания по картографической литературе
- •§ 9.7 Картохранилища и центры хранения другой пространственной информации. О научно-технической информации
- •Глава 10. Анализ и оценка качества географических карт и атласов
- •§ 10.1 Об анализе и оценке качества карт
- •§ 10.2 Анализ математической основы карт
- •§ 10.3 Анализ и оценка полноты содержания карт. Об оценке объема информации
- •§ 10.4 Анализ достоверности карт
- •§ 10.5 Анализ геометрической точности карт
- •§ 10.6 Об анализе современности карт
- •§ 10.7 Оценка качества оформления карт
- •§ 10.8 Анализ научной и идеологической ценности карт
- •§ 10.9 Методика анализа и оценки карт
- •§ 10.10 Анализ и оценка атласов
- •Глава 11. Картографический метод исследования
- •§ 11.1 Существо проблемы. Основные функции географических карт. Понятие о картографическом методе исследования
- •§ 11.2 Основные приемы анализа при картографическом методе исследования
- •§ 11.3 Совместное использование и переработка карт при картографическом методе исследования. Топологические модели
- •§ 11.4 О точности и достоверности количественных определений по картам
- •Глава 12. История картографии. Картография в первобытном обществе и древнем мире
- •§ 12.1 Предмет и задачи истории картографии. Источники. Картографические изображения у первобытных народов
- •§ 12.2 Картографические изображения в странах древнего востока
- •§ 12.3 Картография и география в античной Греции и в Эллинистических странах
- •§ 12.5 Картография в рабовладельческом Китае
- •Глава 13. Картография в средние века
- •§ 13.1 География и картография в Армении и странах Арабского халифата
- •§ 13.2 Средневековая картография на Дальнем Востоке
- •§ 13.3 Западноевропейская картография в период до великих географических открытий. Монастырские карты. Портоланы. Изобретение картопечатания. Распространение «Географии» Птолемея
- •§ 13.4 Расцвет западноевропейской картографии в XVI и XVII вв. Съемки и региональные карты. Атласы. Меркатор. Картографические мануфактуры
- •§ 13.5 Картография Русского государства в допетровскую эпоху. Зарождение русской картографии. Большой чертеж. Съемки Сибири. Труды с. У. Ремезова
- •Глава 14. Картография нового времени
- •§ 14.1 Западноевропейская картография во второй половине XVII и первой половине XVIII в. Французские градусные измерения
- •§ 14.3 Карта Кассини. Военная картография в передовых странах Западной Европы в период утверждения капитализма
- •§ 14.4 Русская военная картография до 70-х годов XIX в.
- •§ 14.6 Съемочно-картографические работы гражданских ведомств
- •§ 14.7 Картографирование морей
- •§ 14.8 Тематическое картографирование
- •§ 14.9 Картографическая деятельность географических обществ и конгрессов
- •§ 14.10 Деятельность частных картографических предприятий
- •§ 14.11 Разработка теоретических вопросов картографии
- •Глава 15. Картография новейшего времени
- •§ 15.1 Зарождение советской картографии. Ленинские документы по картографии
- •§ 15.2 Вклад советской картографии в строительство социализма (в период до Великой Отечественной войны)
- •§ 15.3 Меры по развитию советской картографии. Становление картографии как науки
- •§ 15.4 Советская картография в Великую Отечественную войну
- •§ 15.5 Картография в странах капитализма до и во время второй мировой войны
- •§ 15.6 Развитие советской картографии после Великой Отечественной войны
- •§ 15.7 Успехи картографической науки в ссср
- •§ 15.8 Картография в социалистических государствах
- •§ 15.9 Картография в капиталистических и развивающихся странах после Второй Мировой войны
- •§ 15.10 Международные связи и сотрудничество в области картографии
- •§ 15.11 Перспективы развития картографии
- •§ 15.12 Современные проблемы советской картографии
§ 4.2 Изображение рельефа по принципу отвесного и косого освещения. Штрихи. Отмывка
В конце XVIII в., когда основным потребителем топографических карт была армия, возникла необходимость в точном и одновременно наглядном изображении рельефа, хорошо передающем пересеченность местности и позволяющем судить о крутизне скатов, что во многом определяло возможность маневрирования войск. Теоретическая основа нового способа и практические приемы его реализации были предложены саксонским картографом Иоганном Леманом в 1799 г. Он исходил из принципа отвесного освещения земной поверхности, при котором одна и та же поверхность получает тем меньше света, чем больше угол ее наклона к горизонту (рис. 4.2), и полагал, что при надлежащем затемнении скатов местности, изображенной на карте, должно создаваться впечатление различной крутизны скатов, следовательно, рельефности.
Рис. 4.2
Если принять освещенность горизонтальной поверхности равной 1 (полное освещение), то при угле наклона α количество лучей С, освещающих поверхность, будет
(4.1)
а при 90° поверхность станет неосвещенной.
В то время карты печатались гравюрой, которая допускала только штриховой рисунок. Изображение рельефа штрихами - короткими линиями изменяющейся ширины, направленными вдоль скатов, - стало входить в употребление еще в середине XVIII в. Заслуга Лемана состояла в том, что он подчинил вычерчивание штрихов математическим правилам по принципу «чем круче, тем темнее» и тем исключил субъективный подход. Принимая штрихи за элемент тени, а просветы между штрихами - за элемент света, Леман уклонился от строгого следования принципу отвесного освещения и принял для построения шкалы два допущения: двойное усиление тени - уже при 45-градусном наклоне поверхность покрывалась сплошь черным цветом; равномерное нарастание тени, пропорциональное увеличению угла наклона. По использованной им формуле
(4.2)
интенсивность тени преувеличивается по сравнению с естественным затемнением от 3 до 5 раз.
Шкала штрихов Лемана (рис. 4.3) имела 10 ступеней; для ее построения служила табл. 4.1, вычисления по формуле (4.2).
Таблица 4.1. 2Шкала Лемана
Таблица 4.2. Шкала Главного штаба
Рис. 44 поясняет порядок выполнения штрихов на основе глазомерного наброска горизонталей: проведение линий ската, расстановка штрихов и, наконец, их утолщение сообразно крутизне ската (или его затенению, о чем будет сказано ниже).
Разработанная применительно к рельефу Саксонии (горной страны со сравнительно мягкими формами) шкала Лемана оказалась малопригодной для иных ландшафтов - более расчлененных или, напротив, равнинных, для которых использовались шкалы с другими градациями углов наклона.
Тончайшие различия в толщине штрихов прекрасно воспроизводились гравюрой, но после введения в издательские процессы фотографии (60-е годы XIX в.) и плоской печати передача малых переходов в соотношениях штрихов и просветов оказалась затрудненной - тонкие штрихи раздавливались при печатании карт.
Рис. 4.3. Шкалы штрихов Лемана и Главного штаба
Этого недостатка была лишена шкала русских карт Военно-топографического отдела Главного штаба (см. рис. 4.3), в которой число ступеней, различающихся по ширине штрихов, было сокращено, взамен чего введены ступени с постоянными по ширине штрихами, но с изменяющейся частотой штрихов (табл. 4.2).
Тщательное художественное исполнение штрихов позволяет и в наши дни относить ряд топографических карт первой половины и середины прошлого столетия к превосходным образцам картографического мастерства. Эти карты дают представление о формах земной поверхности и крутизне скатов (рис. 4.5), но не позволяют определять высоты местности.
От штрихов, связанных с принципом отвесного освещения и называемых «штрихами крутизны», следует отличать «теневые штрихи», которые вычерчивают по принципу косого освещения. При картографировании расчлененной местности, особенно при изображении горных гребней, теневые штрихи передают относительную освещенность и затененность склонов различной ориентировки, хорошо выделяют основные формы среди второстепенных и создают превосходный пластический эффект рельефа, убедительный даже для малоопытного читателя карты. Другое преимущество теневых штрихов - меньшее по сравнению со штрихами крутизны затенение карты - особенно благоприятно для карт высокогорных районов. Обычно источник света предполагается в северо-западном углу карты, что естественно при кабинетном пользовании картой, когда свет (лампу или окно) удобно иметь впереди и слева от себя.
Образцом применения теневых штрихов является топографическая карта Швейцарии масштаба 1:100 000 (1836-1865 гг.), так называемая карта Дюфура - самый крупный опыт использования косого освещения для карты крупного масштаба.
Рис. 4.4. Схема выполнения штрихового рисунка рельефа: а - исходные горизонтали и линии скатов; б - расстановка штрихов; в - вычерчивание штрихов крутизны; г - вычерчивание теневых штрихов (по Э. Имгофу)
Рис. 4.5. Изображение рельефа штрихами крутизны. Фрагмент одноверстной топографической карты
Превосходная по выполнению, она вместе с тем доказала нецелесообразность теневых штрихов на топографических картах: различная освещенность склонов одинаковой крутизны, обращенных к источнику света и находящихся в тени, создает впечатление их разного наклона. При косом освещении невозможна оценка не только высот, но и крутизны склонов. Поэтому штрихи крутизны были предпочтительнее на крупномасштабных картах, на которых приходится иметь дело с измерениями, в частности с оценкой крутизны склонов. Действительно, топографические карты вычерчивали в штрихах крутизны, тогда как теневые штрихи служили преимущественно для карт мелкого масштаба, где они давали наглядную картину рельефа. Большинство мировых атласов XIX и первой половины XX в. выполнено в теневых штрихах.
Штрихи требовали для своего выполнения большого мастерства и времени. Гравирование каждого листа топографической карты длилось многие месяцы, но не было другого пути: гравюра - единственный способ печатания карт вплоть до середины XIX в. - допускала воспроизведение лишь штриховых элементов рисунка.
На смену штрихам пришел более дешевый и легкий способ светотеневого изображения рельефа, при котором постепенно изменение силы тени (или цветного тона) достигается отмывкой кистью или тушевкой карандашом. Термин «отмывка» стал в отечественной картографии общим для обозначения способа. На рукописных картах отмывка широко использовалась уже во второй половине XVIII в., однако воспроизведение ее в печати было освоено только в середине XIX в. в результате введения литографии.
Рис. 4.6. Изображение рельефа отмывкой при косом северо-западном освещении (по национальному Атласу Швейцарии, вып. I, 1965 г.)
Применение отмывки основано на положениях, принятых для штрихов. В отличие от последних отмывка, не разлагающая светотень на «черные» и «белые» элементы, дает пластический эффект при рассмотрении карты вблизи (рис. 4.6). Эта особенность, положительная с точки зрения общего впечатления, порождает тот недостаток, что из-за неопределенности теней и постепенности их переходов оценка высот и крутизны склонов при отмывке еще менее достоверна, чем при изображении рельефа шрихами. И все же дешевизна отмывки, легкость ее исполнения, меньшая загрузка карты и наглядность обеспечили этому способу широкое распространение. Наконец, отмывка позволяет усиливать (подчеркивать) характерные черты рельефа - главные направления горных хребтов и возвышенностей, уступы и т. д. В качестве основного способа изображения рельефа отмывка используется на некоторых мелкомасштабных общегеографических картах, когда согласно назначению карты рельеф отводится на второй план, и на многих тематических картах, где она, давая общее представление о рельефе, не препятствует восприятию главного содержания карты. Очень часто отмывку употребляют как вспомогательный способ в соединении с горизонталями, что повышает пластичность изображения.
Теперь широкому распространению отмывки способствуют успехи картографической и репродукционной техники. Удобно и реалистично получение эффекта отмывки в виде фоторельефа посредством фотографирования моделей местности при косом их освещении (о рельефных , моделях см. § 4.10). Но особенно объективно и производительно автоматизированное наложение теней по принципу отмывки.
Уже давно высказывались мысли о подведении под этот способ математической базы. Действительно, зная положение источника света, можно определить во многих точках карты в горизонталях углы наклона поверхности и ее ориентирование по отношению к источнику света, подсчитать освещенность, пропорциональную косинусу угла между направлением световых лучей и нормалями к поверхности (без учета падающих лучей и рефлексов), затем провести на карте изофоты (линии равной освещенности) и получить таким образом основу для правильного наложения теней. Ранее этот путь был совершенно нереален из-за огромной подготовительной работы.
Между тем ЭВМ позволяют, руководствуясь цифровыми моделями рельефа (о них см. § 4.3), легко определять освещенность любого количества весьма малых фасеток земной поверхности, образующих в таком изображении на карте в избранном для нее масштабе элементарные площадки - квадраты со сколь угодно малыми сторонами, например в 0,25 мм, когда на 1 дм2 приходится 160 тыс. площадок (или 16 млн на 1 м2). Для этой цели предложен и используется ряд алгоритмов. Автоматизированное наложение теней на оригинал «отмывки» по результатам подсчета освещенности элементарных площадок можно выполнять сканированием по строкам очувствленной поверхности электронным лучом, фиксирующим в каждой площадке степень ее затенения (например, по 10-ступенчатой шкале 10- ,20-, ... и 100-процентного затенения), или другими способами. Такие подсчеты освещенности и наложения теней допускают любую высоту и ориентирование предполагаемого источника света и, следовательно, построение различных оригиналов «отмывки» ради получения оптимального варианта.
Заметим, что естественный и часто весьма выразительный эффект «отмывки» дают космоснимки пересеченных территорий, теперь часто используемые для фотокарт (§ 7.8).
Предлагаются также алгоритмы и программы обработки на ЭВМ цифровых моделей рельефа для его изображения в штрихах крутизны или теневых штрихах с помощью автоматических графопостроителей (Рассмотрение устройств и способов автоматизированного изготовления карт входит в задачи курса «Проектирование и составление карт».). Штриховой способ, казалось ставший уделом истории картографии, вновь исследуется в автоматизированном исполнении для воспроизведения любых реальных и абстрактных поверхностей и для их морфологического анализа.
При автоматизированном изготовлении оригиналов «отмывки» или шртихов их можно готовить для многоцветного воспроизведения, например в разных цветах для освещенных или затененных склонов или для склонов разной крутизны.
В заключение отметим, что за элемент тени может быть взята точка, вернее цветной или черный кружок небольшого диаметра. Изображение рельефа точками при отвесном или косом освещении в качестве самостоятельного способа не получило распространения, но точки с успехом используются для передачи рельефа песков. Особенно нагляден и выразителен точечный рисунок песков, когда его выполняют, руководствуясь аэро- и космоснимками.