госы_1 / 18 Word

18. Векторное и растровое изображение

Основой визуального представления данных при использовании ГИС-технологий является графическая среда, основу которой составляют векторные и растровые (ячеистые) модели.

Векторные модели основаны на представлении геометрической информации с помощью векторов, занимающих часть пространства, что требует при реализации меньшего объема памяти. Используются векторные модели в транспортных, коммунальных, маркетинговых приложениях ГИС.   На рисунке 1.15 схематично показан процесс объединения в простейшую цифровую карту двух слоев. Первым выведен слой водных объектов, представленных полигонами, – это озера и реки, имеющие значительную ширину. Он имеет название Lakes. Вторым показан слой водных объектов, представленных линиями, – это реки, каналы и протоки между озерами. Он назван Rivers. Результатом объединения описанных слоев является карта водных объектов (MAP).

Рис. 1.15. Объединение двух векторных слоев в цифровую карту.

 В растровых моделях объект (территория) отображается в пространственные ячейки, образующие регулярную сеть. Каждой ячейке растровой модели соответствует одинаковый по размерам, но разный по характеристикам (цвет, плотность) участок поверхности. Ячейка модели характеризуется одним значением, являющимся средней характеристикой участка поверхности. Эта процедура называется пикселизацией. Растровая модель данных основывается на представлении карты с помощью регулярной сетки одинаковых по форме и площади элементов. В растровых структурах данных каждая ячейка связана с одним значением атрибута. Для создания растровой тематической карты собираются данные об определенной теме в форме двухмерного массива ячеек, где каждая ячейка представляет атрибут отдельной темы.

Растровое изображение – это двумерная матрица ячеек (пикселей) одинакового размера, причем в каждой ячейке хранится значение атрибута, которое может представлять собой результат измерения, интерполяции, классификации  или иначе вычисленное значение. В ГИС чаще всего используются растры, представляющие собою изображения земной поверхности, полученные посредством аэрофотосъемки или съемки из космоса. Такие изображения – это зафиксированная величина отраженного от поверхности Земли излучения, измеренного в некоторой области спектра. Кроме того, что эти изображения показывают границы межу географическими объектами (например, хорошо выделяются водные объекты, при достаточном разрешении видны строения и т.д.), после надлежащей обработки они могут дать информацию о типе почв или о преобладающем виде растительности на исследуемой территории.

Рис.1.16. Структура растровых данных.

Структура растровых данных разъяснена на рисунке 1.16, на котором показан увеличенный фрагмент растрового изображения (вверху), состоящий из шести рядов (строк) и девяти колонок (столбцов) пикселей. Приведенному фрагменту соответствует показанная ниже матрица чисел или атрибутов растра. Рядом с ней показано, каким цветом отображается каждый из атрибутов на экране компьютера, а также представлена легенда, разъясняющая, какая информация закодирована в растре. В приведенном случае значения, хранящиеся в ячейках растра, показывают тип поверхности, т.е. растр представляет тематические атрибуты. Кроме тематической информации, растр может представлять коэффициент отражения света (альбедо) поверхности, интенсивность излучения в ИК или микроволновой частях спектра, а также высоты, концентрации веществ, температуру или другие непрерывные характеристики картируемой поверхности.

Сравнение векторной и растровой модели данных. Различия между векторной и растровой моделями данных поясняются рисунком 1.17.

Рис. 1.17. Отображение местности векторной и растровой моделями данных.

На этом рисунке показано как объекты местности – озеро, речки, лес, поле и т.п. –  отображаются на плоскости с помощью векторной и растровой модели данных. Векторный подход состоит в том, чтобы все объекты, встречающиеся на местности, представить в виде точек, линий или однородных полигонов. Растровый подход состоит в том, чтобы разделить представленную территорию на квадраты (размер квадратов зависит от того, насколько подробно нужно описать местность) и раскрасить эти квадраты так, чтобы полученная картина напоминала реальную. При этом векторным объектам будет сопоставлена атрибутивная информация, описывающая свойства реальных объектов, а растровой сетке ячеек будет соответствовать матрица чисел, представляющих свойства территории.

Разница между двумя моделями данных более наглядно показана на рисунке 1.18. Здесь в растровом и векторном представлении показано озеро, три вытекающие из него речки и один точечный объект (например, родник). Точки в растровом представлении отображаются одной или несколькими смежными ячейками. Линии могут быть представлены цепочкой ячеек, шириной в одну или несколько ячеек. Полигоны отображаются массивом смежных ячеек. Ясно, что размер ячеек растра будет влиять на качество представляемых результатов. Использование слишком больших ячеек приведет к потере определенной части информации. Использование же слишком маленьких ячеек потребует большого объема памяти для хранения растра и увеличит время, требуемое на его обработку.

 

.....

Рис. 1.18. Сопоставление растровой и векторной модели пространственных данных.

Растровые модели делятся на регулярные, нерегулярные и вложенные (рекурсивные или иерархические) мозаики. Плоские регулярные мозаики бывают трех типов: квадрат (рис. 2), треугольник (рис. 3) и шестиугольник.

Рис. 2. Мозаика – квадрат Рис. 3. Мозаика – треугольник

Квадратная форма удобна при обработке больших объемов информации, треугольная - для создания сферических поверхностей. В качестве нерегулярных мозаик используют треугольные сети неправильной формы и полигоны Тиссена (рис. 4). Они удобны для создания цифровых моделей отметок местности по заданному набору точек.

Рис. 4. Полигоны Тиссена

Таким образом, векторная модель содержит информацию о местоположении объекта, а растровая о том, что расположено в той или иной точке объекта. Растровые позволяют отображать полутона. Основной областью использования растровых моделей является обработка аэрокосмических снимков.