4. Перспективные изображения рельефа. Способы штрихов и горизонталей. Светотеневая пластика. Блок – диаграммы. Цифровые модели рельефа.

Перспективные изображения

На старых картах рельеф изображался схематическим перспективным рисунком в виде отдельных возвышений, хребтов, горок. Для большей выразительности горки покрывались тенями- этот способ иногда называли картинным изображением рельефа. Для него не требовалось знание абсолютных и относительных отметок, крутизны склонов, а было достаточно лишь передать общее расположение водоразделов, направление основных гряд и хребтов. Такое изображение достаточно наглядно, но, конечно, ни о какой геометрической точности не может быть и речи. В настоящее время этот способ почти не применяется, его можно встретить лишь на стилизованных исторических картах.

На современных картах стали использовать перспективные способы изображения рельефа, разрабатывать особые картинные знаки, но уже на геометрически точной основе. Новый способ получил название физиографического, он направлен на выявление физионометрических черт рельефа, его морфологии. Физиографические карты широко применяются для показа рельефа дна океана, поверхности далеких планет, их используют в туристических буклетах и некоторых популярных изданиях. Такие карты отнюдь не предназначены для проведения по ним измерений, но они очень наглядны.

Способы штрихов

Схематичные перспективные изображения рельефа еще в 18 веке перестали удовлетворять войска – основных потребителей карт. Им необходимо было получать по картам точное представление местности и крутизну склонов. Это стало основной причиной перехода к шкалам штрихов крутизны. Принцип построения таких шкал прост: чем круче склон, тем толще и плотнее штрихи, что отвечает изменению освещенности, при которой крутые склоны как бы покрыты глубокой тенью, а пологие – максимально освещены.

Впервые шкалу штрихов крутизны создал в 1799г. саксонский картограф Иоганн Леман. Он принял следующие допущения: отношение тени, т.е. толщина штриха Т, к свету, т.е. к промежутку между штрихами С, выражалось простой пропорцией:

Т/С=α/(45°-α),

где α-угол наклона склона.

Штрихи располагались вдоль направления скатов, и это придавало изображению рельефа большую пластичность, хорошо подчеркивая неровности и перегибы поверхности, в особенности в горной местности.

В России применяли иные шкалы, в которых более детально были проработаны ступени для малых уклонов (менее15 гр.). Штрихи выполнялись способом гравюры, и это придает изображению рельефа особую точность и художественность, карты дают наглядный образ местности и смотрятся как произведения искусства.

Для нанесения штрихов на карте вначале проводили горизонтали, они служили канвой для построения линий скатов, далее по ним вычерчивали штрихи. С окончательного рисунка вспомогательные горизонтали снимались.

Иной принцип использовали при изображении рельефа с помощью теневых штрихов, которые наносили по принципу бокового освещения.

Способы штрихов очень хорошо передают пластику рельефа, его морфологию, но не позволяют определять абсолютные и относительные высоты. Кроме того, гравирование или рисование штрихов весьма трудоемко, а печатание карт требует высокой техники воспроизведения. Все это заставило картографов искать другие способы изображения рельефа.

Горизонтали

Горизонтали- линии равных высот. В любом месте карты по горизонталям можно определить абсолютную и относительные высоты точек, форму и крутизну склонов, рассчитать морфометрические показатели вертикального и горизонтального сечения.

Ключевая проблема изображения рельефа горизонталями – выбор высоты сечения. Для топографических карт установлены стандартные сечения в зависимости от масштаба карты и характера изображения территории.

Высота сечения рельефа (в метрах) на российских топографических картах

Территории	Масштабы карт
	1:10 000	1:25 000	1:50 000	1:100 000	1:200 000	1:500 000
Плоскоравнинные открытые	2,5	2,5	10	20	20	50
Плоскоравнинные залесенные, равнинные пересеченные, холмистые, а также пересеченные пустыни	5	5	10	20	20	50
Предгорные и горные	5	5	10	20	40	100
высокогорные	-	10	20	40	40	100

В тех случаях, когда с помощью горизонталей основного сечения не удается показать какие-либо существенные детали рельефа, применяют дополнительные полугоризонтали. Иногда бывают недостаточны и полугоризонтали, тогда вводят вспомогательные горизонтали с произвольно выбранной высотой сечения.

На мелкомасштабных физических и гипсометрических картах, охватывающих обширные территории, сечение рельефа может быть переменным для разных районов: низменностей, возвышенностей и высокогорий.

Для изображения рельефа морского дна используют изобары – изолинии равных глубин.

Светотеневая пластика

Наибольшую выразительность изображению придают способы теневой пластики, когда формы рельефа как бы показываются тенями.

Способ отмывки, т.е создание полутонового изображения при заданном освещении местности. В картографии используются три варианта отмывки:

• отмывка при боковом освещении, чаще всего при северо-западном, когда свет падает как бы из левого верхнего угла карты, освещая западные и северо-западные склоны и затеняя восточные и юго-восточные.

• отмывка при отвесном освещении, при котором свет падает сверху, и вершины гор оказываются освещенными, а понижения затененными.

• отмывка при комбинированном освещении, сочетающая эффекты бокового и отвесного освещения, она пригодна для нанесения теней на склоны любой ориентировки, этот художественный прием дает наилучший пластический эффект.

Долгое время пластический эффект отмывки в решающей степени зависел от художественных навыков картографа, выполнение отмывки рассматривалось как искусство. Но оказалось, что этот художественный прием легко поддается автоматизации. Аналитическая (автоматическая) отмывка выполняется на основе подробной цифровой модели рельефа. Для всех элементарных квадратных ячеек автоматически рассчитываются углы наклона, и в соответствии с ними наносится растр -точки разной величины, дающие в совокупности эффект тени.

К приемам теневой пластики так же относится фоторельеф. Для этого вначале изготавливается пластиковая или гипсовая модель рельефа местности, которая затем фотографируется при боковом освещении. На снимке получается вполне натуральное распределение теней, оно и воспроизводится при печати карты. Часто фоторельеф используют в атласах как подложку к тематическим картам.

Блок-диаграммы

Блок-диаграммы рельефа – это трехмерные плоские рисунки, передающие пластику земной поверхности. Обычно они совмещаются с продольными и поперечными разрезами, которые показывают внутреннее геолого-геоморфологическое строение территории. Современные компьютерные технологии позволяют сравнительно легко получать трехмерные блок-диаграммы изображения на дисплее и проводить с ними различные преобразования. Блок-диаграммы с горизонталями удобны в том отношении, что по ним, как по картам, легко определять абсолютные и относительные высоты, уклоны, на них можно наносить дополнительную нагрузку, например почвы, растительный покров и т.п.

Цифровые модели рельефа.

Автоматизация картографирование привела к созданию и повсеместному использованию цифровых моделей рельефа (ЦМР).

ЦМР – совокупность (массив, файл) высотных отметок , взятых в узлах некоторой сети точек с координатами и закодированных в числовой форме.

Различают четыре способа построения ЦМР

• Получение высотных отметок в узлах регулярной сети, в вершинах квадратов или прямоугольников – создание матрицы высот;

• нерегулярное размещение высотных отметок в узлах произвольной треугольной сети – такие данные обычно получают при съемках на местности;

• размещение высотных отметок вдоль горизонталей или изобат с определенным шагом, т.е. цифрование этих изолиний по карте;

• получение высотных отметок в точках пересечения горизонталей со структурными линиями рельефа – осями водоразделов, тальвегами и др., что дает возможность наиболее точно зафиксировать морфологию рельефа.

ЦМР – основа компьютерного картографирования. Они позволяют восстановить рельеф в горизонталях с помощью процедур интерполяции. На основе ЦР выполняют разнообразные расчеты и преобразования. Детальные ЦМР позволяют выполнять аналитическую отмывку рельефа при заданном освещении.