中國礦業(yè)大學計算機地圖制圖原理與方法.docx

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《計算機地圖制圖原理與方法》 上 機 實 驗 報 告 學　　號： 07103081 　　　　　 姓　　名： 羅京輝 　　　 班　　級： 測繪10-2班　　　　 指導教師： 王中元 學　　院： 環(huán)境與測繪學院 環(huán)境與測繪學院 實驗一、掃描矢量化 一、實驗目的 1、熟悉Cass制圖環(huán)境。 2、 掌握在計算機制圖中掃描矢量化處理。 3、 掌握用南方Cass制圖軟件掃描矢量化的基本步驟與基本方法。 4、 進一步對計算機制圖課堂知識加深了解。 二、實驗原理 掃描矢量化其基本原理是對各種類型的數(shù)字工作底圖如紙質(zhì)地圖、黑圖或聚酯薄膜圖，使用掃描儀及相關掃描圖像處理軟件，把底圖轉(zhuǎn)化為光柵圖像，對光柵圖像進行諸如點處理、區(qū)處理、楨處理、幾何處理等，在此基礎上對光柵圖像進行矢量化處理和編輯，包括圖像二值化、黑白反轉(zhuǎn)、線細化、噪聲消除、結(jié)點斷開、斷線連接等。這些處理由專業(yè)掃描圖像處理軟件進行，其中區(qū)處理是二值圖像處理(如線細化)的基礎，而幾何處理則是進行圖像坐標糾正處理的基礎，通過處理達到提高影像質(zhì)量的目的。然后利用軟件矢量化的功能，采用交互矢量化或自動矢量化的方式，對地圖的各類要素進行矢量化，并對矢量化結(jié)果進行編輯整理，存儲在計算機中，最終獲得矢量化數(shù)據(jù)，即數(shù)字化地圖，完成掃描矢量化的過程。 數(shù)據(jù)采集是數(shù)字化圖最重要的工作，在數(shù)字化過程中各種地物的數(shù)字化均有自身特點，因而，在數(shù)字化作業(yè)時必須充分考慮各種類型地物的特點進行數(shù)據(jù)采集。 對于點狀類符號（如獨立地物符號），僅需采集符號的定位點數(shù)據(jù)；對折線類型的線狀符號只需采集各轉(zhuǎn)折點數(shù)據(jù)；曲線類型的線狀符號，只對其特征點的數(shù)據(jù)進行采集，由程序自動擬合為曲線，特征點的選擇同地形測圖時的方法相同，曲線上明顯的轉(zhuǎn)彎點等均是特征點。對于斜坡、陡坎、圍墻、欄桿等有方向性的線狀類符號，數(shù)據(jù)的采集要結(jié)合圖式符號庫的具體算法進行，數(shù)據(jù)采集只在定位線上進行，采集數(shù)據(jù)的前進方向的選擇要按軟件圖式符號庫的規(guī)定進行，如規(guī)定有方向性的線狀類符號的短毛線或小符號在前進方向右側(cè)（或左側(cè)），由此可結(jié)合圖上符號的具體位置決定數(shù)據(jù)采集的前進方向；對面狀類符號，則只需采集在其輪廓線上的拐點或特征點。面狀符號內(nèi)部有填充符號時，面狀符號的輪廓線必須閉合。 三、實驗數(shù)據(jù) 在本次實驗中，我所用實驗數(shù)據(jù)為王老師提供的Tif格式的地形圖中第二幅地圖，數(shù)據(jù)如下： 四、實驗步驟 運行南方Cass軟件，在Cass中載入數(shù)據(jù)： 步驟：工具->光柵圖像->插入圖像。 圖象糾正，對圖象進行變形糾正并賦以坐標： 步驟：工具->光柵圖像->圖像糾正。 圖像糾正完畢后，進行矢量化處理 （1）對線狀要素數(shù)字化： 對于線狀要素，首先點擊多段線命令，然后在圖上選擇要素的特征點，連成多段線。 對于曲線部分，用折線段來替代，曲率小時取點較少，大時可多取些點，盡量避免冗余數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集要盡量與原圖保持一致，但要識別出原圖中模糊、毛刺、斑點等質(zhì)量問題，做到精益求精。數(shù)字化時，要正確劃分要素個體，不要多個要素連成一體，也不要單一要素分成若干段。對于能用線狀符號描述的，只需數(shù)字化符號的中心線或控制線、邊界線即可；不能用符號描述的，可以整體數(shù)字化。數(shù)字化時，有時找中心線很困難，可以沿著某邊數(shù)字化，完成后再整體平移到中心線處。數(shù)字化具有平行、垂直、相交、相切、相連等關系的要素，需要使用捕捉功能，以及復制、鏡象、旋轉(zhuǎn)等操作，保證要素的精確、完整。 （2）對面狀要素數(shù)字化： 對于面狀要素，首先點擊多段線命令，然后在圖上選擇面域邊界的特征點，連成閉合的多段線。對面狀要素，數(shù)字化為閉合的多段線，一定在結(jié)束時選擇閉合命令，或在多段線屬性中選擇閉合，首尾點重合不表示閉合。數(shù)據(jù)點的采集要符合實際，如房屋的墻體一般是平直的，并且前后面保持平行，對于共用邊界，要嚴格保證邊界的一致，不要出現(xiàn)空洞、交疊的現(xiàn)象，做到不重、不漏。可以采用捕捉、復制等手段。對于不同層要素，也要注意相互的關系，點與線、線與線，線與面，面與面等的關系是否正確。 （3）對點狀要素數(shù)字化： 對于點狀要素，數(shù)字化為點，點的采集要盡量位于要素中心，可以適當放大要素。 五、成果截圖 六、實驗體會 通過本次試驗我熟悉了AutoCAD制圖環(huán)境；掌握在計算機制圖中掃描矢量化處理；掌握用南方Cass制圖軟件掃描矢量化的基本步驟與基本方法；進一步對計算機制圖課堂知識加深了解。本次實驗我在實驗過程中遇到了許多問題，比如說如何加圖幅、圖名、圖框，辨認地形圖上不清晰的地物符號、文字，最終經(jīng)過請教同學和老師最終操作問題得以解決。受益匪淺！ 實驗二、高級語言圖形編程 一、實驗目的 掌握直線段、基本曲線曲面的生成算法，并用VC++實現(xiàn)算法，包括中點法生成直線，微分數(shù)值法生成直線段，圓、橢圓、拋物線等生成。 二、實驗內(nèi)容 用不同的方法生成斜率不同的直線段，比較各種方法的效果。自己設計一個圖形，比如橢圓的生成算法，其它曲線如拋物線、圓都用類似的算法生成。 三、實驗代碼（摘錄） CDrawView::CDrawView() { // TODO: add construction code here m_Dragging = 0; m_IsRect = FALSE; m_hArrow = AfxGetApp()->LoadStandardCursor(IDC_ARROW); m_hCross = AfxGetApp()->LoadStandardCursor(IDC_CROSS); m_PenDotted.CreatePen(PS_DOT, 1, RGB(0,0,0)); m_cTextColor = RGB(0,0,0); m_lf.lfHeight = 30; m_lf.lfWidth = 0; m_lf.lfEscapement = 0; m_lf.lfOrientation = 0; m_lf.lfWeight = FW_NORMAL; m_lf.lfItalic = FALSE; m_lf.lfUnderline = FALSE; m_lf.lfStrikeOut = FALSE; m_lf.lfCharSet = GB2312_CHARSET; m_lf.lfOutPrecision = OUT_STROKE_PRECIS; m_lf.lfClipPrecision = CLIP_STROKE_PRECIS; m_lf.lfQuality = DRAFT_QUALITY; m_lf.lfPitchAndFamily = VARIABLE_PITCH|FF_MODERN; strcpy(m_lf.lfFaceName, "仿宋_GB2312"); } CDrawView::~CDrawView() { } BOOL CDrawView::PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs) { // TODO: Modify the Window class or styles here by modifying // the CREATESTRUCT cs m_ClassName = AfxRegisterWndClass(CS_HREDRAW|CS_VREDRAW, 0, (HBRUSH)::GetStockObject(WHITE_BRUSH), 0); cs.lpszClass = m_ClassName; return CScrollView::PreCreateWindow(cs); } ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // CDrawView drawing void CDrawView::OnDraw(CDC* pDC) { CDrawDoc* pDoc = GetDocument(); ASSERT_VALID(pDoc); CSize ScrollSize = GetTotalSize(); pDC->MoveTo(ScrollSize.cx, 0); pDC->LineTo(ScrollSize.cx, ScrollSize.cy); pDC->LineTo(0, ScrollSize.cy); CRect ClipRect; CRect DimRect; CRect IntRect; CDrawBase *pDraw; pDC->GetClipBox(&ClipRect); int NumDraws = pDoc->GetNumDraws(); for(int Index = 0; Index < NumDraws; ++Index) { pDraw = pDoc->GetDraw(Index); DimRect = pDraw->GetDimRect(); if(IntRect.IntersectRect(DimRect, ClipRect)) pDraw->Draw(pDC); } } void CDrawView::OnInitialUpdate() { CScrollView::OnInitialUpdate(); CSize sizeTotal; sizeTotal.cx = 800; sizeTotal.cy = 600; SetScrollSizes(MM_TEXT, sizeTotal); } 四、成果截圖 五、實驗體會 通過這次上機練習，我學會了VC++ MFC的簡單使用，即如何用MFC編寫可視化的界面。在實驗過程中遇到了一些困難，例如如何編寫MFC程序。通過詢問老師和查閱資料，學會了簡單的MFC編程，這是這次實驗收獲最大的地方。另外，通過生成直線。曲線算法的程序編寫，加深了對理論知識的學習，例如：直線的中點算法、Bresenham 算法思想、直線的數(shù)值微分法的理解。 實驗三、構(gòu)建TIN 一、實驗目的 本次實驗是通過Cass7.0成圖系統(tǒng)來熟悉數(shù)字地圖的不規(guī)則格網(wǎng)的生成算法，通過實驗了解TIN的概念，TIN生成中對幾何三角形的形狀的要求，掌握TIN生成的兩種基本算法，明白其原理，算法的基本步驟，不但能夠熟練地使用相關軟件進行TIN圖的生成，還能夠在高級程序開發(fā)語言上進行TIN生成算法的實現(xiàn)，為制圖系統(tǒng)的開發(fā)打下良好的基礎。 二、實驗內(nèi)容 利用Cass7.0成圖系統(tǒng)來熟悉數(shù)字地圖的不規(guī)則格網(wǎng)的生成算法，熟練地使用相關軟件進行TIN圖的生成，包括等高線的生成及一些相關的操作。 三、實驗過程 1.打開南方Cass7.0軟件,將待要進行處理的圖形數(shù)據(jù)加載到當前窗口。 2.仔細觀察地圖，確定將要生成TIN格網(wǎng)的大致區(qū)域，用Cass工具欄中的多段線工具圈畫出進行TIN生成的區(qū)域，要求是該區(qū)域必須是閉合的。 3.點擊主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“建立DTM”選項，出現(xiàn)如下圖的對話框：選擇“由圖面高程點生成”“顯示建三角網(wǎng)結(jié)果”。 4.在Cass左下角的命令行中出現(xiàn)2個選項，選擇第一個：選取高程點的范圍。 5.根據(jù)提示選擇建模區(qū)域邊界。 6.我們將會看見在選定的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了TIN格網(wǎng)。 分析可知：生成的三角形中個別三角形邊長過大，不符合三角形形狀的三條原則，要進行適當?shù)膭h除操作。 具體方法是：在主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“刪除三角形”，然后用鼠標選中將要刪除的三角形，則會將該三角行的一邊刪除。7.有時我們劃定的區(qū)域外有已知的高程點，則將未連成三角形的三個地形點（測點）連成一個三角形。 具體操作如下：在主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“增加三角形”，依次為頂點1：頂點2：頂點3： 用鼠標在屏幕上指定，系統(tǒng)自動將捕捉模式設為捕捉交點，以便指定已有三角形的頂點。增加的三角形的顏色為藍色，以便和其他三角形區(qū)別。當增加完三角形確認無誤后，請立即進行修改結(jié)果存盤。 8. 重組三角形 功能：通過改換三角形公共邊頂點重組不合理的三角網(wǎng)。指定兩相鄰三角形的公共邊，系統(tǒng)自動將兩三角形刪除，并將兩三角形的另兩點連接起來構(gòu)成兩個新的三角形。如果因兩三角形的形狀無法重組，會有出錯提示。 具體操作如下：在主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“重組三角形”，然后按命令提示操作。 9．加入地性線 功能：由于等高線是與地性線是互相垂直的關系，所以在建三角網(wǎng)時要考慮到地性線的位置。 具體操作如下：在主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“加入地性線”，然后按命令提示操作。 10. 刪除三角網(wǎng) 功能：刪除整個DTM三角網(wǎng)圖形。當您想單看等高線效果時，需要執(zhí)行此功能刪除三角網(wǎng)。 具體操作如下：在主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“刪除三角形”，然后按命令提示操作。 11．三角網(wǎng)存取 功能：可將已經(jīng)建立好的三角網(wǎng)DTM模型保存到文件中，隨時調(diào)用。 具體操作如下：在主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“三角網(wǎng)存取”，然后按命令提示操作。 12．修改結(jié)果存盤 功能：將修改好的DTM三角網(wǎng)存入文件。 具體操作如下：在主菜單上的“等高線按鈕”，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“修改結(jié)果存盤”，然后按命令提示操作。 四、成果截圖 五、實驗體會 通過本次實驗我熟練掌握了Cass7.0成圖系統(tǒng)進行TIN圖的生成的步驟，熟悉了數(shù)字地圖的不規(guī)則格網(wǎng)TIN生成中對幾何三角形的形狀的要求，明確了TIN生成的兩種基本算法，明白其原理，算法的基本步驟，但是在操作中關于三角形的刪減和如何進行更合理的增加，如果選擇是精度更好還是存在一些模糊。希望以后通過更多的練習來更加熟悉這些步驟。 實驗四、利用TIN生成等高線 一、實驗目的 本次實驗是在TIN的生成實驗的基礎上進行的，本次實驗要利用TIN的生成 實驗的實驗結(jié)果進行進一步的處理。通過本次實驗既能對TIN的生成實驗的復習鞏固和再提高，也能夠明白利用TIN生成等高線的原理、方法和基本步驟，增強實際操作能力，從而對課本有更好的理解和掌握。 二、實驗內(nèi)容 本次實驗的內(nèi)容是在TIN的生成實驗的基礎上進行的，根據(jù)三角形頂點的高程值和等高線高程的關系，判斷等高線是否與三角形相交。TIN在追蹤等高線時，首先尋找追蹤起點尋找到等高線的一個起點所在的三角形就可以開始追蹤。在TIN中，追蹤等高線的過程從起點三角形開始，依次處理鄰接的三角形，根據(jù)鄰接三角形具有共同邊的性質(zhì)，逐一確定等高線延伸方向上的三角形。追蹤時，等高線每經(jīng)過的一個三角形都被加注標記，以避免重復檢索。 三、實驗過程 1.打開Cass7.0軟件，將TIn生成實驗的數(shù)據(jù)加載到當前窗口。。 2.在主菜單上點擊“等高線”按鈕，在下拉菜單中選擇“繪制等高線”選項。 3.接下來會彈出“繪制等值線”窗口，在該窗口中選擇等高距為1米，擬合方式為“三次B樣條擬合”，窗口圖如下： 4.等高線由軟件系統(tǒng)自動生成，生成后對等高線圖進行分析，確定等高線的高程值。 等高線內(nèi)插 功能：當?shù)雀呔€過疏時，通過此功能在其中內(nèi)插等高線（合適時跳過此步驟） 具體操作過程如下：在主菜單的“等高線”按鈕下拉框中有“等高線內(nèi)插”選項，點擊此選項然后根據(jù)命令區(qū)提示進行。 6. 等值線過濾 功能：當?shù)雀呔€或等深線過密時，通過此功能刪除部分等高線或等深線（合適時跳過此步驟） 具體操作過程如下：在主菜單的“等高線”按鈕下拉框中有“等高線過濾”選項，點擊此選項然后根據(jù)命令區(qū)提示進行。 7. 刪全部等高線 功能：刪除屏幕上的全部等高線（當繪制的等高線不合適或者不想要時執(zhí)行此操作，此操作慎用） 具體操作過程如下：在主菜單的“等高線”按鈕下拉框中有“刪除全部等高線”選項，點擊此選項然后根據(jù)命令區(qū)提示進行。 8. 查詢指定點高程 功能：查詢圖面上任一點的坐標及高程。如之前沒有建立過DTM，系統(tǒng)會提示輸入數(shù)據(jù)文件名。 具體操作過程如下：在主菜單的“等高線”按鈕下拉框中有“查詢指定點高程”選項，點擊此選項然后根據(jù)命令區(qū)提示進行。 9. 等高線修剪 功能：提供強大的等高線修飾功能。 10. 等高線注記　 有二級菜單，分別為單個高程注記、沿直線高程注記、單個示坡線、沿直線示坡線，現(xiàn)將各功能說明如下： （1）單個高程注記 功能：在指定點給某條等高線注記高程。 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 （2）沿直線高程注記 功能: 在選定直線與等高線相交處注記高程。(直線必須是line命令畫出的) 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 （3）單個示坡線 功能：給指定等高線加注示坡線，特別在等高線稀疏區(qū)。 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 （4）沿直線示坡線 功能: 在選定直線與等高線相交處注記示坡線。(直線必須是line命令畫出的) 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 11. 等高線局部替換 有二級菜單，分別為已有線、新畫線，現(xiàn)將各功能說明如下： （1）已有線 功能：手工修改生成的等高線。 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 （2）新畫線 功能：手工修改生成的等高線。 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 12. 復合線濾波 功能：減少復合線上的結(jié)點數(shù)目，便于部分修改復合線形狀。減少存儲空間。 具體操作過程如下：在主菜單的“等高線”按鈕下拉框中有“復合線濾波”選項，點擊此選項然后根據(jù)命令區(qū)提示進行。 13. 三維模型 有二級菜單，分別為繪制三維模型、低級著色方式、高級著色方式、返回平面視圖，現(xiàn)將各功能說明如下： （1）繪制三維模型 功能：在屏幕上繪制已經(jīng)建立的DTM模型的三維圖形。 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，在彈出對話框中輸入高程點數(shù)據(jù)文件名。 （2）低級著色方式 功能：將三維模型進行半色調(diào)著色處理。 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 （3）高級著色方式 功能：將三維模型進行全面的著色處理，得到美觀的著色效果圖 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，會彈出一個對話框，一般直接敲[RENDER]按鈕或修改了其它的選項后再敲[RENDER]按鈕即可。 （4）返回平面視圖 功能：回到平面視圖顯示方式，同時刪除三維圖形。 具體操作過程如下：執(zhí)行此菜單后，見命令區(qū)提示。 14．坡度分析 坡度分析可方便地檢查DTM模型中存在的錯誤，如高程異常等。 有二級菜單，分別為顏色配置、顏色填充、低級著色方式、高級著色方式。 四、成果截圖 依據(jù)上述實驗過程獲得的實驗結(jié)果如下： 局部圖顯示： 五、實驗體會 通過本次實驗，我掌握了利用TIN生成等高線的過程與原理, 用的方法是利用不規(guī)則三角網(wǎng)進行的，通過此次實驗加深對課本理論知識的了解，將理論和實踐結(jié)合起來，以理論指導實踐，以實踐促理論，融會貫通。計算機制圖做出我們測繪專業(yè)一門很重要的課程，自己還是非常重視，尤其是南方CASS軟件更是值得學習的軟件，不過我們現(xiàn)在還操作不是非常熟練而且一些原理和方法還是比較模糊，這需要課后大量的時間去練習和鉆研，這也是需要我們?nèi)ミM行更深層次的學習和理解。