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無論GIS的發展走向何處,作為地理學第二語言的地圖永遠是GIS最重要表現形式常用的地理信息系統軟件,善于制圖是一名GIS專業人員應當具備的看家本領。如今,隨著大數據、云平臺等新技術的發展,傳統地圖制圖學遇到很大的挑戰和機遇。面對形式復雜多樣、內容豐富多彩的GIS信息,如何利用GIS新興技術,結合傳統的地圖學知識和理論,高效制作具有其固有價值而又給人以美感的地圖,是新時代GIS地圖制圖的趨勢。
地圖學
地圖制圖不僅僅是簡單的作圖,它是一門很深的學問。記得大學剛開始接觸并學習GIS時,同時必修的課程就有《地圖學》,它作為GIS學科的基礎之一,卻往往沒有得到應有的重視(就我個人經歷和觀察到的而言,可能會有些狹隘)。
首先從地圖本身概念出發,地圖是將客體(一般指地球)上的地理信息,通過科學的概括,運用符號系統表示在一定載體上的圖形,以傳遞它在時間與空間上的分布規律和發展變化。因此,從功能和本質上來講,地圖是科學性的,它是描述地理信息在空間上的分布;從表現形式上來講,地圖是富有藝術性的,它是由抽象化的符號系統構成的。
當我們打開一幅地圖,首先關注的是它的外在效果,然后才關注地圖功能和內容,這就說明了地圖能夠激發人們的審美情感,人們對地圖視覺上的藝術性是有一定需求的。
但是,有價值的地圖才是有用的。
一幅地圖,無論如何優美、雅觀,給人藝術上的享受,而一旦脫離了地圖的本質,那么就失去了地圖的意義。就以下兩幅水墨山水畫風格的地圖為例。它們的區別在于右圖有較為豐富的符號注解,包括圖名、圖例、指北針等。當我們看到這兩幅地圖,雖然是同樣的制圖風格常用的地理信息系統軟件,但它們給予我們的感受是不同的,從地圖學的角度看,右圖更符合我們的地圖審美觀。由于這些地圖要素的存在,才使得一幅地圖有了靈魂,具有其應有的價值。
否則,僅僅是一張圖片而已,沒有地圖的價值。
因此,地圖制圖的藝術不僅僅體現在地圖視覺上的美,而更在于其表現的內在意義。最大化的實現地圖價值,才是地圖真正的藝術之美。
我覺得這一點應當是我們從事GIS行業需要具備的最基本的專業素養。
GIS制圖
現代GIS技術的發展,為傳統的地理學理論和技術帶來了革命性的變化,這同樣在地圖制圖方面也發生了有別于傳統制圖方法的技術革新。
首先看GIS的數據結構。在GIS中,自然客觀要素被抽象概括為兩種主要結構,矢量和柵格。這個抽象化表達的過程本身,就存在美學特征。我們通常講,藝術來源于生活,那么,GIS地圖的美來源于自然空間。再看GIS地圖的表現形式,或者說地圖可視化的呈現方式。從遙感影像、電子地圖,到三維地圖、虛擬場景;從單機到Web端等,表現形式多式多樣,可視化的效果也是越來越讓人眼花繚亂。
無論數據結構簡單或是復雜,地圖表現形式抽象還是具象,其本質都在于有效的表達自然客觀事物,而如何去表達,就是GIS制圖的藝術所在。
GIS制圖方法
GIS制圖方法主要是指,當我們拿到制圖數據并已知要做什么樣的圖后,如何把地圖做出來?不同于傳統手工的地圖制圖,GIS以及現代地圖制圖技術發展至今,為我們提供了多種可選擇的制圖手段。
我們熟悉的也是使用最多的制圖工具應該是,它是桌面GIS制圖軟件的典型代表,尤其是新一代桌面系統 Pro,帶給我們全新的制圖體驗,如智能制圖、多屬性符號系統、3D制圖模式、動態地圖、甚至可共享至Web端等。這是桌面GIS制圖軟件的典型代表,相信它們已經能夠解決很大部分的制圖需求,但是面對大批量制圖任務,比如制作上百幅相同格式不同數據地圖,利用軟件手動操作就顯得十分笨拙了。這時候,利用計算機語言編程就是一個可行的手段。現在我們利用編程制圖也不需要從底層寫代碼,常用的編程語言已經存在用于地圖制圖的第三方庫,比如的、NCL等,R語言的、等互聯網時代已經使得網絡成為了我們日常生活、工作和學習中必不可少的一部分,也隨之產生,并已滲入我們日常生活。不但是一種開發技術,同樣是一種非常高效的制圖工具。本質上講,也是編程制圖的一種,只不過使用的是web端的計算機語言。但靈活的地圖呈現方式,是大數據制圖或有特殊專題制圖需求的很好的選擇。有人可能覺得用技術制圖,實在是大材小用,實現成本太高,其實我們用它來做圖不需要像開發一樣有完整的框架,GIS服務器、web服務器,比如、 、等,而只需要前端技術就可以,制圖目的就是把地圖展示出來即可。學習這么多年也接觸不少前端工具,常用的比如 API for 、,甚至是不是專門做的一些web技術,比如HTML5 、WebGL,都是可以選擇的Web制圖工具。有些前端工具制作的地圖遠不是軟件做的圖能比的。做出來的圖非常漂亮,制圖效率也很高。
GIS數據表現形式
以上是對GIS制圖方法的一些經驗總結,下面介紹一下關于數據表達的形式。當我們拿到地理空間數據,無論采用什么樣的方法,以什么樣的形式呈現出來,才能表達或體現出該數據的價值,是一個值得思考的問題。比如說,我們想表示一個區域的地形特征,以DEM柵格數據為例,就有多種表現的形式。比如利于各種算法結合的特征點表示法,既有等高線基本功能、又有立體感的明暗等高線,寫論文時經常用到的彩色渲染或疊加山體陰影的立體渲染,能夠展示立體地形的3D建模,亦或是“中看不太中用”的水墨山水畫風格地圖等。
數據的表現形式有多種,選擇何種表現形式,還是由具體的制圖目標決定的。很難去總結不同數據類型適用于何種表現形式,不同類型的數據,在不同行業領域,針對不同制圖需求,就有無數種組合。這里只能給出一些建議,當前GIS技術能夠帶給我們靈活的、絢爛的制圖手法和呈現方式,我們也要具備這種靈活的思維模式,充分利用新技術、新方法,高效制作具有其固有價值而又給人以美感的地圖,這正是我要表達的GIS制圖的藝術。當然,地圖制圖是GIS的本領,但GIS的本領也絕不僅限于此,尤其在信息時代。越來越多的事實證明,隨著新興技術的發展,GIS并沒有被拋棄,反而煥發出新的活力與生機。