Pap Lőrinc 2010. április 19.
Megjelenítési funkciók
A ma használatos Földrajzi Információs Rendszerek (geographic information system, GIS) egyik funkciója még mindig a hardcopy térképek előállítása. Ezzel szemben azonban a számítógépek lehetővé teszik a térképeken a felhasználói interaktivitást. Megjeleníthetőek és elrejthetőek így kiválasztott elemek, valamint bármilyen elem a testre szabható módon jeleníthető meg, pl. forma és szín változtatásával. Ezen kívül így tetszőleges mennyiségű színt alkalmazhatunk, tetszőleges standardokra alakíthatjuk őket automatikusan, és akár még animált elemeink is megjelenhetnek, mint pl. villogó vonalak az utak jelzésére, valamint tetszőleges helyre nagyíthatunk be, ahol a raszteres térképekkel ellentétben, a vektorgrafikus ábrázolásnak köszönhetően szép kerek és éles formáink lesznek, felbontástól függetlenül. Valamint lehetőség lesz így GPS rendszer és digitális és iránytű segítségével arra is, hogy egy bizonyos pozíción állva a rendszer megmutassa nekünk a jelenlegi helyzetünket és akár irányunkat is. Ezen túl a digitális térképek másik előnye, hogy virtuálisan is bejárható akár, olyannyira, hogy adott területekről teljes 3D modell készült, végig lehet egy teljes városon repülni, az összes épületet teljes pompájában, kívülről, bármilyen szögből megtekinteni stb. A hagyományos térképek a domborzatot szintvonalakkal mutatják be, azonban költségük miatt csak kevés országban egészítették ki a topográfiai térképeken a szintvonalakat árnyékolási eljárással (renderelés). Kétdimenziós térképek megjelenítése A nyomtatott térkép használatához fontos, hogy rendelkezzen kerettel, hálózati vonalakkal és kereten kívüli címkékkel. A keret a térkép szabványtól függően
tartalmazza a kilométer hálózati vonalak és/vagy fokhálózati vonalak megírásait. A keretvonalak rendszerint csak az egyik hálózatot tüntetik fel. A kereten kívüli megírások (a térkép neve, száma, éve, méretaránya, jelkulcs, arányok, lejtőszög és szomszédsági diagram, stb.) általában szintén szabványosak s a program által zömében automatikusan helyeződnek el és töltődnek ki, a jobb szoftverek azonban, éppen a GIS-specifikus termékek megjelentetése érdekében, lehetővé teszik a felhasználó által definiált kereten kívüli megírások létrehozását is. A hagyományos térképek tervezésének egyik legfontosabb momentuma a feliratok tervezése és elhelyezése. A feliratok nem csak a térképi objektumok nevét közlik a felhasználóval, de utalnak az objektum tájolására, méretére, nagyságára esetleg osztályára. Mindez az elhelyezés, nyújtás, betűtípus és betűnagyság segítségével valósítható meg. A feliratok elhelyezésének szerepét azonnal észrevesszük, ha ránézünk egy térképre: ha az zavaros egyenetlen, olvashatatlan, akkor a feliratok elhelyezésébe hiba csúszott. A felirat elhelyezésének legfontosabb szabályai: 1. A neveknek olvashatóaknak kell lenniük és illeszkedniük kell azokra az objektumokra, melyeket megneveznek; 2. A név és objektum kapcsolata gyorsan felismerhető legyen; 3. A nevek nem fedhetik egymást és általában minimális hasznos információt takarjanak ki; 4. A feliratoknak támogatniuk kell az objektumok tulajdonságainak szemléletessé tételét.
A feliratok elhelyezkedését a hozzá tartozó elem elfoglalt helye szerint rendezik el. Először a pontszerű elemek kapnak címkét, mivel ezeknek a helyzete kismértékben változtatható. Ez után a maradék helyen a nagy foltok kapnak címkéket, mivel ezek nagy területre vonatkoznak, ezért a címke ezeken belül bárhol lehet. Végül pedig a vonalak (utcák, utak, vasutak, esetleg folyók stb.) kapnak címkét, itt is a vonal mentén, itt azonban akár többször is. Ezen címkék elhelyezése eleinte teljesen kézzel történt,
manapság azonban (mint pl. a Google Earth programnál is) teljesen automatikus, a program magától helyezi el ezeket a címkéket a megfelelő pozícióba. Kívánatos, hogy a szoftver négy szinten támogassa a feliratok elkészítését és elhelyezését: 1. Az első szint a szabványos színt, itt a térkép szabványnak (és méretaránynak) megfelelő feliratok kerülnek kiválasztásra, automatikus megírásra (az adatbázis alapján) és közelítő elhelyezésre. Az első szint a negyedik, interaktív szinten csak elhelyezésben, kiegészítésben (az adatbázis egyidejű módosításával) és esetleges rövidítés alkalmazásával módosítható. 2. A második szint nem szabványos, elsősorban térinformatikai termékek előállítását segíti. A felhasználó megadja a térképen ábrázolandó felirat típusok (pld. megyék, települések, vizek, stb.) súlyozását (a típusokon belüli osztályozás a feldolgozás során már elkészült), a készítendő térkép méretarányát és ezek alapján a program megajánlja a betűtípusokat, elkészíti és elhelyezi a feliratokat. A negyedik, interaktív szinten a felhasználó mindent módosíthat. 3. A harmadik szint jelenti a hagyományos rajzoló programok szintjét, ahol mindent a felhasználó választ és készít a betűnagyságoktól és típusoktól magukig, a feliratokig és azok elhelyezéséig. 4. A negyedik szint az első és második szintek behatárolt módosítására szolgál.
Részletes adatállományból általánosítás segítségével kevésbé részletes, kisebb méretarányban megjeleníthető adatállományt állíthatunk elő. Így nemcsak a vonalak részletgazdagságát hivatott csökkenteni, hanem annak érdekében, hogy a szimbólumok ne fedjék egymást a kevésbé fontos objektumok eltolását vagy megszüntetését is el kell keretében végezni. Ha tehát a kiértékelést pld. ortofotó képernyő digitalizálásával végeztük és azt találjuk, hogy a szimbólumok beillesztése után a vasút és a közút helyenként fedik egymást, úgy interaktív módon csak a rajzi állományban a közutat kissé el kell tolnunk, hogy a fedés megszűnjön. A fentiekből következik, hogy bizonyos méretarány alatt interaktív szerkesztésre mindig szükség van.
Térbeli ábrázolási módszerek Számítógépes rendszerekkel egyszerűvé vált annak a vizsgálata és jelölése, hogy egy pl. 2 m magas megfigyelő egy bizonyos pontról mit láthat, és mi van takarva. Kézzel ez igen körülményes és nagyon pontatlan, főleg a számítógépes mérésekhez képest, melyek pillanatok alatt kiszámítják a körülményeknek megfelelő, lehető legnagyobb pontossággal ezt. Az ábrán, praktikus okokból (áttekinthetőség, munkaigény) csak 6 irányba vizsgáltuk a láthatóságot, ezért a kapott, be nem látható területek alakja csak viszonylag durva közelítésként fogható fel. Maga a szerkesztés nem igényel bővebb magyarázatot: az irányok és szintvonalak metszéspontjait felvetítjük a szintvonal magasságát reprezentáló magassági beosztásra, s az egymás utáni pontokat összekötve megkapjuk a kérdéses irány hosszmetszetét, melyet számokkal címkéztünk, és helyenként hosszú szaggatott vonallal élénkített folyamatos vonallal ábrázoltunk. Az érintési pontokat levetítettük a szelvények alaprajzára és a megfelelő pontokat összekötve megkaptuk a sraffozott kitakart (nem látható) területeket. Nem kell ecsetelni, hogy a szoftver nem csak 6 irányban vizsgálja a láthatóságot (és nem a szintvonalakból számítja a metszeteket) s ennek következtében a szoftverrel készült termékeken a kitakart területek határvonalai sokkal tagoltabbak, pontosabbak lesznek. Lényeges rámutatni, hogy a végeredmény pontosságát szoftver használata esetén is jelentősen befolyásolhatja a terepet borító növényzet magasságának helyes bevitele.
Vetítések
Ahhoz, hogy ez megjeleníthető legyen, hogy 3 dimenzióban szimuláljuk is ezt a körültekintést, a domborzatot levetítjük a képernyő síkjára. Nézhetjük a domborzat drótháló képét, vagy a színezett dróthálót, mely az adott vegetáció jellegzetes színével van kifestve, vagy az árnyalt, felületet is. A gyakorlatban nagyon zavaró lehet, ha a látható és láthatatlan vonalak egyaránt leképződnek a képernyőn, ezért szaggatott vonallal szoktuk jelezni a kitakart éleket. Dróthálónál rövid egyenes szakaszokkal, nem pedig végtelen hosszú egyenesekkel van dolgunk. Ebből adódóan három eset lehetséges, attól függően, hogy az egyenes végpontjai belül vannak-e a vetítési gúlán vagy sem: 1. Mindkét pont a gúlán belül van. Ebben az esetben levetítjük a pontokat a képernyőre és vetületük összekötésével nyerjük a vonal perspektivikus képét. 2. Az egyik végpont a gúlán belül van, míg a másik végpont a gúlán kívül. Ebben az esetben biztosak lehetünk, hogy az egyenes szakasz egy részének lesz perspektivikus képe a képernyőn. Azt a műveletet, mely az egyenes szakasz egy részét leválasztja vágásnak nevezzük. 3. Mindkét végpont a gúlán kívül található. Ez a feltétel azonban nem zárja ki, csak lehetővé teszi, hogy az egyenesnek ne legyen perspektivikus képe a képernyőn. A 3. eset megoldási lehetőségei az ábrán láthatóak.
Nem nehéz eldönteni, hogy azonos {x, y} képernyő koordinátájú pontok közül melyik lesz látható, azonban a nagyobb kihívás az, hogy egyenesek és síklapok miként takarják a többi geometriai elemet. Először Z irány (mélység, a képernyőre merőlegesen befelé mutat) szerint rendezzük a síkidomainkat, és elkülönítjük azokat, amelyek nem takarják egymást, mivel azokkal egymástól függetlenül foglalkozhatunk. További vizsgálatot igényelnek azok a sík sokszöglapok, melyek a képernyő koordináta rendszerben ténylegesen metszik egymást, mivel ezek a párok mindkét eleme takarhat valamit a másikból. A geometriai elveken működő algoritmusok lényege tehát abból áll, hogy rendezéssel kiválasztják a problémamentes eseteket és a részletes vizsgálatot csak a bonyolultabb esetekre alkalmazzák. A problémásabb eseteknek a képernyősíkbeli metszeteit kell kiszámolnunk, hogy a takarásokat meg tudjuk oldani. Drótháló esetén ez csupán annyit jelent, hogy a háttérben lévő vonalakat vagy nem jelenítjük meg, vagy elhalványítjuk, vagy szaggatottá tesszük, stb. Felület esetén azonban ezeket egyszerűen nem rajzoljuk ki, mellőzzük őket.
Árnyalások Valósághű ábrázolás eléréséhez fontos, hogy az ábrázolt felület ne azonos megvilágításban részesüljön, hanem a fényforrás pozíciójától, fényerejétől, típusától (párhuzamos fénysugarakat bocsát ki, mint pl. a Nap (sugaras), vagy pontszerű és szórja mindenfelé a fényt (diffúz), vagy Skylight típusú, azaz egy virtuális égboltról szórja a sugarakat, vagy irányított fényforrás, ami egy pontból egy bizonyos irányba egy gúla alakban szórja a fényt), a kibocsátott fény színétől és a vetített árnyékok milyenségétől függ. Az árnyalás azt a fizikai tényt modellezi a felületek élethű megjelenítésére, hogy a természetben található felület elemek a megvilágítás, a térbeli helyzet, a visszaverő anyag minősége és a szemlélési pont elhelyezkedése függvényében különböző fényességgel látszanak.
Esetenként a felsorolt tényezők több paraméterrel is befolyásolják az eredő fényességet, melyek megadását a szoftverek gyakran igényelhetik ezért indokolt, hogy röviden áttekintsük ezeket a paramétereket és bemutassuk a fényességre gyakorolt hatásukat. A diffúz megvilágítás következtében fellépő árnyaltság független a felület elem térbeli helyzetétől és csak a fény erősségétől és az elem visszaverési tulajdonságaitól függ. Ebből következik, hogy ez a megvilágítás önmagában alkalmatlan a felület plasztikus megjelenítésére, ugyanakkor kiegészítő megvilágításként alkalmazva hasznosan csökkentheti a mesterséges látvány hatását keltő túlzott kontrasztot. A sugaras megvilágításnál feltételezzük, hogy a megvilágító pont a végtelenben van, s ezért minden beeső fénysugár párhuzamos. A felületelem sugaras megvilágításból eredő fényessége függ a beeső sugár és a felületelem szögétől. Akkor lesz az elem a legfényesebb, ha a sugár merőleges a felületre (ott „kiég” az anyag, túlexponáláshoz hasonló elfehéredés látszik, ún. hotspot), a felület normálisára merőlege megvilágítás esetén (azaz a felülettel párhuzamos fénysugárral megvilágítva) az elem sötét marad. A felületelem térbeli helyzete (azaz síkjának szöge a megvilágító fénysugárral) befolyásolja az elem fényességét. Ez a fényesség tulajdonképpen azt jelenti, hogy az elem visszaveri a fényt, ez a visszaverődés azonban az esetek többségében túlnyomóan diffúz. Teljesen diffúz visszaverődés esetén a szembe jutó fényenergia mennyisége, hasonlóan a diffúz megvilágítás okozta fényességhez, független a szemből az elemre bocsátott sugár szögétől. Amint látjuk, a megvilágítás erőssége nagymértékben függ a felületelemnek a megvilágítási és szemlélési pontokhoz viszonyított helyzetétől. Mivel minden felület megközelíthető háromszög alakú
síkrészekből, és mivel mindegyik ilyen síknak a normálvektora az merőleges rá, a fény visszaverődése pedig ennek az irányától függ, ezért ez azt eredményezi, hogy a lapok élein a megvilágítottság ugrásszerűen változik, ami durva felbontás esetén előnytelen, természetellenes látványt eredményezhet. Ezt elkerülendő, a síklap sarokpontjainak normálisát a sarokpontban metsződő lapok normálisainak átlagaként határozzák meg, kiszámítják e pontok fényességét, majd a sarokpontok fényességét az érintett oldalak mentén lineárisan interpolálják. A lapok belsejében lévő pontok fényességét pedig metszetek mentén interpolálják a metszet oldalakból kimetszett fényességértékeire támaszkodva. A bal oldali ábra Svájc domborzati térképét ábrázolja magasság szerint árnyalva. Egy ilyen ábrázolás még a laikusok számára is értelmezhetővé teszi azokat a felszíni formákat, melyeket szintvonalas domborzatábrázolás esetén még a szakembereknek sem könnyű rövid idő alatt áttekinteni
A színek szerepe a megjelenítésben. Ha a színek szerepét vizsgáljuk a megjelenítésben, akkor két oldalról közelíthetjük meg a kérdést: 1. Az alkalmazott színek vizuális hatásának - jelentésének oldaláról; 2. A kiválasztott színek számítógépen történő technikai realizálásának oldaláról. Az első szempont vizsgálatakor döntő jelentőségűek a topográfiai és tematikus térképezés hagyományai. A térképek nyomdai előállítását jelentősen bonyolította és a színek számától függően drágította a többszínnyomás, minek következtében a kartográfusok kénytelenek voltak az alkalmazott színek számát a minimálisra
csökkenteni. Manapság a lézernyomtatókkal és digitális nyomdákkal ez olcsóbban megoldható, azonban a számítógépes megjelenítés praktikusabb is és olcsóbb is ilyen esetben. A domborzatot, tengerek esetén a tengerfenék formáit magasság szerint (a tengerfenék mélységét negatív magasságnak tekintve) osztályokba soroljuk. Az alkalmazott színskála a tengerek esetében a sötétkéktől a világoskékig (a legmélyebb a legsötétebb), szárazföldek esetén a sötétzöldtől a világoszöldön, sárgán, világosbarnán, sötétbarnán keresztül a vörösig (néha fehérig vagy rózsaszínig) tart. Jól szemlélteti a jelenséget, ha a számok növekedését vagy csökkenését a "természetes színskálához" rendeljük. Ezt a növekedést vagy csökkenést azzal még plasztikusabbá tehetjük, ha a változás ütemében nemcsak a színeket, hanem azok fényességét is valamilyen irányban szisztematikusan változtatjuk. A későbbiekben a HSV színmodell ismertetése kapcsán megismerkedünk mind a természetes színskála létrejöttével, mind pedig a fényesség paraméterével. A színek ebben a modellben a következőképpen jönnek egymás után: sárga, zöld, ciánkék, kék, bíbor és vörös. Az ábrán egy afrikai modellkísérlet eredményeit mutatjuk be ezen elvek alapján (a legnagyobb értékhez rendeltük a sárga színt az alkalmazott legnagyobb fényességgel, a legkisebbhez pedig a vörös színt az alkalmazott legkisebb fényességgel).
Színkeverés Míg a képernyőn a színek összeadás eredményei, addig a nyomtatók, mivel fehér papírra dolgoznak három alapszínt megvalósító festékkel, úgynevezett szubtraktív rendszerben, kivonással hozzák létre a színeket. Az alkalmazott alapszínek ebben az esetben az encián (Cyan), bíbor (Magenta) és sárga (Yellow), s ezért e rendszert CMY rendszernek is hívják. Az alapszínek erőssége ebben az esetben a kérdéses festékréteg vastagságától függ. Praktikussági okokból ehhez gyakran hozzáadnak egy negyedik komponenst is, a feketét, hogy pl. szövegeket és egyéb fekete elemeket ne áztassák el festékkel, hanem a harmadik komponens szolgáltassa.
