지형도면도

Terrain cartography
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USGS 지형도 버몬트 주 스토우(Stowe), 등고선이 20피트 간격으로 표시됨

지형도면도 또는 구조지도는 지금까지 개발된 여러 가지 기술 중 하나 이상을 사용하여 지구 표면의 모양을 지도에 묘사한 것이다. 지형이나 구제는 물리적 지형의 필수적인 측면이며, 이와 같이 그 묘사는 지도적 설계에서 중심적인 문제를 제시하며, 최근에는 지리적 정보 시스템과 지리학적 통합에 있어 더욱 중요한 문제를 제시한다.

힐 프로필

1639년 요하네스 빙붕의 히스파니올라 지도에서 힐 프로필의 활용도를 보여줌

지도에서 가장 오래된 형태의 구조 묘사인 언덕 프로필은 단순히 산과 언덕을 프로필로 나타낸 그림일 뿐이며, 일반적으로 소규모(범위 범위) 지도에 적절하게 배치되어 있다. 그것들은 오늘날에는 "안티크" 스타일링의 일부분 외에는 거의 사용되지 않는다.

물리 일러스트레이션

1941년 미국 북서부의 Raidz의 지도 부분, 지형의 삽화 스타일을 보여준다.

1921년, A.K. 로브크는 언덕 프로파일 기법의 고급 버전을 사용하여 소규모 지도에 지형 분포도를 표시하여 미국의 물리 도표를 발행하였다.[1] 에르윈 라포즈(Erwin Rauzzz)는 넓은 면적에 걸쳐 지형의 모양을 모방하기 위해 일반화된 질감을 사용하는 이 기법을 더욱 발전시키고 표준화하며 가르쳤다.[2] 힐 프로필과 음영 처리된 구조물의 조합으로, 이러한 지형 표현 방식은 창조자에게 동시에 특이하며(흔히 손으로 그린) 지리학적 패턴을 묘사하는 통찰력을 발견한다.

평면 경사 완화

웹 버전의 패터슨의 미국 대륙의 물리적 지도에는 비스듬한 계획이 포함되어 있다. 록키산맥이 풀사이즈 버전으로 등장한 것을 주목하라.

더 최근에 톰 패터슨은 평면 경사 완화라고 불리는 Raidz의 작업에서 영감을 받은 지형을 매핑하기 위해 컴퓨터로 생성된 기술을 개발했다.[3] 이 도구는 음영 처리된 완화 이미지로 시작한 다음 화소를 고도에 비례하여 북쪽으로 이동시킨다. 그 효과는 산이 언덕 프로필과 같은 방식으로 북쪽으로 "서고" 있고 " 겹겹이" 특징들을 만드는 것이다. 어떤 시청자들은 다른 시청자들보다 그 효과를 더 쉽게 볼 수 있다.

하처스

베른의 두4 지도(1907); 이것은 그늘진 하추레 지도다.
주요 기사: 하추레 지도

1799년 오스트리아의 지형학자 요한 게오르크 레만에 의해 처음 표준화 된 하추레스는 선을 이용한 음영 형태의 것이다. 그것들은 경사의 방향을 보여주며, 두께와 전체적인 밀도에 의해 일반적인 경사도감을 제공한다. 숫자가 아닌 이들은 등고선보다 과학적인 조사에 덜 유용하지만 꽤 구체적인 형태의 지형을 성공적으로 전달할 수 있다.[2] 특히 구릉지 등 상대적으로 낮은 안도감을 보여주는 데 효과적이다. 그것은 20세기까지 독일의 지형도 표준이었다.

디지털 GIS 데이터를 활용해 이 기법을 재현하려는 시도가 여러 차례 있었는데, 결과는 엇갈렸다.

등고선

주요 기사: 등고선

18세기 프랑스에서 처음 개발된 등고선(또는 등고선)은 등고도가 같은 아이솔린이다. 이것은 표고를 정량적으로 시각화하는 가장 일반적인 방법이며 지형 지도에서 친숙하다.

대부분의 18세기 및 19세기 초 전국 조사는 조사 지점의 지정점 높이만 계산하면서 전체 커버리지 영역에 걸친 안도감을 기록하지 못했다. 미국 지질조사국(USGS) 지형조사 지도에는 안도감의 등고선표시가 포함되어 있어 특히 고도표시의 정확한 표현으로 안도감을 보여주는 지도는 미국에서 지형도(또는 "토포" 지도)라고 불리게 되었고, 그 용도는 국제적으로 확산되었다.

30m 간격으로 검은색, 파란색, 갈색 윤곽선이 있는 버니나 고개 지그프리드 지도(1877)

스와이스토포에서 제작한 지도에서 등고선의 색상은 맨 바위와 갈색의 경우 검은색, 얼음과 수중 등고선의 경우 파란색, 흙으로 덮인 지면의 경우 갈색 등고선의 형태를 나타내기 위해 사용된다.[4]

타나카(구제) 등고선

다나카(구제) 등고선 기법은 지형을 시각화하기 위해 등고선을 밝히는 데 사용되는 방법이다. 선은 북서부의 광원과의 관계에 따라 강조 표시되거나 음영 처리된다. 만약 그림이 그려져 있는 물체가 등고선의 한 단면을 그림자처럼 따라 그린다면, 그 등고선은 검은색 밴드로 표현될 것이다. 그렇지 않으면 광원을 향한 경사는 흰색 띠로 표현될 것이다.

이 방법은 1950년 다나카 키티로 교수가 개발했으나, 1870년경부터 실험해 왔으나, 인쇄의 기술적 한계 때문에 거의 성공하지 못했다. 이 지점에서 발생한 지형은 회색조 이미지였다.[5] 지도 제작자인 베스톨드 혼은 나중에 다나카 윤곽선을 디지털로 제작하기 위한 소프트웨어를 만들었고, 또 다른 지도 제작자인 패트릭 케넬리는 나중에 이러한 지도에 색을 더하는 방법을 발견하여 더욱 사실적으로 만들었다.[6]

이 방법에는 여러 가지 문제가 있다. 역사적으로 인쇄기술은 다나카 등고선을 잘 재현하지 못했으며, 특히 회색 바탕에 흰 선을 그렸다. 이 방법 또한 시간이 많이 걸린다. 게다가 계단식 외관은 어떤 지형에서는 매력적이거나 정확해 보이지 않는다.[7]

효소 틴트

주요 기사: 효소 틴트

등고선 사이에 위치하는 색상은 등고선 사이에 고도를 나타내는 색상으로, 층 틴팅, 표고 틴팅, 표고 컬러링 또는 히스테리메틱 컬러링이라고도 한다. 이러한 틴트는 등고선 자체에 적용되는 색상표 또는 등고선 자체에 적용되는 색상표로 표시된다. 두 방법 중 하나는 등고선 맵의 한 유형으로 간주된다. 지도와 글로브의 히피메트릭 틴팅은 종종 물의 깊이의 차이를 전달하기 위해 유사한 욕조 틴팅 방법을 동반한다.

음영 릴리프

참고 항목: 지형분석
위쪽: Mead 호수 지역의 지도.
맨 아래: 태양 음영이 있는 동일한 지도

음영 릴리프, 즉 언덕 쉐이딩은 점광원에서 3차원 표면이 어떻게 조명되는지를 보여줌으로써 지형의 모양을 사실적으로 보여준다. 그림자는 일반적으로 지도 왼쪽 상단 모서리에 광원을 배치하는 왼쪽 상단 조명의 관례를 따른다. 지도가 정상에서 북쪽을 향한다면 그 결과는 빛이 북서쪽에서 오는 것처럼 보인다는 것이다. 비록 이것이 북반구에서 비현실적인 조명이지만, 남쪽 광원을 사용하는 것은 지형이 거꾸로 나타나는 다중의 지각 착시 현상을 일으킬 수 있다.[8]

그늘진 안도감은 전통적으로 숯, 에어브러시, 그리고 다른 예술가들의 매체로 그려졌다. 스위스 지도제작자 에두아르트 임호프는 수동 힐 셰이딩 기술과 이론의 달인으로 널리 평가받고 있다. 음영 완화는 오늘날 거의 독점적으로 디지털 고도 모델(DEM)에서 생산된다. 해석적 힐샤이딩의 수학적 근거는 각 위치에서 표면 정상값을 계산한 다음, 도트 제품을 사용하여 조명을 가리키는 벡터와 벡터 사이의 각도를 계산하는 것이다. 그 각도가 작을수록 해당 위치에서 더 많은 조명이 수신되고 있다. 그러나 대부분의 소프트웨어 구현은 그러한 계산을 단축하는 알고리즘을 사용한다. 이 도구는 포토샵, QGIS, GRASS GIS 또는 ArcMap의 Spatial Analyzer 확장을 포함한 다양한 GIS 및 그래픽 소프트웨어에서 사용할 수 있다.

이러한 비교적 간단한 도구는 지도에 거의 어디서나 음영 처리된 반면, 많은 지도 제작자들은 제품에 불만족스러워했고, 다음과 같은 것을 포함하여 외관을 개선할 수 있는 기법을 개발했다.

조명이 들어오는 음영

임호프의 공헌에는 음영에 대한 다색 접근법이 포함되었는데, 계곡에는 보라색을, 봉우리에는 노란색을 띠는 것으로, 이를 '음영 음영'이라고 한다. 노란색으로 광원을 마주한 지형의 측면을 비추면 (직사광선이 더 노랗고, 주변 빛이 더 파랗기 때문에) 더 큰 리얼리즘을 선사하며, 지형의 입체적 본성에 대한 감각을 높여주고, 지도가 더 미적으로 보기 좋고 예술적으로 보이게 한다.[9] 에두아르 임호프의 작품을 디지털로 재현하는 데 많은 작업이 이루어졌는데, 경우에 따라서는 상당히 성공적이었다.[10]

다방향 음영

다방향 힐샤이드 효과를 보여주는 유타 시온 국립공원. 왼쪽: 광원 1개, 표준 북서 방위각; 중간: 두 광원의 평균, 북서쪽 + 수직; 오른쪽: 모든 방향에서 32 광원의 평균이지만 각각 그림자가 추가된 북서쪽 광원이다. 1,000m가 넘는 지역 구제의 이 지역에서 삭막함 감소, 현실감 증가, 절벽, 협곡, 산의 명확성 증가 등을 주목하라.

컴퓨터가 만들어낸 분석적 힐샤이딩에 대한 일반적인 비판은 빛을 향한 경사가 백색이고, 외면하는 경사가 흑색인 삭막하고 인공적인 모습이다. 건포도는 이것을 "플라스틱 쉐이딩"이라고 불렀고, 다른 사람들은 그것이 달 풍경처럼 보인다고 말했다.[2] 한 가지 해결책은 주변 조명의 효과를 모방하기 위해 여러 개의 조명 방향을 통합하여 훨씬 더 사실적으로 보이는 제품을 만드는 것이다. 이를 위해 여러 개의 음영 처리된 완화 이미지를 생성하고 평균을 내기 위해 지리 정보 시스템 소프트웨어를 사용하고, 지형을 렌더링하기 위해 3D 모델링 소프트웨어를 사용하며,[11] 최대 수백 개의 개별 소스를 사용하여 자연 조명을 모방하는 맞춤형 소프트웨어 도구를 사용하는 등 다양한 기법이 제안되었다.[12] 이 기술은 1:30,000에서 1:100,000 사이의 중간 규모에서 매우 험준한 지형에 가장 효과적인 것으로 밝혀졌다.

텍스처/범프 매핑

오레곤 주 크레이터 레이크 국립공원 지도, 식물의 덮개를 미묘하게 표시하기 위한 텍스처 맵핑 사용
주요 기사: 범프 매핑

맨땅 표면뿐만 아니라 건물과 식물 등 그 땅 표면을 덮고 있는 특징의 입체적인 모습을 모방함으로써 지형을 더욱 사실적으로 보이게 할 수 있다. 텍스처 맵핑 또는 범프 맵핑은 음영 처리된 텍스처를 층층이 더해진 컴퓨터 그래픽에서 로컬 랜드 커버의 모양을 모방하는 음영 처리된 표면 릴리프(Scading surface refibility)를 응용한 기법이다.[13] 이 질감은 다음과 같은 여러 가지 방법으로 생성될 수 있다.

  • 텍스처 대체: 지상 커버의 원격 감지 이미지 복사,[14] 추상화 및 병합
  • 텍스처 생성: "나무"의 무작위 산란과 같은 GIS에 모의 지상 표고층을 만든 다음 이를 음영으로 완화한다.[15]
  • 고도 측정: 특히 라이다와 드론을 사용하여 직간접적으로(사진측정을 통해) 지반 피쳐의 높이와 형태, 고도 표면의 음영을 측정한다.

이 기법은 비교적 큰 규모인 1:5000~1:50,000의 현실적인 지도를 제작하는 데 가장 유용하다.

분해능 혼합 또는 범핑

비터루트 산맥과 몬타나/아이다호 주, 살몬 강, 음영 처리된 구조물의 해상도 범핑 기법의 삽화. 왼쪽: 200m 해상도 음영 완화, 중간: 7000m 평활 필터 후 음영 완화, 오른쪽: 65%/35% 혼합 원래 이미지는 한결같이 투박해 보이는 반면 오른쪽에 있는 것은 큰 산과 협곡을 강조한다.

특히 작은 규모(1:500,000 이하)에서 음영 릴리프가 있는 한 가지 과제는 이 기술이 국소(고주파수) 릴리프를 시각화하기는 매우 뛰어나지만 더 큰 특징을 효과적으로 보여주지는 못한다는 것이다. 예를 들어, 언덕과 계곡의 험준한 지역은 크고 매끄러운 산보다 더 많은 또는 더 많은 변화를 보일 것이다. 해상도 범핑은 NPS 지도제작자 톰 패터슨이 이 문제를 완화하기 위해 개발한 하이브리드 기법이다.[16] 정밀 분해능 DEM은 매우 평활된 버전(즉, 상당히 높은 응력 분해능)으로 평균화된다. 여기에 힐샤딩 알고리즘을 적용하면 기존 지형 모델의 미세한 디테일과 평활모델이 꺼낸 보다 넓은 형상을 혼합하는 효과가 있다. 이 기술은 작은 규모와 지속적으로 견고한 지역에서 가장 잘 작동한다.

경사 뷰

1618년 클라스 얀스가 쓴 파리 사선도. 비셔.
주요 기사: 그림 지도

지구 표면의 3차원 보기(이차원 매체에 투사됨)와 그 위에 놓여 있는 지리적 특징들. 상상된 도시들의 항공 풍경은 중세 후반기에 처음 만들어졌지만, 이러한 "조감도"는 1800년대에 미국에서 매우 유명해졌다. GIS(특히 최근 3-D 및 글로벌 시각화의 진보)와 3-D 그래픽 모델링 소프트웨어의 등장으로, 이들 모델에 대한 질 높은 카토그래픽 설계의 실행은 여전히 난제로 남아 있지만, 사실적인 항공 뷰의 제작이 비교적 용이해졌다.[17]

상승완화지도

하이타트라스 축척 1: 50,000의 수제 하이타트라스 구조 지도
주요기사 : 상승완화지도

안도감을 입체적인 물체로 보여주는 지도다. 안도감을 가장 직관적으로 묘사하는 방법은 규모에 맞게 흉내내는 것이다. 수작업으로 제작된 디오라마는 중국에서 200BCE로 거슬러 올라갈 수 있지만, 제2차 세계 대전까지는 진공 성형 플라스틱 맵의 발명, 금형을 효율적으로 만들기 위한 전산 가공으로 대량 생산이 가능하지 않았다. 가공은 고밀도 폼 등 기판으로부터 대형 커스텀 모델을 제작하는 데도 사용되며, 가공 장치에 잉크젯 프린트 헤드를 넣어 항공 촬영에 기반한 색상도 가능하다. 대부분의 3D 프린터가 너무 작아서 대형 디오라마를 효율적으로 제작할 수 없지만, 3D 프린팅의 등장으로 인해 상승 완화 지도를 제작하는 훨씬 경제적인 수단이 도입되었다.

렌더링

직립=1.3ASTER Global DEM 데이터를 기반으로 한 Penang Island 지형 STL 3D 모델

터레인 렌더링은 실제 또는 가상의 세계 표면을 묘사하는 다양한 방법을 다룬다. 가장 흔한 지형 렌더링은 지구 표면을 묘사하는 것이다. 관찰자에게 참조 프레임을 주기 위해 다양한 용도에 사용된다. 또한 나무, 건물, 하천 등 비테레인 객체의 렌더링과 결합하여 사용하는 경우도 많다.

지형 렌더링에는 하향식 렌더링과 투시 렌더링의 두 가지 주요 모드가 있다. 하향식 지형 렌더링은 수세기 동안 지도화 지도의 방식으로 알려져 왔다. 원근 지형 렌더링도 꽤 오래 전부터 알려져 있다. 그러나 컴퓨터와 컴퓨터 그래픽의 관점 렌더링이 주류를 이루게 되었다.

구조

아우터라에서 렌더링된 풍경

대표적인 지형 렌더링 애플리케이션은 터레인 데이터베이스, 중앙처리장치(CPU), 전용 그래픽처리장치(GPU), 디스플레이로 구성된다. 소프트웨어 애플리케이션은 세계 공간의 초기 위치에서 시작하도록 구성된다. 응용 프로그램의 출력은 디스플레이에서 실제 세계를 스크린 스페이스로 표현한 것이다. 소프트웨어 애플리케이션은 CPU를 사용하여 지형 데이터베이스에서 초기 위치에 해당하는 지형 데이터를 식별하고 로드한 다음 필요한 변환을 적용하여 GPU가 렌더링할 수 있는 지점의 메쉬를 구축함으로써 기하학적 변환을 완료하고 그림을 생성하는 화면 공간 객체(예: 다각형)를 만든다. 현실 세계의 위치와 매우 유사하다.

식감

지형 표면을 질감 있게 하는 방법은 여러 가지가 있다. 일부 애플리케이션은 입면 색상, 체커보드 또는 기타 일반 텍스처와 같은 인공 텍스처를 사용함으로써 이득을 얻는다. 일부 애플리케이션은 항공 사진 및 위성 사진을 사용하여 실제 표면을 최대한 재현하려고 시도한다.

비디오 게임에서는 텍스쳐 스플래팅이 터레인 표면을 텍스쳐하는 데 사용된다.

세대

주요 기사: 경관생성기

지형 표면을 생성하는 방법은 매우 다양하다. 이러한 모든 방법으로 해결되는 주요 문제는 처리되고 렌더링된 폴리곤의 수를 관리하는 것이다. 수십억 개의 데이터 포인트를 이용해 아주 세밀한 세계의 모습을 만들어 낼 수 있다. 그러나 그러한 어플리케이션은 정적인 사진으로 제한된다. 지형 렌더링의 대부분의 용도는 이동 이미지로서, 소스 지형 데이터를 삭제하거나 근사하게 함으로써 소프트웨어 응용 프로그램이 단순화(폐기 또는 근사치) 사실상 모든 지형 렌더링 애플리케이션은 CPU와 GPU에 의해 처리되는 데이터 지점의 수를 관리하기 위해 세부 수준을 사용한다. 지형 표면 생성을 위한 몇 가지 현대적인 알고리즘이 있다.[18][19][20][21]

적용들

터레인 렌더링은 컴퓨터 게임에서 지구 표면과 상상의 세계를 모두 나타내기 위해 널리 사용된다. 일부 게임에는 지형 변형(또는 변형 가능한 지형)도 있다.

터레인 렌더링의 중요한 적용은 합성 비전 시스템에 있다. 항공기를 조종하는 조종사는 항공기 외부 조건에 관계없이 항상 지형 표면을 볼 수 있는 능력을 통해 큰 이익을 얻는다.

골격, 구조 또는 파단선

수문학적 배수 분열과 유역 흐름을 강조한다.

포럼 및 연결

산지에서는 구호의 묘사가 특히 중요하다. 국제지도학회 산악지도제작위원회는 이들 지역의 지도화를 위한 이론과 기법에 대한 논의를 위한 가장 잘 알려진 포럼이다.

참고 항목

참조

  1. ^ 로브크, A.K. (1921) 미국의 물리 도표, A.J. 나이스트롬 & Co., 데이비드 럼지 지도 컬렉션 디지털 스캔, 목록 7129.000번
  2. ^ Jump up to: a b c Raisz, Erwin (1948). General Cartography (2nd ed.). McGraw-Hill. pp. 103–123.
  3. ^ Jenny, Bernhard; Patterson, Tom (2007). "Introducing Plan Oblique Relief" (PDF). Cartographic Perspectives (57): 21–40. doi:10.14714/CP57.279.
  4. ^ Swisstopo, Conventional Signs 2008-05-28 Wayback Machine에 보관.
  5. ^ 카토그래피의 기본 사항. Misra R. P.와 A. 라메쉬. 컨셉 출판사. 1989. 페이지 389-180
  6. ^ Patrick Kennelly & A. Jon Kimerling(2001) 다나카 조명의 등고선법, 지도 및 지리 정보 과학의 수정, 28:2, 111-123.
  7. ^ "구난(터레인) 묘사" UNBC GIS Lab: GIS & 원격 감지 Northern British Columbia 대학교, 2013년 9월 28일 N.d. Web.
  8. ^ Eduard Imhof (2007-06-01). Cartographic relief presentation. Esri Pr. ISBN 978-1-58948-026-1.
  9. ^ Jenny, Bernhard; Hurni, Lorenz (2006). "Swiss-Style Colour Relief Shading Modulated by Elevation and by Exposure to Illumination". The Cartographic Journal. 43 (3): 198–207. doi:10.1179/000870406X158164.
  10. ^ 톰 패터슨 "불 좀 봐: Photoshop 6.0," http://www.shadedrelief.com/illumination/ (2017년 10월 30일)에서 조명 음영 완화 방법.
  11. ^ 허프먼, 다니엘 P. (2014) 블렌더의 그늘진 구호, 제9회 ICA 산악 지도 제작 워크샵
  12. ^ 케넬리, J, & 스튜어트, J. (2006) 지형 및 도시지역의 음영 향상을 위한 획일적 하늘조명 모델 지도 제작 및 지리 정보 과학, 33(1), 21–36. https://doi.org/10.1559/152304006777323118.
  13. ^ 블린, 제임스 F. "주름 표면의 시뮬레이션", 컴퓨터 그래픽, 12권(3), 페이지 286-292 SIGRAPH-ACM (1978년 8월)
  14. ^ Patterson, Tom (2002). "Getting Real: Reflecting on the New Look of National Park Service Maps". Cartographic Perspectives (43): 43–56. doi:10.14714/CP43.536.
  15. ^ Nighbert, Jeffrey (2000). "Using Remote Sensing Imagery to Texturize Layer Tinted Relief". Cartographic Perspectives (36): 93. doi:10.14714/CP36.827.
  16. ^ 패터슨, 톰 "Photoshop에서 GTOPO30과 부딪히는 해상도: 하이 마운트를 더욱 읽기 쉽게 만드는 방법," http://www.shadedrelief.com/bumping/bumping.html (2012년 9월 24일 발표)
  17. ^ Patterson, Tom (2005). "Looking Closer: A Guide to Making Bird's-eye Views of National Park Service Cultural and Historical Sites". Cartographic Perspectives (52): 59–75. doi:10.14714/CP52.379.
  18. ^ Stewart J.(1999), "가시성 및 음영 애플리케이션이 있는 지형의 모든 지점에서 고속 Horizon 계산", IEEE Transactions on visualization and computer graphics 4(1).
  19. ^ Bashkov E, Zori S, Suvorova I. (2000), "현대 환경 시각 시뮬레이션 방법", In Simulationstechnik, 14. 함부르크 SCS에서의 심포지엄, 페이지 509-514. 유럽 BVBA, 벨기에 겐트,
  20. ^ Bashkov E.A., Zori S.A.(2001), "고속 수평선 계산 알고리즘에 의한 지구 표면의 시각 시뮬레이션", In Simulation und Visualisierung, 페이지 203-215. 독일 마그데부르크의 모피 시뮬레이션 연구소
  21. ^ 2004년 12월 제2차 컴퓨터 그래픽 및 멀티미디어 컨퍼런스 진행, Selangor, Selangor, '케다 지형도에서의 벡터화 기법을 이용한 실루엣 렌더링 알고리즘'을 채택했다. https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/30969013/449317633605827_1.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1505553957&Signature=7GA1T7nvGM5BOhLQ0OCELIKVYbY%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3D3D_Silhouette_Rendering_Algorithms_using.pdf[dead link]

외부 링크