一種月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及行星地圖制圖與數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域，尤其涉及一種月球大比例尺地形暈 渲圖分層設(shè)色方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 月球的形貌與地球具有較大差異，月面主要存在月海、高地、撞擊坑等地物。在全 月尺度下的分幅地圖中，月面地物分布多，地形起伏度變化較大，高程變化在千米以上；而 在大比例尺范圍內(nèi)，月球表面地物分布少，地形起伏變化小，部分區(qū)域變化可能只在數(shù)十米 到數(shù)百米之間。因此，需要一些特殊的地圖制作方法才能將這種變化較小的地形特征展現(xiàn) 出來。月球地形暈植圖（Shaded Relief Maps)是一種可行的表達(dá)月球地形細(xì)節(jié)特征的地圖 制作方法，其原理是通過模擬實(shí)際地面本影與落影的方法來反映實(shí)際地形起伏特征，現(xiàn)今， 隨著數(shù)字地圖處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字地貌暈渲圖一般以柵格形式的數(shù)字地形模型Oigital Terrain Model)作為數(shù)據(jù)源，每個(gè)柵格地形數(shù)據(jù)（X，Y，Z)包含坐標(biāo)信息（X，Y)及地形數(shù)值 信息（Z)，通過設(shè)置光源高度角、方位角，計(jì)算地面光照通量，根據(jù)相應(yīng)柵格數(shù)值進(jìn)行顏色賦 值得到。
[0003] 地形暈渲圖表達(dá)月球地勢、地形特征的效果與選取的分層顏色有重要關(guān)系。傳統(tǒng) 的月球地貌暈渲圖顏色設(shè)置時(shí)，需要根據(jù)地形數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，按照數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)進(jìn)行分層，而 后對每層數(shù)據(jù)人工手動配置顏色，效率低下，對于大比例尺下急劇增加的月球地形數(shù)據(jù)無 能為力，嚴(yán)重制約了月球地貌暈渲圖的生產(chǎn)效率；然而現(xiàn)有的暈渲圖自動制作工具，只能采 用提前預(yù)置好的顏色色表進(jìn)行設(shè)色，難以根據(jù)分幅地形數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，自動調(diào)整數(shù)據(jù)分層，選 擇顏色進(jìn)行賦值，因此，得到的暈渲圖往往顏色變化集中在小片區(qū)域，而大部分圖幅色調(diào)卻 變化不大，不能突出整體的地形變化特征，具體表現(xiàn)見圖1。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種月球大比例尺地形暈渲圖分 層設(shè)色方法，以實(shí)現(xiàn)對大比例尺下月球地形暈渲圖的合理設(shè)色，表現(xiàn)出圖幅范圍內(nèi)的月球 表面整體地形變化特征。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一種月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法，包括以下步驟：
[0006] 數(shù)據(jù)輸入步驟，輸入作為原始月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)的柵格地形數(shù)據(jù)；
[0007] 數(shù)據(jù)排序步驟，將原始月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)按照柵格數(shù)值從最低值到最高值進(jìn)行排 序；
[0008] 數(shù)據(jù)分層步驟，設(shè)置分層數(shù)K，根據(jù)月球大比例尺地形暈渲圖中兩個(gè)相鄰分層占的 圖幅面積相等的方式，計(jì)算排序后的月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)的相鄰各層之間的各個(gè)分層間隔數(shù) 值Ei，從而得到K層分層數(shù)據(jù)，其中，K為大于等于3的整數(shù)，i = 1，2-K-1 ;
[0009] 顏色設(shè)定步驟，設(shè)定三個(gè)分層初始顏色A、B、C，并且當(dāng)K大于3時(shí)，計(jì)算出分層初 始顏色A和B之間以及分層初始顏色B和C之間的共K-3個(gè)過渡顏色，以得到共K個(gè)顏色； 以及
[0010] 顏色應(yīng)用步驟，將K個(gè)顏色分別對應(yīng)到K層分層數(shù)據(jù)，以進(jìn)行月球地形暈渲圖分層 設(shè)色。
[0011] 優(yōu)選地，在數(shù)據(jù)分層步驟中，統(tǒng)計(jì)各個(gè)相鄰分層間隔數(shù)值之間的柵格地形數(shù)據(jù)數(shù) 目所占整個(gè)圖幅柵格地形數(shù)據(jù)數(shù)目的百分比，當(dāng)每兩個(gè)相鄰分層數(shù)值之間的柵格地形數(shù)據(jù) 數(shù)目所占整個(gè)圖幅柵格地形數(shù)據(jù)數(shù)目的百分比都相等時(shí)，則可以確定排序后的月球數(shù)字地 形數(shù)據(jù)的相鄰各層之間的各個(gè)分層間隔數(shù)值Ei。
[0012] 優(yōu)選地，在顏色設(shè)定步驟中，基于色差公式計(jì)算得到兩種顏色的色差，以確定K-3 個(gè)過渡顏色。
[0013] 優(yōu)選地，在顏色設(shè)定步驟，分層初始顏色A、B、C都是RGB模型顏色，并將RGB模型 的分層初始顏色A、B、C轉(zhuǎn)換為CIElab模型的分層初始顏色A、B、C以計(jì)算K-3個(gè)CIElab 模型的過渡顏色。
[0014] 優(yōu)選地，在顏色設(shè)定步驟中，所述色差公式是CIEl*a*bl976標(biāo)準(zhǔn)色差公式，通 過計(jì)算各個(gè)過渡顏色離其兩端的顏色的色差距離，計(jì)算確定分層初始顏色A與B之間的 CIElab模型的過渡顏色值、分層初始顏色B與C之間的CIElab模型的過渡顏色值。
[0015] 優(yōu)選地，采用等間距定比分點(diǎn)方法，計(jì)算確定分層初始顏色A與B之間的CIElab 模型的過渡顏色、分層初始顏色B與C之間的CIElab模型的過渡顏色。
[0016] 優(yōu)選地，當(dāng)K大于3時(shí)，根據(jù)相鄰顏色色差相等的方式，計(jì)算分層初始顏色A與B 之間的過渡顏色Mi，其中i = 1，2- (K-3)/2,分層初始顏色B與C之間的過渡顏色Pi，其 中i = 1，（K-3)/2,如果K為偶數(shù)，則過渡顏色Mi的數(shù)量比過渡顏色Pi的數(shù)量多1個(gè)， 或過渡顏色Pi的數(shù)量比過渡顏色Mi的數(shù)量多1個(gè)。
[0017] 優(yōu)選地，將K-3個(gè)CIElab模型的過渡顏色轉(zhuǎn)換為K-3個(gè)RGB模型的過渡顏色，以 得到共K個(gè)RGB模型的顏色。
[0018] 優(yōu)選地，在顏色設(shè)定步驟中，所述色差公式是CIE94色差公式或CIEDE2000色差公 式。
[0019] 優(yōu)選地，三個(gè)分層初始顏色A、B、C依次分別為冷色、白色、暖色。
[0020] 本發(fā)明針對月球大比例尺地形暈渲圖自動化分層設(shè)色中難以表現(xiàn)地形特征細(xì)節(jié) 的問題，提出了一種月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法，通過月球地形數(shù)據(jù)聚類分層 與對應(yīng)顏色設(shè)置自動匹配來解決該問題，從而得到能更好表現(xiàn)大比例尺下的地形特征細(xì)節(jié) 的地形暈渲圖。本發(fā)明使得大比例尺下，月球地形暈渲圖中的地形細(xì)節(jié)特征能夠得到表達(dá)， 顏色配置合理，提高了地形暈渲圖的可視化效果，保證了的月球地形圖的信息傳輸能力，充 分滿足月球大比例尺下地形暈渲圖的用圖需求，效果明顯。
【附圖說明】
[0021] 圖1是月球表面虹灣區(qū)域內(nèi)部分區(qū)域的地形暈渲圖的一個(gè)示例。
[0022] 圖2是選取的月球虹灣區(qū)域內(nèi)一塊區(qū)域的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計(jì)圖。
[0023] 圖3是使用本發(fā)明的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法計(jì)算高程數(shù)據(jù)分層 及進(jìn)行對應(yīng)的顏色設(shè)置，而得到的圖層分層設(shè)色顏色列表的一個(gè)示例。
[0024] 圖4是使用根據(jù)本發(fā)明的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法得到的分層數(shù) 據(jù)及其對應(yīng)顏色列表應(yīng)用于數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，制作得到的最終月球地形暈渲效果圖的一 個(gè)示例。
[0025] 圖5是本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法 的流程圖。
[0026] 圖6是本發(fā)明的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028] 本發(fā)明提供一種月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法，該方法以體現(xiàn)出大比例 尺下月球表面的具體地形細(xì)節(jié)特征為目的，針對月球數(shù)字地形特征進(jìn)行數(shù)據(jù)分層，提出基 于相鄰分層所占月球圖幅面積相等的原則，選擇地形數(shù)據(jù)的分類間隔數(shù)值的方法。與此同 時(shí)優(yōu)選地，本發(fā)明還提出一種基于相鄰分層顏色色差相等的原則，進(jìn)行過渡顏色選取的方 法。
[0029] 圖6是本發(fā)明的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法的流程圖。
[0030] 圖6所示的根據(jù)本發(fā)明的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法包括以下步驟：
[0031] 數(shù)據(jù)輸入步驟，輸入作為原始月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)的柵格地形數(shù)據(jù)；
[0032] 數(shù)據(jù)排序步驟，將原始月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)按照柵格數(shù)值從最低值到最高值進(jìn)行排 序；
[0033] 數(shù)據(jù)分層步驟，設(shè)置分層數(shù)K，根據(jù)月球大比例尺地形暈渲圖中兩個(gè)相鄰分層占的 圖幅面積相等的方式，計(jì)算排序后的月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)的相鄰各層之間的各個(gè)分層間隔數(shù) 值Ei，從而得到K層分層數(shù)據(jù)，其中，K為大于等于3的整數(shù)，i = 1，2-K_1 ;
[0034] 顏色設(shè)定步驟，設(shè)定三個(gè)分層初始顏色A、B、C，并且當(dāng)K大于3時(shí)，計(jì)算出分層初 始顏色A和B之間以及分層初始顏色B和C之間的共K-3個(gè)過渡顏色，以得到共K個(gè)顏色； 以及
[0035] 顏色應(yīng)用步驟，將K個(gè)顏色分別對應(yīng)到K層分層數(shù)據(jù)，以進(jìn)行月球地形暈渲圖分層 設(shè)色。
[0036] 優(yōu)選地，在數(shù)據(jù)分層步驟中，統(tǒng)計(jì)各個(gè)相鄰分層間隔數(shù)值之間的柵格地形數(shù)據(jù)數(shù) 目所占整個(gè)圖幅柵格地形數(shù)據(jù)數(shù)目的百分比，當(dāng)每兩個(gè)相鄰分層數(shù)值之間的柵格地形數(shù)據(jù) 數(shù)目所占整個(gè)圖幅柵格地形數(shù)據(jù)數(shù)目的百分比都相等時(shí)，則可以確定排序后的月球數(shù)字地 形數(shù)據(jù)的相鄰各層之間的各個(gè)分層間隔數(shù)值Ei。
[0037] 圖5是本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方法 的流程圖。在圖5所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的月球大比例尺地形暈渲圖分層設(shè)色方 法可以通過月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)的等面積分層方法和基于CIElab色差模型的過渡顏色選取 方法來實(shí)現(xiàn)：
[0038] (1)月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)的等面積分層方法
[0039] 月球大比例尺數(shù)字地形數(shù)據(jù)的等面積分層方法，具體按照如下步驟進(jìn)行：
[0040] ①統(tǒng)計(jì)月球數(shù)字地形數(shù)據(jù)，得出柵格地形數(shù)據(jù)中數(shù)值（Z值）最小的，記為Emin，數(shù) 值最大的，記為Emax，總柵格數(shù)目記為N，并對所有地形數(shù)據(jù)按照數(shù)值從小到大進(jìn)行排序。
[0041] ②設(shè)置數(shù)據(jù)分層數(shù)目，記為K，按照分層中每一層面積相等的方式，則每一層所含 的柵格數(shù)值數(shù)目為N/K，從最小的柵格數(shù)值開始，對排好序的柵格地形數(shù)據(jù)進(jìn)行累計(jì)計(jì)算， 當(dāng)柵格數(shù)目累計(jì)達(dá)到N/K時(shí)候，則為第一層E1，此時(shí)的地形數(shù)據(jù)數(shù)值作為第一層的分層的 間隔數(shù)值，依此類推，得到每一層的分層的間隔數(shù)值Ei(i為1，2…，K-1)。優(yōu)選地，K為大于 3的整數(shù)。
[0042] (2)基于CIElab色差模型的過渡顏色選取方法
[0043] 優(yōu)選地，在顏色設(shè)定步驟中，基于色差公式計(jì)算得到兩種顏色的色差，以確定K-3 個(gè)過渡顏色。
[0044] 優(yōu)選地，在顏色設(shè)定步驟，分層初始顏色A、B、C都是RGB模型顏色，并將RGB模型 的分層初始顏色A、B、C轉(zhuǎn)換為CIElab模型的分層初始顏色A、B、C以計(jì)算K-3個(gè)CIElab 模型的過渡顏色。
[0045] 優(yōu)選地，在顏色設(shè)定步驟中，所述色差公式是CIEl*a*bl976標(biāo)準(zhǔn)色差公式，通 過計(jì)算各個(gè)過渡顏色離其兩端的顏色的色差距離，計(jì)算確定分層初始顏色A與B之間的 CIElab模型的過渡顏色值、分層初始顏色B與C之間的CIElab模型的過渡顏色值。
[0046] 優(yōu)選地，采用等間距定比分點(diǎn)方法，計(jì)算確定分層初始顏色A與B之間的CIElab 模型的過渡顏色、分層初始顏色B與C之間的CIElab模型的過渡顏色。
[0047] 例如，基于CIEl*a*bl976色差模型（CIEl*a*bl976標(biāo)準(zhǔn)色差公式）的過渡顏色選 取方法具體按照如下步驟進(jìn)行：
[0048] ①設(shè)置三個(gè)初始RGB模型的顏色A(rl，gl，bl)，顏色B(r2，b2，c