第六章 空间信息的可视化
本章概述：地理空间中的信息具有广阔的范畴，丰富的内容和复杂的结构。为了系统而又本质地表述、传输和使用地理空间信息，必须把握住它们的基本特征，可视化能够全面且本质地把握住地理空间信息的基本特征，便于最迅速、形象地传递和接收它们，因此空间信息从来离不开可视化；而可视化技术成为空间信息阅读、理解进而交互作用最重要的工具手段。
§6.1 空间信息与可视化
讲述空间信息的所具有的空间、时间、属性和多媒体等基本特征；信息可视化的意义及应用领域；空间信息可视化的形式。
§6.2 地图语言与符号库
讲述地图语言的特征；地图符号的功能与分类、分级；地图符号的设计以及矢量栅格地图符号库的建立。
§6.3 空间数据的可视化
讲述从地图数据库中获取数据，经过预处理后的根据需要配置矢量或者栅格符号符号化，并介绍地图符号配置的详细算法，最后讲述地图数据可视化后的输出。
§6.4 电子地图
讲述电子地图（集）的基本特征与设计目标，电子地图系统的结构和开发技术，并以万像GIS为例，讲述了电子地图开发的若干技术。
§6.5 动态地图
自然界和人类社会的很多现象都具有移动变化的特征，用动态地图可以很好地表现这些动态度过程。讲述动态地图的特征、作用、表示方法及设计。
§6.6 虚拟现实技术的空间
信息技术的发展为人们提供了更好的人机交互方式，其中虚拟现实是一种在GIS中有着重要价值的交互方式。讲述VR技术的系统结构、意义及在应用，最后介绍了GIS的虚拟现实技术。
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§6.3 空间数据的可视化
GIS空间数据可视化，实质在于如何将存贮在GIS数据库中的空间数据以可以为人们的视觉所感知的方式表现出来。由于计算机中存贮的数据往往不能直接满足可视化的需求，因此可视化实际包含了三部分的内容：图形数据的检索及预处理、符号化、地图的输出。比如要在计算机上显示长江，首先需要在GIS数据库中找到有关长江的图形数据；由于矢量数据是以离散点坐标系列的方式来存储空间位置信息的，数据必须经过必要的预处理(例如大比例尺显示可能需要进行坐标插值和曲线光滑，小比例尺显示可能需要数据压缩显示)；河流的空间数据往往只记录了河流中心线的坐标和不同河段的河床宽度，因此，河流可视化需要根据图式规范按比例尺符号化(例如河流哪些部分单线显示，哪些部分双线显示)；如果在实际工作中不仅仅需要屏幕可视化，则涉及到地图输出的问题(包括打印图件、输出文件等)。
一、图形数据的检索及预处理
空间数据可视化是GIS中从数据输入到数据处理到数据输出全过程都不可缺乏的技术工具。也是地理分析和决策成果展示的必需手段。在这个过程中，数据流是错踪复杂的，其中空间数据库是处在核心位置，它统一管理初始数据，基本数据及结果数据。可视化的数据流统一来源于空间数据库，其手段即是通过空间数据库的检索。并且可以认为空间数据库的数据是"洁净的"，具有一定的完整性。也即结点是匹配的，数据均完成了接边、齐边处理，也具有必须的拓扑数据。或者说，其数据不存在"特别的毛病"。
空间数据图形显示的数据流的流程如下图所示：
图6-3-1 GIS图形表示流程
为了进行空间数据的可视化，首先需要将可视化的目标对象从地理数据库中检索出来(从地理数据库中检索图形数据)。但是我们得到的数据往往不一定正好满足当前的可视化数据源要求，必要时要经过一系列的数据预处理，这些预处理包括将数据库数据的地图投影转换为当前可视化所需要的投影方式，这一过程称为“投影变换”；空间数据库内几何数据是匹配于数据库比例尺的数据密度，当所需可视比例尺变化,尤其是缩小后，数据冗余很大，必须压缩，这一过程称为“数据压缩”；由于目前GIS空间数据库政出多门，不够统一规范，因而一个可视化系统很难即时适应众多空间数据库。因此必须进行必要的数据类型及格式的转换，可完成矢量转换，关系转换和栅格转换，这一过程称为“数据转换”它是由一系列特定的转换模块组成的，它们须根据实际的空间数据率和绘图系统设计而成；线状实体呈折线方式和光滑曲线方式两种方式延伸，空间数据库内几何数据一般以中心轴线上特征点离散方式存储，为正确表达呈光滑曲线延伸的要素，必须依据空间数据库内该曲线的离散数据进行光滑，使符号化后线状符合要求，这一过程称为“几何数据的光滑”，一般讲，此工作与符号化同时进行，但是其概念和数学模型上是属于预处理。
（一）、从地理数据库中检索图形数据
1、空间数据按可视化的目的检索数据可视化总是对一定区域，一定属性组合的地理对象进行的，可视化目的一经确定，其相应区域及要素内容也随之确定。相应的必须组织属性检索、区域检索、拓朴检索和各种特定检索、组合检索得到全部应表达的地理对象。这种检索最好能在可视化界面下进行，使观察全面，易于查错、编辑及修改。
2、根据可视化目的，进行检索出对象的质量和数量分级分类的调正、变更和合并，这是对可视化要素的质量和数量上进行概括。当然，当可视化目的所要求的分级分类与空间数据库完全一致情况下，并不需要此工作。但是由于GIS用途十分广泛，总是完全一致是不可能的，这一步不可缺少。
3、根据变更后的分类分级编码，确定、切换或建立相应符号库，并建立与新的分类分级编码1-1对应的映射表，如图6-3-2所示。
图6-3-2 分类特征码与符号程序块、符号信息块的映射表
（二）、空间数据预处理
从空间数据库出来的数据流，到符号化之前的阶段，均为数据预处理阶段，它主要解决大量的空间数据的投影变换，数据压缩、光滑及格式转换问题。
投影变换
当可视化目的的地图投影与空间数据库不同时，就必须进行地图投影变换，把数据具有的空间数据库地图投影转换为目的投影。设空间数据库的地图投影为
而目的地图投影为
可通过解析法或数值法，求得
变换空间数据库的全部空间数据。
解析法 由于空间数据入库时必须进行较严格的几何校正，因而空间数据库空间数据具有较严格的精度，与其所标称的地图投影相匹配。这些地图投影，一般讲，都是有反演函数，如此高斯投影、墨卡托投影、兰勃脱投影以及UTM投影……，即对应于（6-3-1）式均存在
代入（6-3-2）式，即
将空间数据库空间数据，按（6-3-4）及（6-3-5）式进行变换，即可完成投影变换。
数值法 当空间数据库中数据包括了一定密度的经纬线网交点时，可按（6-3-2）式计算出目的地图投影坐标。以它们为节点、经纬线为格网，可形成如下相应格网块，见图6-3-3
图6-3-3 数值法投影变换示意
图6-3-4 双仿射变换示意图
这时对每一小格网可采取双仿射变换方法[3]，见图6-3-4，△123与△1′2′3′仿射对应，其数学模型为：
代入已知三对点坐标，当△123面积不为0，可得到唯一解，a1, a2, a3, b1, b2, b3, △123上所有数据库内数据均可按（6-3-6）式完成投影变换，同样△234与△2'3'4'也类此完成。在此两个变换中，（1）边界23线上任意点变换仅受其位置及23，2'3'影响，其象是同一的；（2）12，13，24，34直边均变为直边，在四边形上均是1-1变换；（3）变换的最大误差限决定于其变换函数在该区域对线性函数的最大偏离。这四边形结构可拓广到整个可视化区域，其类同传统地图学中的"格网转绘法"，不同处是采用数字方法来完成。其可靠性、通用性均好，误差能满足要求，效率也较高。当投影差异和区域不是很大时，此方法十分方便。必须说明，绘图比例尺的改变，从理论上是相似变换，因而也在这一步所完成。
数据压缩
解决数据问题方法很多,可使用间隔取点法，垂距和偏角法，但这些方法具有舍去特征点的严重缺点，而道格拉斯--普克（Douglas-peucuer）法能够保证各级特征点的保留，因而得到广泛使用。其原理可由图6-3-5所示。该方法是按一个线目标为组织单元对数据进行压缩的，其逻辑步骤为：（1） 连接曲线首、末点为直线，直线所涵盖点序称全程；（2） 由全程各点对该直线作垂线； （3）求各点到垂足的垂距，取垂距最大且大于给定限差的点； （4）连接首点与所取点直线，及末点到所取点直线；对此两线分别递归进行（2）、（3）、（4）进程，直至再取不到点。
图6-3-5 格拉斯·普克法压缩数据
此方法中限差由人根据可视化目的给出，为0则无压缩，大则压缩量大。分析此方法可知，每次均找出全程上最大特征点一个，整个线目标最后由各程最大特征点组成，且这些点具有足够大的特征偏差。
几何数据的光滑
曲线光滑的基本要求是：曲线中轴线通过已知序列特征点，且线上各点是有连续的一阶导数。这方面已有大量方法，如正轴抛物线加权平均法，斜轴抛物线法，五点求导分段三次多项式插值，三点求导分段三次多项式插值、张力样条等法，它们各有特点。顾及GIS空间数据库内数据密度及计算的方便易行，采用五点分段三次多项式插值为宜，介绍如下：五点求导法其核心思想：①曲线在各点上的切线方向由图6-3-6所示五点的下列关系所界定；②两节点之间为三次曲线；③该三次曲线满足在两节点上的坐标值，及切线方向值。这样在P3P4间得到的曲线段具有比较匀称的形态。设该曲线离散点序列为（x1,y1）, （x2 ,y2）……（xn ,yn），并对开曲线按以下方式补点：
闭曲线则分别以点n，n-1代替0，-1点，以1，2点代替n+1,n+2点，其任一点设为第三点，其上切线方向由上面关系确定，见图6-3-6。则相邻两点（xi ,yi）与（xi+1,yi+1）(i=1，2，……n-1)之间的三次曲线方程为：
图6-3-6 五点求导示意图
式中pi,qi,（i=0，1，2，3）为常数，z为参数，当曲线从（xi,yi）点变到（xi+1,yi+1,）时，z从0变到1。确定（pi,qi,）八个常数可依据下列条件(6-3-9)、(6-3-10)式所示，其中Q为切线方向角
其中，
为已知，
令i=1，2，……，n-1，依次按(6-3-12)算出系数代入(6-3-8)，算出各节点间三次曲线，这时应根据整个绘图的分辩率，给出绘图机最小步长t，令zk=kt(k=1，2，……)
算出相应于zk的所有（xk,yk），连接相邻（xk-1,yk-1）--（xk,yk）（k=1,2，……），即可得到已知点i与i+1点之间的光滑曲线，若是对其它区间，仅注意使用相应一组Р、Q系数试五,Bezier曲线Bezier曲线是法国雷诺汽车公司1962年创造的。它是由一组被称之为Bezier特征多边形的折线集所定义,曲线的始、终点与该多边形始、终点重合,且多边形始、终边为曲线的始、终点的切线方向,曲线形状趋于特征多边形的形状。则Bezier曲线上各点坐标的插值公式是
Pi构成该曲线的特征多边形,Bi,n(t) 是Bernstein基函数,也是曲线上各点位置的调和函数。 且
Bezier曲线的上述定义和特性特别适合于制图中曲线符号的绘制和曲线段的光滑衔接,因此几乎所有的著名绘图和电子制版软件都采用它作为基本绘图元素,EPS格式描述(见本节后部) 也以它为基础。
二、符号化
所谓符号化，即是利用空间数据库得到的分级分类编码及相应符号和实体抽象后得到的定位中心轴线坐标数据，以形成有限可见空间内的图形符号模型的过程。这可见空间，我们定义它为地图空间，这样符号化定义为：由目标的质、数、时、空数据决定的，将符号从符号空间到地图空间的一个变换。数字化是将实体或相应图形符号抽象为空间数据库的质、数、时、空数据，而符号化即是它的逆过程，将空间数据库内质、数、时、空数据化为图形符号模型。符号化根据绘图方式的不同分为矢量符号化和栅格符号化，又按符号库的构造型式分为信息块方法和程序块方法。它们和分类特征码之间的1-1对应接口关系如前面所述，并可由图6-3-2所说明。由于可视化空间是一定幅面的绘图机或屏幕形式出现，因而还要进行地图空间到视见空间的转换。
地图符号包括两类：矢量符号和栅格符号。本节将详细介绍这两种符号的生成方法。
(一)、矢量符号化
矢量符号化基本绘图元素是有向线段，按使用符号库方式的不同分为符号信息块方式和程序块方式。
1、符号信息块的方式
点状符号信息块绘制
对于点状符号符号化，符号化软件读取空间数据库，并经过予处理模块处理后得到分类特征码数据及点符空间定位数据，包括符号定位点坐标、点符旋转角、符号缩放率等。根据分类特征码读取相应记录的点状符号信息块，然后对信息块中取出的数据，顺次进行： ①中心化坐标平移；即把符号信息块中特征点坐标值减去信息块中符号中定位点坐标值，由于不同点状符号，定位点位置各异，为节省存储，如前面§6.2所述在符号线划数据最前面，放置一定位点坐标数据。故经上述相减处理后，该符号所有线划坐标数据即归化为以定位点为坐标原点的数据； ② 旋转所需点符旋转角； ③ 按所需符号比例把①、②处理后的数据缩放； ④把上述③得到数据平移到点符所需位置定点，这时符号全部几何数据已化为地图空间下，而拓朴数据，抬落笔数据不变，进行点状符号各线段显示和绘制。⑤定位；⑥绘制。
线状符号信息块绘制
由上节矢量线状符号信息块构造，我们已知线--线符号信息块是由沿符号定位轴线轴向伸展的和具有相应横向位移的线段组成，线状符号的绘制或把符号从符号空间转换到地图空间的思想是：以空间数据库中该目标定位点序串作为x轴，它是一曲线x轴或折线x轴，而相应垂直于x方向的则是y轴，符号信息块中各线段集端点坐标都以它来定位，只是由起点开始绘制的第n个线符单元其x 值应是前(n-1)个单元线符绘完后的终点x 约为（n-1）×L处，以下讨论线符绘制过程：假设1：不管其中x轴是曲线或是折线，折线是一般情况 ；假设2：为使符号绘制美观，信息块中各线段起终点，应座落在符号的直线部分。如图6-3-7所示，而不应在衔接区（用来处理转弯区域）。并设线状符号中落在衔接区的部分最大相对于中心轴线的偏移为d1/2, 这时对称符号的最大宽度为d1。
图6-3-7 线符中实线列配置示意图
则绘法为(参见图6-3-7):
①线段端点x坐标变更：由当符号中一线段的起、终点（累积）的x坐标。
其中j是实体数字化时各特征点序，依次为2，3，……直至实体图形结束点。
②增加中转点M 当一线段起点xB≤ xj-d1tg(αj/2)，而终点xE满足xj≤ xk +d1tg(αk/2) ≤ xE≤ xk+1时，其中k可顺次为j+0,j+1,……，则需增加中转点Mk
也即此线段跨越几个特征点,即有此若干中转点，符号单元中线段BE，在绘制此一单元符号时，化为线段，BMj，MjMj+1，……,MKE。不失一般性，线--线符号信息块中一符号单元中全部线段，全都可以以BE形式绘制出一个单元符号，再类此依次进行其后所有各单元符号的绘制。其中须要注意二点：一点是其中d1，当线符右转时使用线--线部分中整个符号中轴线下部最宽度的绝对值；相应的，线符左转时应采用中轴线上部最宽度的绝对值。另外αj是各特征点处线符方向变更的角度，在0~180°之间。第二点是坐标y有正、负之分、中轴线前进方向右为负，左为正。线--点符号信息块的绘制是在配置完一个单元的线--线符号后紧接进行，与线--线符号采用一样的符号单元长L及起始点。其绘制原理同前述点状符号，仅仅是点符定位坐标采用折线x轴坐标系，其定位轴线为x轴坐标系，其定位轴线为x轴向，而当点符定位在特征点上时，其定位轴方向采用原方向与新方向夹角的角平分线方向。由于在线状符号绘制过程中，每一符号的y无变化，仅是x值的起终点（也即一个单元符号的起终点）可能有1~2个d1tg(αj/2)长度的变化，由于d1相对于L是微小量,αj也不会很大,一般也不会超过90°或135°，故对于点符定位的x值（参见6.2.4中表）可予以适当修正.,实际情况下也可不予修正。采用上述方法，点符结构完整性、线符结构与联接性得以完整保留。通过线符单元的灵活设计，可绘制出众多结构的线状符号。
面状符号信息块的绘制：
面状符号绘制同样步骤①读数据，读信息块；②计算晕线端点，逐行配置线符点符，由于没有弯曲处理，机械地位移即可绘出，但要注意排列方式。采用信息块绘图或显示，使众多点、线、面符号绘制只分别用点、线、面三个程序，程序通用，数据复杂，它是代数方法绘图。也可以说是开放式的绘图。
2、程序块方式
此方法通过读取空间数据库选出准备显示并绘图的数据后，经预处理，调入分类特征码对应的符号绘制程序块，并把点符或线符、面符的定位数据输入，给出所要求的比例系数，旋转、行距、列距等参数，即可完成绘图工作。但是这种绘图是很难动态扩展及变更，使用人员必须是对软件设计训练有素的绘图人员。
GIS中地理信息和地理分析的表达，除了要使用普通地图的可视化技术外，还需甚至是更多地使用专题地图的表示技术和方法。专题地图符号设计方法，主要是点状符号设计方法与普通地图符号设计方法相似，类似（1）中设计点符信息块，仅仅此时信息块的主要元素不再是单一的线段，而是若干基本图元：线段、矩形、椭圆、等腰三角形、扇环、立方体、园柱体，其信息块中存储的是该基本图元的基本自由度参数；例如矩形、给出长、宽及定位中心位置。在具体绘制时，则采用类似程序块的方法，对绘制该图元程序给出该图元的安置参数，例如对矩形给出定位点，x轴向、y轴向缩放率，旋转角，颜色码等，就可通用地绘制各种矩形或其它各类图元的图形。通过各类图元的组合绘制以及上述线符、面符绘制就可构造出绘制出灵活多样的专题地图符号。可以说，专题地图的绘制采用的是结合信息块和程序块的综合法。
(二)、栅格符号化
栅格符号化一般采取信息块方式，很少有采用程序块方式的，一方面由于它是近年来发展起来的方法，采取了开放式绘图方式；另一方面由于采用程序块方法，栅格图形变化太多，也过于复杂，程序很难编制。对于栅格符号化，一般涉及下述几个问题： 栅格符号的缩放与旋转、点状符号的绘制、线状符号的绘制、面符的绘制。
1、栅格符号的缩放与旋转 栅格符号一个很大缺点就是难以缩放。实际上缩放技术方法并不复杂，只是限于栅格须用整数表示象素，这样，一般情况下，缩放的各部分相对变形就较大。这是无法根本解决的。尽管如此，不少情况下仍需对栅格符号进行缩放。可采用重采样方法解决此问题：设原符号为n1×n,2,，有图像时像元值为0，无为1，用C变量加行列作下标表示。须缩放为n3×n,4，这时缩放象上任一像元i3, i,4 ，对应原象位置为i1, i,2，这时变换象（I3，I4）可由原象（I1，I2）变来
这时i3、i4像元值可采用Ci1,i2，或者采用相应3×3像元域均值，即用下式：
若 （i3, i4）>0.5 则令 Ci3,i4=1
否则 Ci3,i4=0 使i3=0,1,……，n3，时 i4=0,1, ……n4，取得相应（i3,i4）则完成了整个栅格字符的缩放。其定位中心则应采用正变换，得到即
栅格符号旋转，一般应在缩放完成后，找到其中心，把所有栅格坐标归化到中心后，按一般的坐标旋转公式进行。这两种变换是对符号本身进行的，其结果仍可认为是符号空间中的符号。
2、点状符号的绘制 将分类特征码所对应的栅格符号信息块调入后，进行所需的缩放，定位轴线旋转后，把符号平移，使符号中心点平移到与所须符号定位处相符，即完成了点符绘制。其实质是从符号空间取点符号平移至所须位置。
3、线状符号的绘制 栅格线状符号绘制类同矢量线状符号信息块方法，仅仅基本绘图元素为点像元，如图6-3-8中虚线所示为线状符号转弯区，转弯区的开始截面与结束截面，实际是线符号的同一截面，在转弯区内，除点符可照常配置外，对线符任一具实像元的横截面都不起作用(也即具有绘图像元的列; 而空白列则照常配置，不受影响。)都仅是简单重复开始截面，显然转弯区是由转的方向以及符号转弯时的宽度决定的，即x=x3±d1tg(d3/2)。同时应当明确，线符号绘制时的方向改变在栅格条件下只有三种角度，即45°，90°和135°，以及右、左转弯两种状态。
图6-3-8 线状符号配置示意图
因此（参见图6-3-8）对于线状符号中线--线符号采用下列绘法：设符号空间坐标为X，Y，地图空间内，线状符号中心轴线为折线组成，由它组成绘制该线状符号的x轴，单位采用栅格单元"棋盘"距离，也即一像元到周围八个单元的距离均视为1。并设线--线符号单元长为L个像元，此外定义"进配"为实像元往线符原前进方向移动重复定位到指定步位，"退配"为实像元在后退方向重复原列像元到指定步位。"进配""退配" 实际分界线为折线转角的角平分线。）绘制方法为:
①从左至右取线--线符号单元第一列像元，其中轴线与x轴重合，配在x=0的地图上起始列上。依次配符号的第二列，……到L列，即一个单元配完，对于无绘图像元的列照配。再从第一列开始，依次配；
②一旦进入特征点xj的转弯区，即x>=xj-d1tg(αj/2)时起，则不再取符号单元中新的列，始终用原取符号列（设为Xc）的各像元重复配置像元，进行转弯处理。视左转还是右转，现假设是右转，分三种情况：
a，45°，则该列Y像元按原方向进配到Xj+Y处，也即中转轴中Y =0的像元一直配到xj 处，Y=2的像元，除在前配置处，在xj处，原方向上xj+1处，xj+2处均配置，而Y=-2的像元则从转弯区开始的x处起一直配到xj-2处，而在实际符号转弯方向上xj+1处，开始用①的方式取符号单元新的一列，即Xc+1列来进行配置符号一列;
b,90°时(Xc,Y)像元在原方向进配到xj +Y处,新方向由xj +d1处开始退配到xj-Y+1处,Y＜0的像元不作退配； c，135°时,(Xc,Y)像元在原方向进配到xj+3×Y处，新方向由不小于xj+d1tg(αj/2)的一个整数处开始,退配到xj-Y×3+1处，Y＜0的像元不进行退配。
③如果是左转弯，则类似有：a,45°时，（Xc，Y）像元在原方向进配到xj-Y处，在新方向由xj+1起正常配； b，90°时，原方向则进配到xj-Y处，新方向由xj+d1处。退配到xj+Y+1处，Y＞0的像元不退配; c,135°时,类似地进配到xj-3×Y,退配到xj+3×Y+1处，Y＞0的像元不退配。
④ 继续进行线--线符号下一列配置；
⑤反复进行①~④，直至X轴列长度用完。
对于线--点符号，由于配置线--线符号时已记下x数值，在x轴上相应列上匹配线--点符号相应定位中心的Y值，以及该点x轴向，配上点符即可。这儿要注意：由于栅格排列、方向、数字凑整等因素，原来致密的图形会产生一些空穴，采用"上、下、左、右像元为黑，中间一定为黑"原则，于以填实。图6-3-9 即是线符绘制的实例放大图，通用而又严密地实现了拓朴学中对线符的伦移原理。
图6-3-9 线状符号“伦移”配置的原理
4、面符的绘制 由于面符是一n1×n2矩阵，因而首先把面区域填实，取出面内点阵，分块与n1×n2面符矩阵做"与"运算完成面符绘图。当然也可再进行后续的底色及前景色彩设计。
(三)、色彩设计
空间信息图形表示中，色彩是一个重要的信息表达手段，由图6-3-1可知，此阶段是符号化中的一部分，同时也涉及到最终地图图形的输出。色彩设计是一种很困难的，也是很专门的艺术工作。由于GIS建立在计算机上，因此色彩的设计已完全改变了传统用手工在纸面上设计的旧习，采用色彩数据库及计算机设色在很大程度上改善了这一工作，但是色彩的最终结果，仍要由人的视见感受来决定。这一过程可分为：色彩的屏幕仿真设计和色彩的实现。
1、色彩的屏幕仿真设计
在空间数据符号化的过程中，对于点、线、面各类符号，必须选定最适宜的表达色彩，以提高可视化的效果。 ① 色彩设计的若干规律与规则：符号化的色彩设计及选定不能随心所欲应当遵循下列几点： a． 国家及部门图式中有规定的要素符号，必须采用图式用色 b． 约定俗成原则：这包括不同类型图的设色习惯及表示法。例如：等值与分级统计图用连续色阶，行政区制图用四色法设色，类型图用多个连续色阶。 c．需要印刷出版的地图色彩设计，应符合印刷制版的要求、限定 ⑤ 屏幕色彩设计：有两种方法进行色彩设计 a．对有规定的符号，采用从色彩数据库中选定色彩后，绘制图形符号，并予以记录； b．对于需要灵活设计之色彩，采用屏幕设色的软件系统设定所需颜色，给出图形符号，并予记录，若色彩库中无匹配色，则还应记录入色彩数据库。这儿屏幕设色系统一般是采用红、绿、兰（R、G、B）加色法原理，通过增加或减少R、G、B中任一颜色的色度，来调制所设计色为理想色彩。其中，色度一般只为0-255共256级。
2、色彩实现
色彩实现有两种情况：一种是色彩化仅在屏幕上进行，不需印刷制版，那末，屏幕仿真设色即不需往下进行；另一种情况需要印刷制版，由于印刷制版与屏幕设色的色彩机制不同，采用的是黄、品（红）、青（Y、M、C）减色法，因此，需要
① 色彩由RGB到CEI表色系统的转换 CEI表色系统是国际照明协会规定用三刺激值x,y,z表达任一颜色匹配的系统, 它给出了描述颜色标准的和精确白了的方法。一般讲，采用色彩数据库中色彩都已有相应的CIE系统的三刺激值，而在状态各异的屏幕上用R、G、B设计颜色可采用下式予以转换标准的CEI数据。
其中系数矩阵是通过大量实验和理论计算测定的。文献[1]采用了如下系数矩阵
它仅提供有限范围内的参考数值，实际使用中，应根据具体情况，综合评判后决定。
②由CIE到屏幕色彩库的转换
由上述，当屏幕色彩用理论和经验公式转换为CIE之刺激值后，可采用以下色差较小的系数矩阵转换为与印刷色彩数据库一一对应颜色的数据。
式中C、M、Y表示印刷中所用减色法色彩青、品红、黄数据。上述过程，是通过各种基础的实验与测定相应适宜转换矩阵，以及确立与颜色数据库相一一对应的印刷色彩数据库为基础的。也可通过上述理论模型和实验系数，进一步结合实际的屏幕设色系统和印刷色彩，予以实验修正后实施。
三、地图的输出
空间信息图形符号化后，其结果一般是绘图数据的文件,除必须的屏幕绘图及绘图仪绘出检查外,往往必须进行适当的编辑修改,必须明确，这种修改是对图形符号进行的。目前栅格一般形式的编辑修改比较成熟，而矢量形式一般必须通过修改符号化前洁净了的数字化数据方才适当。其方法在前面已述。空间图形符号化后的地图输出有两种形式，一种是屏幕显示方式，一种是绘图机绘图。目前计算机图形技术的发展,已把这两种方式融合在一起,变成一种适应众多图形输出设备的与设备无关的输出方式。
（一）、屏幕显示
由于计算机屏幕是有限分辨率的，有限尺寸的。例如VGA显示器为640×480，而SVGA为1024×768，它们是屏幕显示器的可视空间，而图形符号化又是在一定比例尺空间内进行的，为使显示的地图能够被全面显示和操作，必须把地图从地图空间变换到可视空间，这个变换称为视见变换。设可视空间（显示屏关系）M1×M2上地图大小范围为（Xmin,Ymin,xmax,ymax），则任意图形点（X，Y），变为屏幕坐标点（C，R），（这儿需注意，现在屏幕坐标系方向与数学上是一致的），则
这时采用的屏幕绘图语句和命令，原属针对（x,y）的，应改变为针对（C，R）进行操作，地图图形即可在屏幕上显示。当屏幕上显示不能满足视见要求时，可采用开窗方法放大显示所需部位。这时窗口所对应地图空间范围形成的新的（XMIN，YMIN，XMAX，YMAX），同样采用(6-3-21)式进行视见交换。依照此例，可进行2次、3次……开窗，处理也类同。
（二）、绘图机显示及融合方式
1、绘图机显示同样也有视见变换，这时屏幕尺寸M1×M2，应变为绘图机尺寸M1×M2，同样采用(6-3-21)进行地图空间到绘图空间的转换。
2、这时绘图语句要采用绘图设备的给图语句，一般因设备而异。
（三）、绘图语句的设备无关性方式
1、采用图形核心系统（GKS）绘图软件 GKS（Graphics KernalSystem）是德国标准化协会所开发的图形系统，并被全美国家标准协会所采纳，同时也作为国际标准使用，它提供了一套二维图形基本单元子程序库(以后又发展到GKS-3D三维图形)，可通过FORTRAN 77语言调用。
2、EPS格式 EPS(Encapsulated PostScript)这是经封装的PostScript的简称, 它是一种电子排版、印刷中通用的图形矢量格式标准。它主要是采用Bezier曲线描述全部图形要素，非常适宜连续缩放、位移、修改等各种编辑操作，图形要素平滑、美观、规范，在此EPS基础上，现代印刷制版业对之采用硬件或软件快速栅格化RAP（Raster Image Processing）技术把EPS格式数据规范地变成所需分辨率的栅格进行制版现今通用的绘图制版软件,如CORELDRAW、FREEHAND、PAGEMAKER等均采用EPS格式，国内MAPCAD、智绘等绘图系统以及万像编绘一体化软件也均全面地支持EPS格式，建立了电子制板的通畅道路。因此采用了EPS格式的绘图方式，不仅图形质量好，具有较好的设备无关性，可以不加修饰采用众多型号绘图仪、激光打印机、喷墨绘图仪设备，而且直通后续的出版印刷。
3、计算机图形接口（CGI） CGI（Computer Graphics Interface）是国际标准协会ISO TC97组提出的图形设备接口标准，它的目的是提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。CGI在用户程序和虚拟设备间，以独立于设备的方式提供图形信息的描述和通讯。它所提供的功能集包括控制功能集，独立于设备的图形图像输出功能集，图段功能集，输入和答功能集以及修改、检索和显示以像素数据形式存储的光栅功能等。
4、计算机图形元文件（CGM） CGM（Computer Graphic Metafile）也是国际标准化协会87年的标准。它是一套与设备无关的语义语法定义的图形文件格式，它主要由两部分组成：第一部分是功能规格说明，以抽象的语法描述了相应的文件格式；第二部分则描述了文件词法的三种形式的编码。
5、程序员层次交互式图形系统（PHIGS） PHIGS（Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System）是国际标准化协会1986年公布的计算机图形系统标准。它包含了下述三个方面的内容：其一是向程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；其二，它的图形数据按层次结构组织，使多层次的应用模型能方便地应用PHIGS进行描述；其三是提供了动态修改和绘制显示图形数据的手段。PHIGS是具有高度动态性、交互性的三维图形软件工具库，其最主要的特点是能够在系统中高效率地描述应用模型，迅速修改图形的模型数据并予以绘制；它在图形设备之间提供了一种功能接口；在图形数据组织上，它建立了独立于设备的中心结构存储区和图形档案管理文件；在图形操作上，它建立了适应网状的图形结构模式的各种操作；在图素设置上，它即考虑三维、三维的结合又考虑了矢量和栅格图形的结合。
6、窗口系统 窗口系统是20世纪80年代以来，不管是大、中型计算机还是工作站、个人计算机都广泛配备了的图形化的用户接口环境，它是目前用户量最为广大，影响最为广泛图形用户接口环境，其中最具代表性的当数X－Window，以及MS－Windows系列，前者在工作站和大、中型计算机上Unix及网络环境下，后者是在个人计算机和网络环境下。它们均是事实上的工业标准，具有如下特点：定义简洁；界面清晰：窗口系统通常向用户提供应用界面、编程界面和窗口管理界面；目标明确：它实现了以下的主要目标。如窗口系统与显示设备的独立性；应用程序和程序员的独立性；系统的网络透明性；支持并发显示多个应用程序；支持实现不同风格的用户界面；支持多层可变大小的窗口；支持高性能和高质量的图形和正文，尤其是中文多字体的大字符集；系统的可扩充性。实现紧凑；功能齐全：由于它实际上已成为工业标准，众多设备厂商争相为它开发自己设备的接口软件，因而它不仅成为控制光栅设备和输入设备的系统软件，而且成为绝大多数计算机外围设备标准使用的宽畅大道。使用方便：统一而一致的图形窗口界面；是与设备无关的图形接口。上述特点使窗口系统成为一个主流图形环境，并具有持续发展的前景。