李雙銀，李嘉星，，曹亞妮，吳永明

(1.68029部隊，甘肅 蘭州 730020;2.信息工程大學(xué) 測繪學(xué)院，河南 鄭州 450052)

基于GDI+的三維統(tǒng)計地圖符號的研究與實現(xiàn)*

李雙銀1，李嘉星1，2，曹亞妮2，吳永明1

(1.68029部隊，甘肅 蘭州 730020;2.信息工程大學(xué) 測繪學(xué)院，河南 鄭州 450052)

分析了三維統(tǒng)計地圖符號的構(gòu)圖規(guī)律，并將其分為簡單符號、復(fù)合符號和組合符號3類。在此基礎(chǔ)上，提出了基于GDI+的三維統(tǒng)計地圖符號的繪制方法。實踐證明，利用該方法建立常用的三維統(tǒng)計地圖符號庫，并將其應(yīng)用于專題地圖的制作，能取得良好的效果。

GDI+;三維統(tǒng)計地圖符號;構(gòu)圖規(guī)律;簡單符號;復(fù)合符號;組合符號

0 引言

專題地圖是突出表示一種或幾種自然現(xiàn)象和社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地圖，如各種應(yīng)急地圖、旅游圖、經(jīng)濟圖、氣象圖和影像圖等[1]。專題地圖能夠深入地揭示制圖區(qū)域內(nèi)某一種或者幾種自然或社會經(jīng)濟現(xiàn)象，對于地理要素的表達形象、鮮明、生動、深刻。隨著專題地圖在國民經(jīng)濟生活中的廣泛應(yīng)用，其類型已經(jīng)由單一的定性分析專題地圖發(fā)展到定量、評價、三維綜合景觀等多類型專題地圖。統(tǒng)計專題地圖是專題地圖中最常用、最直觀的一類，目前統(tǒng)計地圖制作工具主要有Adobe公司的Illustrator和Photoshop兩款圖形、圖像處理軟件以及MapInfo、SuperMap、ArcGIS等GIS軟件中的統(tǒng)計地圖制作模塊。符號化是專題地圖制圖的關(guān)建環(huán)節(jié)，直接影響著地圖的表達能力和顯示效果。鑒于這些模塊的統(tǒng)計符號都是二維符號和一些簡單的三維符號，本文提出了一種基于GDI+的三維統(tǒng)計地圖符號的繪制方法，該方法主要是從GIS系統(tǒng)的底層開發(fā)來探討三維統(tǒng)計符號的設(shè)計。

1 三維統(tǒng)計地圖符號的構(gòu)圖規(guī)律分析

按照符號與數(shù)據(jù)關(guān)系的復(fù)雜度，統(tǒng)計地圖符號可以分為簡單符號、復(fù)合符號、組合符號3大類，下面詳細介紹3類統(tǒng)計符號的特點。

1.1 簡單統(tǒng)計符號

簡單統(tǒng)計地圖符號無內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要用來表示單指標(biāo)、單要素的分級特征和數(shù)值特征。表示分級特征時，有點、線、面3種形態(tài)。點狀統(tǒng)計分級符號主要采用各種無內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何圖形或者圖片符號來表示。線狀統(tǒng)計分級符號主要通過線狀符號的粗細來表示。面狀統(tǒng)計分級符號主要通過色相相同，飽和度或者亮度不同的色彩來表示。表示數(shù)值特征時，可以采用無結(jié)構(gòu)的柱、矩形等基本幾何圖形來表示;也可以用幾何圖形的組合形式，即零錢法來表示，用不同的數(shù)目代表不同的數(shù)值，用戶依據(jù)其數(shù)目來計算得出專題要素的具體值。簡單統(tǒng)計符號，如圖1所示。

圖1 簡單統(tǒng)計符號Fig.1 Simple statistic symbols

1.2 復(fù)合統(tǒng)計符號

復(fù)合統(tǒng)計地圖符號是指能夠表示總要素由各個子要素構(gòu)成的比例關(guān)系的統(tǒng)計符號[2，4]。具體可以分為以下幾類:

1)柱狀圖:通過分割柱體來表現(xiàn)總量與分量的對比關(guān)系。

2)條形圖:在表示數(shù)量關(guān)系時，條形圖的功能與柱狀圖基本一致，但在表現(xiàn)頻率分布時，主要表述的是各組分量的情況。如:人口圖中人口的年齡分組。

3)折(曲)線圖:在表示頻率關(guān)系時也是以一組分量的形式出現(xiàn)，與柱狀圖和條形圖只是形式上差別，當(dāng)分組較多時不宜采用。

4)餅圖:表示總量百分比的方法，餅圖有許多變種，包括圓環(huán)餅圖、半圓環(huán)餅圖、半圓餅圖和分裂餅圖等。

5)風(fēng)玫瑰圖:表現(xiàn)與空間方位相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)量對比關(guān)系，用于不同區(qū)域風(fēng)向頻率的對比，在氣候圖中常用到。

復(fù)合統(tǒng)計符號，見圖2。

圖2 復(fù)合統(tǒng)計符號Fig.2 Compound statistic symbols

1.3 組合統(tǒng)計符號

當(dāng)同一區(qū)域或者同一定位點要配置多個統(tǒng)計地圖符號時，為了顯示的美觀性和有序性，避免產(chǎn)生重疊，將各個統(tǒng)計符號組合為一個整體，這樣就生成了組合統(tǒng)計符號。組合統(tǒng)計符號中的各個統(tǒng)計符號是相互獨立的。常用的組合方式有柱狀圖與環(huán)狀圖、餅狀圖的組合，半圓和半圓的組合、以及圓與圓環(huán)的組合等。

1.3.1 同類數(shù)據(jù)的組合

在多數(shù)情況下依靠時間軸將其聯(lián)系在一起，通過采用相同量綱的復(fù)合統(tǒng)計圖型的排列、疊置、翻轉(zhuǎn)展示不同時段數(shù)據(jù)間的對比關(guān)系，最常見的如相互疊置的餅圖，順序排列的帶有構(gòu)成的柱狀圖等。

1.3.2 相關(guān)數(shù)據(jù)的組合

以同一種統(tǒng)計符號出現(xiàn)時，可以根據(jù)數(shù)據(jù)相關(guān)類型考慮將兩個符號放置成平行或?qū)Ρ鹊男问?。有時幾組數(shù)據(jù)間表面上沒有直接的關(guān)聯(lián)，往往可以采用幾種統(tǒng)計符號來表達，常見的有用柱狀表示一個區(qū)域的各月平均降雨量，用折線表示平均氣溫、日照時數(shù)等，這樣的組合統(tǒng)計符號反映了該區(qū)域的氣候特點。組合統(tǒng)計符號，如圖3所示。

圖3 組合統(tǒng)計符號Fig.3 Combination statistic symbols

圖4中顯示了各種統(tǒng)計符號[7]，越靠近中間符號越簡單，越往邊上符號構(gòu)成越復(fù)雜。

圖4 統(tǒng)計地圖符號的種類Fig.4 The kinds of statistic map symbols

2 三維統(tǒng)計地圖符號的實現(xiàn)

2.1 GDI+繪圖原理及優(yōu)勢

目前對矢量系統(tǒng)開發(fā)有較好支持的圖形庫主要有微軟的GDI+，開源的 AGG，Cairo等[2]。作為微軟的產(chǎn)品，GDI+在Windows系統(tǒng)下得能到較好的支持，是Windows系統(tǒng)底層開發(fā)的首要選擇。設(shè)備環(huán)境是Windows程序、驅(qū)動程序和輸出設(shè)備(如打印機、繪圖儀)之間的紐帶，GDI是一組C++類，它在驅(qū)動程序的協(xié)助下把數(shù)據(jù)描繪在硬件上，位于應(yīng)用程序與硬件之間，把數(shù)據(jù)從一方傳到另一方。在.Net中Microsoft解決了GDI中的許多問題，并讓它變得更容易使用，這就是GDI的升級版本GDI+。

利用GDI+繪圖的一個好處就是程序員不必知道任何關(guān)于數(shù)據(jù)在設(shè)備上渲染的細節(jié)，只需要知道對應(yīng)的接口函數(shù)如何使用。與傳統(tǒng)的GDI相比，GDI+主要有漸變畫刷、獨立的路徑對象、矩陣對象、區(qū)域和多格式圖片支持等特點。另外，GDI+能夠定義Alpha通道合成運算，能夠自定義線條樣式，設(shè)置線寬并支持線頭和線冒及線條拐角處的鏈接樣式;提供了對矩陣計算的支持，可以通過矩陣運算來進行圖形的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、變換等操作;使用了浮點數(shù)作為數(shù)據(jù)源，提高了顯示精度。

2.2 在VC6.0中使用GDI+的配置

VC6.0中默認支持GDI繪圖[3]，并不支持GDI+的繪圖包，因此需要下載微軟的GDIPlus支持包。一個完整的GDI+支持包至少應(yīng)包括頭文件 gdiplus.h，動態(tài)庫文件 gdiplus.lib和gdiplus.dll三個文件。一般從官方網(wǎng)站上下載的支持包是一個文件夾，里面大致有26個文件，如圖5所示。

圖5 GDI+文件夾結(jié)構(gòu)Fig.5 GDI+folder construction

在VC6.0中使用GDI+時，應(yīng)將GDI+文件夾拷貝到工程目錄下，并在項目工程中進行如下設(shè)置:

1)在頭文件stdafx.h中加入3行代碼:

#include"GDI+//GdiPlus.h"

using namespace Gdiplus;

#pragma comment(lib，"GDI+//GdiPlus.lib")

2)在APP類的頭文件中聲明一個全局變量m_gdiplusToken:

GdiplusStartupInput m_gdiplusStartupInput;

ULONG_PTR m_gdiplusToken;

3)在APP類的InitInstance()函數(shù)、ExitInstance()函數(shù)中加入以下代碼:

InitInstance中添加:

GdiplusStartup(＆m_gdiplusToken，＆m_gdiplusStartupInput，NULL);

ExitInstance中添加:

GdiplusShutdown(m_gdiplusToken);

通過這些設(shè)置就可以在工程中利用GDI+提供的函數(shù)繪制三維地圖符號。

2.3 三維統(tǒng)計地圖符號的實現(xiàn)

2.3.1 三維效果的實現(xiàn)

符號的三維效果(光影效果)是通過GDI+中的漸變畫刷來實現(xiàn)的，先由繪圖函數(shù)生成圖形路徑，再由不同的顏色生成畫刷，最終用畫刷填充圖形路徑即可得到對應(yīng)的三維符號，如圖6所示。

2.3.2 組合符號的實現(xiàn)

統(tǒng)計符號雖然多樣，但很多都是由各種簡單符號組合而成的[5]，而且在符號組合中需要考慮的問題很多，如定位點、壓蓋關(guān)系、顏色匹配等，圖7顯示出組合符號的實現(xiàn)過程。

根據(jù)上述方法，利用GDI+的繪圖函數(shù)，本文實現(xiàn)了一些組合的復(fù)雜統(tǒng)計地圖符號，如圖8所示。

2.4 三維統(tǒng)計地圖符號庫的實現(xiàn)

為了管理這些三維統(tǒng)計地圖符號，本文還設(shè)計了一個統(tǒng)計地圖符號庫，用于管理和維護所生成的符號 。符號庫的設(shè)計遵循了完備性、靈活性、精確性、易用性、開放性這5個原則，能夠有效地組織管理文中提到的3類統(tǒng)計符號。用戶不僅可以對符號庫內(nèi)的符號進行增加、刪除、修改，而且還可以用簡單符號自己組合生成新的符號。本文設(shè)計實現(xiàn)的符號庫，見圖9。

圖6 三維效果的實現(xiàn)過程Fig.6 Implementation process of 3D effect

圖7 組合符號的實現(xiàn)過程Fig.7 Implementation process of combination symbols

圖8 三維統(tǒng)計符號的實現(xiàn)效果圖Fig.8 Implementation effect diagram of 3D statistic symbols

圖9 統(tǒng)計符號庫管理界面Fig.9 Management interface of library of statistic symbols

3 三維統(tǒng)計符號的應(yīng)用

以河南省各類糧食產(chǎn)量、畝產(chǎn)量及增長率為實驗數(shù)據(jù)，制作分區(qū)組合統(tǒng)計圖，用結(jié)構(gòu)環(huán)表示各類糧食的產(chǎn)量，用中間的柱表示糧食增長率，如圖10所示。

4 結(jié)束語

本文在研究統(tǒng)計地圖符號構(gòu)圖規(guī)律的基礎(chǔ)上，著重探討了基于GDI+的三維統(tǒng)計地圖符號的實現(xiàn)方法，利用GDI+的繪圖函數(shù)繪制各種復(fù)雜的三維統(tǒng)計符號，并設(shè)計了符號庫對符號進行管理。以河南糧食數(shù)據(jù)為例，制作了分區(qū)統(tǒng)計圖表三維專題圖，驗證了符號的實用性。本研究為三維統(tǒng)計地圖符號的設(shè)計和實現(xiàn)提供了一個新思路，有利于提高統(tǒng)計地圖的顯示效果，提升各類專題信息的傳輸效率。

圖10 分區(qū)統(tǒng)計圖表專題地圖Fig.10 The thematic map of the subarea statistics graphics

[1]曹亞妮.面向快速制作的專題地圖符號生成研究[D].鄭州:解放軍信息工程大學(xué)，2010.

[2]扈洋，楊世杰.基于GDI+的數(shù)字地圖符號設(shè)計[J].地理信息世界，2010(3):20 －24.

[3]李利正，楊世杰.基于 GDI+特殊統(tǒng)計圖的設(shè)計[J].科技信息，2007(35):571－572.

[4]王宇紅.專題地圖可視化符號自動生成的研究[D].西安:陜西師范大學(xué)，2004.

[5]王海龍.統(tǒng)計數(shù)據(jù)地圖可視化研究[D].鄭州:解放軍信息工程大學(xué)，2007.

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[7]陳棉，王秀斌，施建勇.空間信息多媒體可視化設(shè)計探討[J].測繪通報，2007(7):54－57.

Research and Practice of 3D Statistic Map Symbols Based on GDI+

LI Shuang-yin1，LI Jia-xing1，2，CAO Ya-ni1，WU Yong-ming1
(1.68029 Troops，Lanzhou Gansu 730020，China;2.Department of Surveying and Mapping，Information Engineering University，Zhengzhou Henan 450052，China)

This paper analyzes the rule of composition of a map of 3D statistic map symbols.They are divided into three kinds:simple symbols，compound symbols and combination symbols.The paper puts forward drawn method of 3D statistic map symbols based on GDI+.The practice proved to apply that the method establish 3D statistic map symbols library in common use，and application to the making of thematic map could get better effect.

GDI+;3D statistic map symbols;composition rule of a map;simple symbol;compound symbol;combination symbol

P 285;TP 302.4

A

1007－9394(2011)03－0012－03

2011－03－28

李雙銀(1972～)，男，甘肅臨洮人，碩士，高級工程師，主要研究方向:數(shù)字地圖制圖和遙感攝影測量。