18 Word
18.Векторне та растрове зображення
Основою візуального представлення даних при використанні ГІС-технологій є графічне середовище, основу якого складають векторні та растрові (комірчасті) моделі.
Векторні моделізасновані на поданні геометричної інформації за допомогою векторів, що займають частину простору, що вимагає реалізації меншого обсягу пам'яті. Використовуються векторні моделі у транспортних, комунальних, маркетингових додатках ГІС. На малюнку 1.15 схематично показаний процес об'єднання у найпростішу цифрову карту двох шарів. Першим виведений шар водних об'єктів, представлених полігонами, – це озера та річки, що мають значну ширину. Він має назву Lakes. Другим показаний шар водних об'єктів, представлених лініями – це річки, канали та протоки між озерами. Він названий Rivers. Результатом поєднання описаних шарів є карта водних об'єктів (MAP).
Мал. 1.15. Об'єднання двох векторних шарів у цифрову картку.
У растрових моделях об'єкт (територія) відображається у просторові осередки, що утворюють регулярну мережу. Кожному осередку растрової моделі відповідає однакова за розмірами, але різна за характеристиками (колір, щільність) ділянка поверхні. Осередок моделі характеризується одним значенням, що є середньою характеристикою ділянки поверхні. Ця процедура називається пікселізацією. Растрова модель даних ґрунтується на поданні карти за допомогою регулярної сітки однакових за формою та площею елементів. У растрових структурах даних кожен осередок пов'язані з одним значенням атрибута. Для створення растрової тематичної карти збираються дані про певну тему у формі двомірного масиву осередків, де кожен осередокпредставляє атрибут окремої теми.
Растрове зображення– це двовимірна матриця осередків (пікселів) однакового розміру, причому у кожному осередку зберігається значення атрибута, що може бути результат виміру, інтерполяції, класифікації чи інакше обчислене значення. У ГІС найчастіше використовуються растри, що являють собою зображення земної поверхні, отримані за допомогою аерофотозйомки або зйомки з космосу. Такі зображення – це зафіксована величина відбитого від Землі випромінювання, виміряного у певній області спектра. Крім того, що ці зображення показують межі між географічними об'єктами (наприклад, добре виділяються водні об'єкти, при достатній роздільній здатності видно будівлі і т.д.), після належної обробки вони можуть дати інформацію про тип грунтів або про переважний вид рослинності на досліджуваній території.
Рис.1.16. Структура растрових даних.
Структура растрових даних роз'яснена малюнку 1.16, де показаний збільшений фрагмент растрового зображення (згори), що з шести рядів (рядків) і дев'яти колонок (стовпців) пікселів. Наведеному фрагменту відповідає показана нижче матриця чисел або атрибутів растру. Поруч із нею показано, яким кольором відображається кожен із атрибутів на екрані комп'ютера, а також представлена легенда, яка роз'яснює, яка інформація закодована в растрі. У наведеному випадку значення, що зберігаються в осередках растру, показують тип поверхні, тобто. растр представляє тематичні атрибути. Крім тематичної інформації, растр може представляти коефіцієнт відображення світла (альбедо) поверхні, інтенсивність випромінювання в ІЧ або мікрохвильовій частинах спектру, а також висоти, концентрації речовин, температуру або іншібезперервні характеристики картованої поверхні.
Порівняння векторної та растрової моделі даних.Відмінності між векторною та растровою моделями даних пояснюються малюнком 1.17.
У цьому малюнку показано як об'єкти місцевості – озеро, річки, ліс, полі тощо. – відображаються на площині за допомогою векторної та растрової моделі даних. Векторний підхід полягає в тому, щоб усі об'єкти, що зустрічаються на місцевості, подати у вигляді точок, ліній або однорідних полігонів. Растровий підхід у тому, щоб розділити представлену територію на квадрати (розмір квадратів залежить від цього, наскільки докладно потрібно описати місцевість) і розфарбувати ці квадрати те щоб отримана картина нагадувала реальну. При цьому векторним об'єктам буде зіставлена атрибутивна інформація, що описує властивості реальних об'єктів, а сітці растрової осередків буде відповідати матриця чисел, що представляють властивості території.
Різниця між двома моделями даних наочно показано малюнку 1.18. Тут у растровому і векторному поданні показано озеро, три річки, що випливають з нього, і один точковий об'єкт (наприклад, джерело). Крапки у растровому поданні відображаються однією або декількома суміжними осередками. Лінії можуть бути представлені ланцюжком осередків, шириною в один або кілька осередків. Полігони відображаються масивом суміжних осередків. Зрозуміло, що розмір осередків растру впливатиме на якість результатів, що представляються. Використання надто великих осередків призведе до втрати певної частини інформації. Використання занадто маленьких осередків вимагатиме великого обсягу пам'яті для зберігання растру і збільшить час, необхідний на його обробку.
Мал. 1.18. Зіставлення растрової та векторної моделі просторових даних.
Растрові моделі поділяються на регулярні, нерегулярні та вкладені (рекурсивні чи ієрархічні) мозаїки. Плоскі регулярні мозаїки бувають трьох типів: квадрат (рис. 2), трикутник (рис. 3) та шестикутник.
Мал. 2. Мозаїка – квадрат Мал. 3. Мозаїка – трикутник
Квадратна форма зручна при обробці великих обсягів інформації, трикутна – для створення сферичних поверхонь. Як нерегулярні мозаїки використовують трикутні мережі неправильної форми і полігони Тіссена (рис. 4). Вони зручні для створення цифрових моделей позначок місцевості за заданим набором точок.
Мал. 4. Полігони Тіссена
Таким чином, векторна модель містить інформацію про місцезнаходження об'єкта, а растрова про те, що розташоване в тій чи іншій точці об'єкта. Растрові дозволяють відображати півтони. Основною сферою використання растрових моделей є обробка аерокосмічних знімків.
">