光柵立體地圖的制作技術(shù)與方法

申怡

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.047

摘 要：相對(duì)傳統(tǒng)印刷品，光柵立體地圖其更具視覺沖擊力和吸引力，深受廣大讀者歡迎。該文對(duì)如何應(yīng)用光柵技術(shù)顯示立體地圖進(jìn)行了探討，介紹了光柵立體圖的成像和制作原理，講解了一種將光柵技術(shù)應(yīng)用到立體地圖的方法，詳述了光柵立體地圖制作的關(guān)鍵技術(shù)和制作方法。

關(guān)鍵詞：光柵 立體地圖 制作方法

中圖分類號(hào)：P209 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（c）-0047-02

立體印刷作為印刷工藝的一種特殊應(yīng)用， 它把光柵板折射分像技術(shù)與印刷技術(shù)融合在一起， 使平面印刷圖像呈現(xiàn)出三維立體視覺感。將立體光柵技術(shù)應(yīng)用到廣告、風(fēng)景畫、名片等方面已經(jīng)很成熟。光柵板立體印刷應(yīng)用于立體地圖的制作，具有攜帶方便，易于儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)，且無需配戴輔助的立體顯示系統(tǒng)，即可獲得實(shí)體立體地圖的視覺效果，并可供多人同時(shí)觀賞。若結(jié)合各類遙感影像，更可提供豐富的地景視覺，有利于地形、地物之研判。相對(duì)于傳統(tǒng)印刷品，光柵立體地圖其更具視覺沖擊力和吸引力，深受廣大讀者歡迎。

1 光柵立體圖的成像和制作原理

光柵成像的視覺原理是根據(jù)透鏡折射實(shí)現(xiàn)圖像的立體再現(xiàn)。光柵是由許多柱面透鏡組成的透明塑料板（片），其表面的光柵線條由許多結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能完全相同的小半圓柱透鏡線性排列組成，其背面是平面，為柱透鏡元的焦平面，每個(gè)柱透鏡元相當(dāng)于匯聚透鏡，起聚光成像的作用。因此，可以利用在不同視點(diǎn)上獲取的二維影像來重建原空間物體的三維模型。用它制作的立體圖像不需要立體眼鏡就能正常觀看。

光柵立體圖的制作原理是將影像不同視圖在軟件的幫助下被分成條狀，然后交錯(cuò)排列，形成立體圖像序列；這些有序列的圖像印刷在光柵的背面；利用光柵的相互遮擋，使得左眼與右眼看到不同圖像（光柵一定要垂直對(duì)齊），最終大腦產(chǎn)生一個(gè)3D圖像。

2 制作光柵立體地圖應(yīng)用技術(shù)

2.1 圖像序列的獲取方式

立體圖像序列的獲取是立體圖制作的關(guān)鍵步驟，普通立體圖一般有兩種獲取方式。第一種是實(shí)景拍攝，通過立體攝影技術(shù)獲得立體圖像序列；第二種將圖片在圖像處理軟件里人為地分層，按照景物在空間中的深度分布， 把圖像中的景物分為前景、中景和后景， 或者更多的圖層。然后根據(jù)需要排列景深圖像，利用光柵的分像原理，印制出立體圖像。實(shí)景拍攝多采用航天航空攝影的方法，很難制作制圖范圍過大和過小的立體圖。而簡(jiǎn)單地應(yīng)用圖片分層的方法，無法嚴(yán)謹(jǐn)表現(xiàn)立體地圖的地貌高低起伏，不能滿足地圖制作要求。這里將第二種方法改良制作立體地圖，即應(yīng)用地圖的DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)與圖像融合，形成一個(gè)具有地表模型數(shù)據(jù)支撐的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，將地圖根據(jù)DEM分成多圖層來獲取立體地圖的圖像序列。這種方法對(duì)照相設(shè)備與拍照方式要求不高，且能模擬出較好效果，但它不能達(dá)到立體照相機(jī)拍攝而制成的立體效果。另外，不適合制作地貌過于破碎的區(qū)域，因?yàn)橹茍D區(qū)域地貌如果過于破碎會(huì)加大勾畫的難度，降低成圖速度。

2.2 圖像的處理

2.2.1 底圖的制作

以地圖DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，使用暈渲制作軟件，分高程設(shè)色，制成數(shù)字彩色暈渲圖。制成的暈渲圖有可能細(xì)節(jié)過于豐富，顯得圖面雜亂，也有可能較粗糙，微地貌顯示不夠，這都需要在數(shù)字暈渲圖的基礎(chǔ)上手動(dòng)再加工，最終形成一幅詳略得當(dāng)?shù)氖掷L暈渲圖，這樣制作的立體圖會(huì)更加美觀、易讀。

2.2.2 各地理要素所在層的選擇

光柵圖的成像原理，決定了其在立體效果越強(qiáng)的時(shí)候，顯像越不清晰，且有產(chǎn)生疊影的可能。也就是，要素所在層的位移值越大立體效果越強(qiáng)，視覺效果也越不清晰。位移值（即景深值）為0的層是焦點(diǎn)所在層，視覺效果清晰，所以注記等需要清晰呈現(xiàn)的要素要放在0位移層。而國界、河流等要求和地勢(shì)套合好的地理要素，應(yīng)與暈渲圖同一層。

2.2.3 圖像和DEM數(shù)據(jù)的融合

以DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用精確的DEM數(shù)據(jù)將已制作好的暈渲圖科學(xué)分層，使用專業(yè)的平面轉(zhuǎn)立體軟件，按照一定的立體勾畫方法，就可以制作成立體光柵地圖。制作立體時(shí)，位移值的設(shè)置根據(jù)DEM數(shù)據(jù)的等高距數(shù)據(jù)確定。一般根據(jù)高程確定位移值，但針對(duì)某些立體圖，如中國地勢(shì)圖，從高原到谷底再到海部，整個(gè)圖的高差非常大，如果僅用高程確定位移值，過高和過低的地勢(shì)都會(huì)產(chǎn)生很大的位移，最后圖的疊影情況嚴(yán)重，視覺效果反而不好?？紤]到這個(gè)原因，采用變距的等高距和多種垂直比例尺，對(duì)各層間進(jìn)行處理，獲得的整體圖像，從而正確表示自然要素相互關(guān)系。

2.3 圖像的顯示

立體效果的呈現(xiàn)與光柵板的線數(shù)、材料折射率、厚度及視角均有關(guān)系。光柵板采用150線的，有利于注記和細(xì)節(jié)的表達(dá)；采用視角小、厚度大的光柵板，適合用于制作立體圖像；光柵板透射率高， 再現(xiàn)圖像的清晰度好。

2.4 圖像的印刷

（1）圖像的套合。因?yàn)楣鈻艌D的制作特性，印刷時(shí)的套合尤其重要，對(duì)印刷設(shè)備和技術(shù)要求都較高。這是因?yàn)橐氚蚜Ⅲw效果表現(xiàn)得淋漓盡致，就必須把圖像和光柵的邊緣、中心均要對(duì)齊，各個(gè)顏色套合精準(zhǔn)。要等印刷好的光柵冷卻后再用紫外線烤，否則由于光柵的熱脹，不好套合。

（2）圖像的保護(hù)。保護(hù)層一般采用UV材料，將制作好的地圖層印制在光柵板的背面，將UV涂料涂于地圖層的背面，可以有效防止地圖透光而影響閱讀，這就要求印刷機(jī)是UV機(jī)或兩用機(jī)。同時(shí)由于光柵本身是非吸收材料，所以要求配備相應(yīng)的干燥烘烤設(shè)備。

3 光柵立體地圖的制作方法

（1）設(shè)定地圖分辨率。制作的立體地圖必須和光柵板相匹配才能被立體顯示。一般在每個(gè)柱鏡光柵的柵距下依次排列圖像序列中每一幅圖像的抽樣豎狀條紋， 這樣精確匹配后才能被正確折射分像。地圖顯示一般采用150線的光柵板，可據(jù)此計(jì)算出地圖分辨率。

（2）分層。根據(jù)DEM數(shù)據(jù)，采用變距的等高距和多種垂直比例尺，將地圖分層并設(shè)置好位移值。

（3）補(bǔ)圖。地圖分層之后，根據(jù)光柵顯示的分像原理，因改變觀察角度會(huì)看地圖原截幅范圍以外的圖像，因此需地圖范圍略大于擬制作立體效果的圖幅范圍，圖幅不夠則需要對(duì)后面的空白圖層進(jìn)行補(bǔ)圖，補(bǔ)圖尺寸稍大于位移量即可。

（4）制作圖像序列，根據(jù)圖層數(shù)和各圖層的位移值制作圖像序列，獲得與選定光柵相匹配的立體合成圖。

4 結(jié)語

此方法不依靠遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以制作任意制圖范圍的地圖，并且可以任意設(shè)計(jì)暈渲顏色，解決制圖區(qū)域局限的問題，既可以制作小范圍的立體地圖，如一座山、一條河的立體地圖，也可以制作大范圍的立體地圖，如省立體圖、全國立體圖、世界立體圖。藝術(shù)性強(qiáng)，色彩可以根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)任意設(shè)計(jì)。

能較準(zhǔn)確和科學(xué)地表現(xiàn)區(qū)域地貌的問題，能較好地反映制圖區(qū)域的地貌形態(tài)，較精確地表示高山、丘陵、平原、深海等各種地貌的高低起伏和不同地區(qū)的相對(duì)高差，使讀者對(duì)制圖區(qū)域的整體地貌有非常直觀的認(rèn)知，適用于非嚴(yán)謹(jǐn)判讀，一般讀者學(xué)習(xí)地理知識(shí)所用。

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