光栅立体地图的制作技术与方法

申怡

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.047

摘 要：相对传统印刷品，光栅立体地图其更具视觉冲击力和吸引力，深受广大读者欢迎。该文对如何应用光栅技术显示立体地图进行了探讨，介绍了光栅立体图的成像和制作原理，讲解了一种将光栅技术应用到立体地图的方法，详述了光栅立体地图制作的关键技术和制作方法。

关键词：光栅 立体地图 制作方法

中图分类号：P209 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0047-02

立体印刷作为印刷工艺的一种特殊应用， 它把光栅板折射分像技术与印刷技术融合在一起， 使平面印刷图像呈现出三维立体视觉感。将立体光栅技术应用到广告、风景画、名片等方面已经很成熟。光栅板立体印刷应用于立体地图的制作，具有携带方便，易于储存的优点，且无需配戴辅助的立体显示系统，即可获得实体立体地图的视觉效果，并可供多人同时观赏。若结合各类遥感影像，更可提供丰富的地景视觉，有利于地形、地物之研判。相对于传统印刷品，光栅立体地图其更具视觉冲击力和吸引力，深受广大读者欢迎。

1 光栅立体图的成像和制作原理

光栅成像的视觉原理是根据透镜折射实现图像的立体再现。光栅是由许多柱面透镜组成的透明塑料板（片），其表面的光栅线条由许多结构参数和性能完全相同的小半圆柱透镜线性排列组成，其背面是平面，为柱透镜元的焦平面，每个柱透镜元相当于汇聚透镜，起聚光成像的作用。因此，可以利用在不同视点上获取的二维影像来重建原空间物体的三维模型。用它制作的立体图像不需要立体眼镜就能正常观看。

光栅立体图的制作原理是将影像不同视图在软件的帮助下被分成条状，然后交错排列，形成立体图像序列；这些有序列的图像印刷在光栅的背面；利用光栅的相互遮挡，使得左眼与右眼看到不同图像（光栅一定要垂直对齐），最终大脑产生一个3D图像。

2 制作光栅立体地图应用技术

2.1 图像序列的获取方式

立体图像序列的获取是立体图制作的关键步骤，普通立体图一般有两种获取方式。第一种是实景拍摄，通过立体摄影技术获得立体图像序列；第二种将图片在图像处理软件里人为地分层，按照景物在空间中的深度分布， 把图像中的景物分为前景、中景和后景， 或者更多的图层。然后根据需要排列景深图像，利用光栅的分像原理，印制出立体图像。实景拍摄多采用航天航空摄影的方法，很难制作制图范围过大和过小的立体图。而简单地应用图片分层的方法，无法严谨表现立体地图的地貌高低起伏，不能满足地图制作要求。这里将第二种方法改良制作立体地图，即应用地图的DEM（数字高程模型）数据与图像融合，形成一个具有地表模型数据支撑的基础地理数据，将地图根据DEM分成多图层来获取立体地图的图像序列。这种方法对照相设备与拍照方式要求不高，且能模拟出较好效果，但它不能达到立体照相机拍摄而制成的立体效果。另外，不适合制作地貌过于破碎的区域，因为制图区域地貌如果过于破碎会加大勾画的难度，降低成图速度。

2.2 图像的处理

2.2.1 底图的制作

以地图DEM数据为基础，使用晕渲制作软件，分高程设色，制成数字彩色晕渲图。制成的晕渲图有可能细节过于丰富，显得图面杂乱，也有可能较粗糙，微地貌显示不够，这都需要在数字晕渲图的基础上手动再加工，最终形成一幅详略得当的手绘晕渲图，这样制作的立体图会更加美观、易读。

2.2.2 各地理要素所在层的选择

光栅图的成像原理，决定了其在立体效果越强的时候，显像越不清晰，且有产生叠影的可能。也就是，要素所在层的位移值越大立体效果越强，视觉效果也越不清晰。位移值（即景深值）为0的层是焦点所在层，视觉效果清晰，所以注记等需要清晰呈现的要素要放在0位移层。而国界、河流等要求和地势套合好的地理要素，应与晕渲图同一层。

2.2.3 图像和DEM数据的融合

以DEM数据为基础，利用精确的DEM数据将已制作好的晕渲图科学分层，使用专业的平面转立体软件，按照一定的立体勾画方法，就可以制作成立体光栅地图。制作立体时，位移值的设置根据DEM数据的等高距数据确定。一般根据高程确定位移值，但针对某些立体图，如中国地势图，从高原到谷底再到海部，整个图的高差非常大，如果仅用高程确定位移值，过高和过低的地势都会产生很大的位移，最后图的叠影情况严重，视觉效果反而不好。考虑到这个原因，采用变距的等高距和多种垂直比例尺，对各层间进行处理，获得的整体图像，从而正确表示自然要素相互关系。

2.3 图像的显示

立体效果的呈现与光栅板的线数、材料折射率、厚度及视角均有关系。光栅板采用150线的，有利于注记和细节的表达；采用视角小、厚度大的光栅板，适合用于制作立体图像；光栅板透射率高， 再现图像的清晰度好。

2.4 图像的印刷

（1）图像的套合。因为光栅图的制作特性，印刷时的套合尤其重要，对印刷设备和技术要求都较高。这是因为要想把立体效果表现得淋漓尽致，就必须把图像和光栅的边缘、中心均要对齐，各个颜色套合精准。要等印刷好的光栅冷却后再用紫外线烤，否则由于光栅的热胀，不好套合。

（2）图像的保护。保护层一般采用UV材料，将制作好的地图层印制在光栅板的背面，将UV涂料涂于地图层的背面，可以有效防止地图透光而影响阅读，这就要求印刷机是UV机或两用机。同时由于光栅本身是非吸收材料，所以要求配备相应的干燥烘烤设备。

3 光栅立体地图的制作方法

（1）设定地图分辨率。制作的立体地图必须和光栅板相匹配才能被立体显示。一般在每个柱镜光栅的栅距下依次排列图像序列中每一幅图像的抽样竖状条纹， 这样精确匹配后才能被正确折射分像。地图显示一般采用150线的光栅板，可据此计算出地图分辨率。

（2）分层。根据DEM数据，采用变距的等高距和多种垂直比例尺，将地图分层并设置好位移值。

（3）补图。地图分层之后，根据光栅显示的分像原理，因改变观察角度会看地图原截幅范围以外的图像，因此需地图范围略大于拟制作立体效果的图幅范围，图幅不够则需要对后面的空白图层进行补图，补图尺寸稍大于位移量即可。

（4）制作图像序列，根据图层数和各图层的位移值制作图像序列，获得与选定光栅相匹配的立体合成图。

4 结语

此方法不依靠遥感影像作为基础数据，可以制作任意制图范围的地图，并且可以任意设计晕渲颜色，解决制图区域局限的问题，既可以制作小范围的立体地图，如一座山、一条河的立体地图，也可以制作大范围的立体地图，如省立体图、全国立体图、世界立体图。艺术性强，色彩可以根据区域特点任意设计。

能较准确和科学地表现区域地貌的问题，能较好地反映制图区域的地貌形态，较精确地表示高山、丘陵、平原、深海等各种地貌的高低起伏和不同地区的相对高差，使读者对制图区域的整体地貌有非常直观的认知，适用于非严谨判读，一般读者学习地理知识所用。

参考文献

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