箭头点图标映射的基本原理及缺陷(在三维方面)

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点图标映射法是最为简单也最为直观的矢量数据映射方法。它的基本原理就是:

在网格点处绘制一定的点图标,图标的一些特征可以反映矢量的大小,另一个特征可以反映矢量的方向,如图(5.2.1.1)所示。该方法可以从全局的角度反映数据的分布,而且无需对应用数据进行过多的转换或者提取。

点图标中使用最多的是矢量箭头,其他的还有锥体、有向线段等多种表示方法。在二维矢量场中,箭头可以很好的反映出矢量的方向和大小信息,因此在二维矢量场中得到了广泛的使用。

当我们在三维矢量场中,应用矢量箭头映射时,至少会遇到以下方面的问题:箭头指示方向的二义性问题,如图(5.2.1.2)所示。虽然在三维矢量场箭头映射中,箭头的长度和矢量的大小成正比,箭头的方向也是指向矢量的方向。但是,我们得到的图像是在二维平面上显示,只有投影而没有法矢量!光照等一些反映三维信息的量帮助我们辨析,只有一条线段表示的箭头,该箭头提供给我们的方向信息具有不确定性,很难判断其指向的具体方向。

为了减少箭头方向的二义性,人们设计了各种各样的箭头形式,其中最为有效的是将箭头设计成不透明的、具有一定粗细的实体箭头。如图(5.2.1.3)所示。这样的箭头是三维多边形表示的物体形状,具有一定的光照!亮度信息等三维信息,减少了箭头二义性问题。

采用矢量箭头对三维网格数据进行点图标映射,对于网格点矢量大小和方向的表达,主要有以下两种方式:

  1. 对箭头进行单位化处理,即所有的箭头大小都相等,使用箭头的颜色来表示矢量的大小,箭头所指向的方向,表示矢量的方向。
  2. 箭头的大小不一,根据矢量值的大小,来确定所绘制箭头的大小,箭头的方向,仍然表示矢量的方向。

采用点图标映射方法,虽然简单易处理,但是也存在很多的缺陷。例如,数据采样过于密集时,如果将所有的网格点都映射成点图标,则会导致最后的图像中箭头杂乱无章,给人的分析带来误解;但如果显示太少的箭头图标,又会失去一些流场中的信息。另一方面,采用点图标表示无法揭示出流场数据内部的连续性,而且流场中一些特征,比如涡流等结构就很难采用点图标去表达。

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作者:,GIS爱好者。
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