Funkcja Cieniowanie rzeźby terenu generuje trójwymiarową reprezentację powierzchni terenu w skali szarości, w której przy cieniowaniu obrazu brane jest pod uwagę względne położenie słońca. Cieniowanie to technika wizualizowania terenu w sposób określony przez źródło światła oraz spadek i ekspozycję powierzchni wysokościowej. Jest to jakościowa metoda wizualizacji topografii i nie daje bezwzględnych wartości wysokości. Funkcja udostępnia dwie opcje generowania cieniowania rzeźby terenu: tradycyjną i wielokierunkową. W metodzie tradycyjnej cieniowanie rzeźby terenu jest obliczane z użyciem źródła oświetlenia z jednego kierunku oraz właściwości wysokości i azymutu określających pozycję słońca. W metodzie wielokierunkowej w celu reprezentowania cieniowanej rzeźby terenu łączy się światło z wielu źródeł. Zaletą wielokierunkowej metody cieniowania rzeźby terenu jest wyświetlanie większej ilości szczegółów w obszarach, w których zwykle występuje zbyt duże nasycenie i głębokie cienie, niż w przypadku metody tradycyjnej.
Domyślnie do wyświetlania modelu wysokościowego cieniowanej rzeźby terenu używana jest skala szarości. Poniższa ilustracja przedstawia model wysokościowy uzyskany z użyciem domyślnej tradycyjnej metody cieniowania rzeźby terenu, a dalej model uzyskany z użyciem metody wielokierunkowej.
Parametry
Funkcja Cieniowanie rzeźby terenu ma następujące parametry:
| Parametr | Opis |
|---|---|
| Raster | Wejściowa warstwa wysokościowa. |
| Typ cieniowania rzeźby terenu | Kontroluje źródło oświetlenia cieniowania rzeźby terenu:
|
| Azymut | Azymut określa względne położenie słońca na horyzoncie (w stopniach). Położenie to jest określane przez kąt między położeniem słońca a północą, mierzony zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Azymut o wartości 0 stopni oznacza północ, 90 stopni — wschód, 180 stopni — południe, a 270 stopni — zachód. Ten parametr jest prawidłowy tylko wtedy, gdy Typ cieniowania rzeźby terenu ma wartość Tradycyjne. Wartość domyślna to 315 stopni wskazująca na północny zachód. |
| Wysokość | Wysokość określa kąt opisujący położenie słońca nad horyzontem i może zawierać się w przedziale od 0 do 90 stopni. Wartość 0 stopni oznacza, że słońce znajduje się na horyzoncie, czyli na tej samej płaszczyźnie poziomej, co struktura odniesienia. Wartość 90 stopni oznacza natomiast, że słońce znajduje się bezpośrednio nad płaszczyzną. Ten parametr jest prawidłowy tylko wtedy, gdy Typ cieniowania rzeźby terenu ma wartość Tradycyjne. Wartość domyślna to 45 stopni nad horyzontem. |
| Skalowanie | Wynikowe cieniowanie jest skalowane dynamicznie przez zmianę współczynnika Z przy użyciu jednej z dwóch następujących opcji:
|
| Współczynnik Z | Współczynnik z to współczynnik skalowania używany do konwertowania wartości wysokości w celu:
|
| Potęga rozmiaru pikseli | Potęga rozmiaru pikseli uwzględnia zmiany wysokości (lub skali) podczas powiększania i pomniejszania mapy przez wyświetlającego. Jest to wykładnik stosowany do rozmiaru pikseli w równaniu określającym tempo, z jakim zmienia się Współczynnik Z, aby uniknąć znaczącej utraty dokładności w odwzorowaniu rzeźby terenu. Ten parametr jest prawidłowy tylko wtedy, gdy typem Skalowania jest Modyfikowane. Wartość domyślna wynosi 0,664. |
| Parametr Rozmiaru Piksela | Współczynnik rozmiaru pikseli uwzględnia zmiany skali podczas powiększania i pomniejszania mapy przez wyświetlającego. Określa on tempo, z jakim zmienia się Współczynnik Z. Ten parametr jest prawidłowy tylko wtedy, gdy typem Skalowania jest Modyfikowane. Wartość domyślna wynosi 0,024. |
| Wyłącz domyślną interpolację pikseli krawędziowych | Dzięki użyciu tej opcji możliwe jest uniknięcie artefaktów, które mogą pojawić się przy krawędziach rastra podczas ponownego próbkowania. Piksele wynikowe znajdujące się wzdłuż krawędzi rastra lub obok pikseli o wartości Brak danych zostaną zastąpione wartościami Brak danych. Z tego powodu zaleca się używanie tego parametru jedynie z nakładającymi się zestawami danych mozaiki dotyczącymi wysokości. Jeśli istnieją piksele nakładające się, w obszarach niezawierających danych zamiast pustych pikseli wyświetlą się wartości nakładających się pikseli.
Wyniki funkcji mogą zależeć od danych. Jeśli w swoich danych wynikowych zaobserwujesz artefakty graniczne, wybierz alternatywny stan tego pola wyboru. |
Więcej informacji o sposobie działania cieniowania rzeźby terenu
Typ cieniowania rzeźby terenu
Cieniowanie wielokierunkowe poprawia wizualizację terenu. Łączy światło z sześciu różnych kierunków w celu zaprezentowania rozszerzonej wizualizacji terenu oraz poprawy wyglądu regionów o niskiej rzeźbie terenu. Zwiększa równowagę między obszarami prześwietlonymi i zacienionymi na mapie. Wynik można wykorzystać jako tło z rzeźbą terenu na potrzeby map topograficznych, glebowych, hydrologicznych, pokrycia terenu lub innych map tematycznych, na których dane zostaną wzbogacone o topografię.
Na poniższych ilustracjach zaprezentowano dwa typy cieniowania rzeźby terenu:
- Ilustracja górna przedstawia wynik tradycyjnego cieniowania rzeźby terenu.
- Ilustracja dolna przedstawia wynik uzyskany metodą wielokierunkowego cieniowania rzeźby terenu.
Więcej informacji na temat wielokierunkowego cieniowania rzeźby terenu można znaleźć w artykule Multi-Directional Hillshade Makes Your Maps Pop.
Azymut i wysokość
Właściwości wysokość i azymut wskazują położenie względne słońca, które będzie używane na potrzeby tworzenia dowolnego modelu 3D (cieniowania wzniesień lub rzeźby terenu). Wysokość określa kąt opisujący położenie słońca nad horyzontem i może zawierać się w przedziale od 0 do 90 stopni. Wartość 0 stopni oznacza, że słońce znajduje się na horyzoncie, czyli na tej samej płaszczyźnie poziomej, co struktura odniesienia. Wartość 90 stopni oznacza natomiast, że słońce znajduje się bezpośrednio nad płaszczyzną.
Azymut określa względne położenie słońca na horyzoncie (w stopniach). Położenie to jest określane przez kąt między położeniem słońca a północą, mierzony zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Azymut o wartości 0 stopni oznacza północ, 90 stopni — wschód, 180 stopni — południe, a 270 stopni — zachód.
Skalowanie i rozmiar pikseli
Wynikowe cieniowanie jest skalowane dynamicznie przez zmianę współczynnika Z przy użyciu jednej z dwóch następujących opcji:
- Brak — brak skalowania. Jest to zalecane rozwiązanie w przypadku zestawów danych pojedynczych rastrów pokrywających obszar lokalny. Nie jest ono natomiast zalecane w odniesieniu do zestawów danych dotyczących świata lub map wieloskalowych, ponieważ wygeneruje spłaszczoną rzeźbę terenu przy użyciu niewielkiej skali.
- Modyfikowane — powoduje zastosowanie modyfikacji nieliniowej za pomocą domyślnych wartości potęgi wielkości pikseli oraz współczynnika wielkości pikseli, co pozwala na kompensację zmian wysokości (skali) podczas powiększania i pomniejszania obrazu. Stosowanie tych wartości jest zalecane w przypadku zestawów danych dotyczących świata.
Współczynnik Z jest dopasowywany z użyciem następującego równania:
Adjusted Z-Factor = (Z Factor) + (Pixel Size)(Potęga wielkości piksela) × (Pixel Size Factor)
Spadek jest powiązany z rozmiarem pikseli. Przy większych pikselach wartość spadku zmniejsza się, ponieważ spadek reprezentuje średni spadek na większej odległości. W rezultacie przy mniejszych skalach obiekty wyglądają na płaskie. Kartograficznie prowadzi to do znaczącej utraty dokładności w odwzorowaniu rzeźby terenu. Aby to zrekompensować, można odpowiednio do skali zmienić parametr Współczynnik Z. Relacja ta jest wykładnicza, a nie liniowa. Zmiana parametrów Potęga rozmiarów pikseli oraz Współczynnik rozmiarów pikseli powoduje zmianę tempa zmian parametru Współczynnik Z. Oznacza to, że współczynnik Z należy skonfigurować odpowiednio do skali.
Współczynnik Z
Współczynnik Z to współczynnik skalowania używany do konwertowania wartości wysokości w celu:
- Konwersji jednostek wysokości (takich jak metry lub stopy) na poziome jednostki współrzędnych zestawu danych, takie jak stopy, metry lub stopnie
- Dodania pionowego wyniesienia dla efektu wizualnego
Konwersja jednostek
Jeśli jednostki z (wysokości) są takie same jak jednostki x i y (liniowe), wówczas wartość współczynnika konwersji Z wyniesie 1. Jeśli dany zestaw danych korzysta z układu współrzędnych odwzorowanych, dla skalowania wybrano opcję Brak, a jednostki wysokości i liniowe są różne, wówczas zajdzie konieczność zdefiniowania współczynnika konwersji Z w celu skompensowania różnicy.
Konwersję ze stóp na metry i odwrotną opisano w tabeli poniżej. Przykład: jeśli jednostkami wysokości DEM są stopy, a jednostkami zestawu danych mozaiki są metry, wówczas na potrzeby konwersji jednostek wysokości ze stóp na metry należy użyć współczynnika z wynoszącego 0,3048 (1 stopa = 0,3048 m).
Skalowanie i rozmiar pikseli
| Typ konwersji | Współczynnik konwersji |
|---|---|
Ze stóp na metry | 0,3048 |
Z metrów na stopy | 3,28084 |
Jeśli dane korzystają z układu współrzędnych geograficznych (np. DTED w układzie GCS_WGS 84), w którym jednostki liniowe są wyrażone w stopniach, a wysokość w metrach, podaj współczynnik konwersji równy 1. System automatycznie przekształca stopnie liniowe na metry. Jeśli wysokość nie jest wyrażana w metrach, przed skorzystaniem z tej funkcji należy użyć funkcji konwersji jednostek, aby przekształcić jednostki wysokości na metry.
Notatka:
Jeśli dla funkcji skalowania wybrano ustawienie Dostosowane, można użyć współczynnika Z do przekształcenia jednostek z na metry — program ArcGIS automatycznie zmieni jednostki szerokości i długości geograficznej na metry.
Wyniesienie pionowe
Aby zastosować wyniesienie pionowe, należy pomnożyć współczynnik konwersji przez współczynnik wyniesienia. Jeśli na przykład zarówno wysokość, jak i współrzędne zestawu danych są wyrażone w metrach i pożądane jest wyniesienie o wielokrotność wartości 10, współczynnikiem skalowania będzie współczynnik konwersji jednostek (1,0) pomnożony przez współczynnik wyniesienia pionowego (10,0), którym będzie współczynnik Z o wartości 10. Jeśli jednostką wysokości są metry, a zestaw danych jest geograficzny (stopnie), należy pomnożyć współczynnik konwersji jednostek (1,0) przez współczynnik wyniesienia (10,0), którym będzie współczynnik Z o wartości 10. Jeśli jednostką wysokości nie jest metr, przed użyciem tej funkcji użyj funkcji Arytmetyka do przekształcenia wysokości na metry. Następnie pomnóż współczynnik konwersji jednostek (1,0) przez współczynnik wyniesienia (10,0), którym będzie współczynnik Z o wartości 10.
Usuwanie efektu krawędzi
Użycie tej opcji pozwoli na uniknięcie artefaktów, które mogą pojawić się przy krawędziach rastra podczas przepróbkowania. Piksele wynikowe znajdujące się wzdłuż krawędzi rastra lub za pikselami, którym nie przypisano wartości, zostaną zastąpione pikselami niezawierającymi danych. Z tego powodu zaleca się używanie tej opcji jedynie gdy dostępne są inne rastry z nakładającymi się pikselami. Jeśli istnieją piksele nakładające się, w obszarach niezawierających danych zamiast braku danych wyświetlą się wartości nakładających się pikseli.
- Niezaznaczone — dwuliniowe ponowne próbkowanie zostanie zastosowane jednakowo podczas ponownego próbkowania cieniowania rzeźby terenu. Jest to opcja domyślna.
- Zaznaczone — dwuliniowe ponowne próbkowanie zostanie zastosowane do cieniowania rzeźby terenu, z wyjątkiem miejsc wzdłuż krawędzi rastrów lub obok pikseli o wartości Brak danych. Te piksele zostaną wypełnione wartościami Brak danych i zostaną wyświetlone wartości wysokości nakładającego się zestawu danych. Dzięki temu ulegają zmniejszeniu efekty ostrych krawędzi, które mogą wystąpić.