Analytical Relief Shading. Topographische und Hochgebirgskartographie, SS2014 Egger Michaela a

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1 Analytical Relief Shading Topographische und Hochgebirgskartographie, SS2014 Egger Michaela a

2 Definition Ist der computerbasierte Prozess eine Schummerung aus einem Digitalen Höhenmodell (DHM) zu erzeugen Analytical Relief Shading 2

3 Manuell vs. automatisch Manuelle Herstellung ist sehr aufwendig/ kostspielig und erfordert langjährige Erfahrung + Künstlerische Freiheit/ Individualität Quelle: Lorenz Hurni, Karel Kriz, Tom Patterson, and Roger Wheate(2001). Cartography, Special Issue: ICA Commission on Mountain. Cartographica, Vol. 38, S Region Rigi-Luzern Analytical Relief Shading 3

4 Datengrundlagen Digitales Höhenmodell (DHM) Raster(regelmäßiges Gitternetz) - TIN (unregelmäßiges Dreiecksnetz Grauwerte der Schummerung werden als Rasterbildern gespeichert diese Grauwerte werden aus der virtuellen Lichtquelle und dem DHM berechnet Quelle: Analytical Relief Shading 4

5 Berechnung der Grauwerte Vektor Methode Ist intuitiver und einfacher zu benutzen Berechnet, wie die Geländeoberfläche das Licht reflektiert Über Beleuchtungsmodelle Differenz Methode Raster Operatoren über ein DHM Kombiniert mehrere Grauwertbilder über logische und mathematische Operatoren komplizierter Analytical Relief Shading 5

6 Beleuchtungsmodelle I Lokal Berücksichtigt nur die Interaktion zwischen dem Objekt und der Lichtquelle Global Berechnet Einflüsse von benachbarten Objekten inklusive Reflexion, Durchlässigkeit, Ablenkung mit ein Sehr rechenintensiv! Die ideale Anpassung von lokalen Methoden an die jeweiligen Gegebenheiten (Hangneigung, Exposition) bringt aus kartographischer Sicht jedoch mehr, als die strikte Einhaltung von globale Methoden Analytical Relief Shading 6

7 Parameter Gelände: Steigung Exposition Lichtquelle Beleuchtungsrichtung Beleuchtungshöhe Berechnung eines Winkel α,um die Intensität des Grauwertes zu ermitteln Analytical Relief Shading 7

8 Beleuchtungsmodell Diffuse Reflection Jedes Pixel erhält einen Grauwert, dessen Wert proportional zum Kosinus des Winkels zwischen der Oberflächennormalen und dem Lichtvektor ist Sowohl Steigung, als auch die Exposition nehmen Einfluss α α α α i = cos α i = Intensität α = Winkel zwischen Beleuchtung und der Normalen zum Gelände Analytical Relief Shading 8

9 Beleuchtungsmodell Aspect Based Shading Steigung wird ignoriert und die Schummerung nur anhand der Exposition berechnet Gebirgsregionen werden dadurch besser dargestellt α N i = cos α W E i = Intensität α = Winkel zwischen Exposition und Azimut der Sonneneinstrahlung Azimut: Winkel der Sonne gemessen vom Norden im Uhrzeigersinn Standardwert aus NW = 315 S Analytical Relief Shading 9

10 Kombination (DR & ABS) Ermöglicht, dass Täler und Gebirge ideal dargestellt werden 100 Aspect Shading Diffuse Reflection 0 α 90 Slope 100 d Bis zu einer bestimmten Steigung wird DR, danach ABS verwendet Analytical Relief Shading 10

11 Verbesserungen Helles Grau für Täler/ flache Gebiete einfügen Standard-Software berücksichtigt Regeln für manuelle Schummerungen nicht individuelle Anpassung von Lichtrichtung Helligkeit Kontrast sollte möglich sein Sowohl global, als auch lokal Analytical Relief Shading 11

12 Generalisierung Großmaßstäbige und Kleinmaßstäbige Karten haben unterschiedliche Anforderungen Zu detailreiche Daten vor allem für Schummerungen in großmaßstäbigen Regionen Neuer Ansatz: Terrain Sculptor Entwickelt an der ETH Zürich und der Universität Zürich Entfernt unnötige Details und hebt wichtige Geländeformen hervor terraincartography.com/terrainsculptor/ Analytical Relief Shading 12

13 TerrainSculptor: Vorgehensweise Analytical Relief Shading 13

14 Analytical Relief Shading 14

15 großmaßstäbig Analytical Relief Shading 15

16 kleinmaßstäbig Analytical Relief Shading 16

17 Silvretta Analytical Relief Shading 17

18 Literaturverzeichnis Leonowicz A.M., J. B. (2010). Automated small-scale relief shading: a new method. Geographia Technica, Special Issue, S. 90 to 95. Leonowicz A.M., J. B. (Winter 2010). Terrain Sculptor: Generalizing Terrain Models for Relief Shading. Cartographic Perspectives, No. 67, S Lorenz Hurni, Karel Kriz, Tom Patterson, and Roger Wheate(2001). Cartography, Special Issue: ICA Commission on Mountain. Cartographica, Vol. 38, S Analytical Relief Shading 18