基于MapGIS的地图美学研究与实践

孟庆洁，陈 林

(上海师范大学旅游学院，上海200234)

信息技术的发展以及人们对地图审美要求的提高，为地图美学研究提供了新的动力。第一任ICA主席曾指出:“地图学不是一门纯粹的技术科学，而是一门美术倾向很强的技术科学，地图是带有强烈艺术倾向的科学作品［1］。”也就是说，真正优秀的地图作品能把表现客观事物本质规律的科学性与展现地图美感的艺术性完美结合起来。

1 地图美学研究现状

近年来，不少专家学者已经开始关注地图美学研究，主要集中在以下几方面。

(1)地图设计水平影响读者对地图的认知，进而影响地图信息传送的结果。地图作为一种视觉化产品，它的信息传递是地图设计者的思想在地图读者视觉感受中的体现，读者视觉感受的效果是地图信息传递成败和效率高低的关键［2］。

(2)地图的美学设计是地图设计的重要环节，具有不同的表现形式及实现途径［3］。地图的美主要指地图科学美和地图艺术美［4］。地图科学美表现为内容结构的简单性、和谐性、统一整体性等，而地图艺术美主要体现在符号和色彩上。地图符号随着三维图示技术的发展，呈现三维表达的趋势［5］。地图色彩具有重要的作用［6］，中西方色彩的象征意义不同，地图色彩的表示方式也不尽相同［7］。可以利用类似色与同种色、对比色与互补色以及特征色与其他色彩的三种方法进行配色［8］;涉及符号、注记及块状色彩填充等细节的色彩设计［9］;同时，随着信息技术和多媒体技术的发展，人们对地图设色也提出新的要求。

(3)现代地理信息技术的发展及其相关软件的成熟，使人们能够更为准确、客观地在地图上表达地理实体。如显示效果、显示速度、图例美观、动态注记等因素的地图可视化质量不断提高［10］。

本文以“天津市滨海中心商务区交通图”的制作为例，借助MapGIS K9软件，对地图美学研究进行了一些技术尝试。

2 地图美的表现方法

2.1 地图符号

地图符号是在地图上用以表示各种空间对象的图形记号［11］。地图符号的作用，一是反映地理实体的空间分布情况;二是通过合理的符号设计展现地图的艺术性，给读者带去美的视觉享受。

2.2 地图色彩

地图色彩是地图语言的重要内容［11］。地图色彩的作用，一是通过类似色与对比色的设置，使地图具有整体感和差异感，增强地图的表现力;二是将不同色彩运用到同一种符号中代表不同的空间对象，简化地图符号系统，如同一种线符号，用灰白相间表示铁路，用蓝色表示水运航道，用深蓝色表示轻轨。

2.3 地图显示效果优化

地图显示效果优化是地图配置非常重要的一部分内容［12］。在借助制图软件制图的过程中常常会遇到线条生硬、地图要素显示不符合实际情况等问题。为解决这些问题，需要采取一系列优化方法来改善地图的显示效果。对纸质地图用户而言，地图显示效果优化有助于用户获得更科学美观的地图，为他们的工作生活提供参考;对电子地图用户而言，地图显示效果优化能使用户获得更友好的参考数据，方便后续的查询、分析等操作。

3 地图美学实践

3.1 软件平台介绍

MapGIS是中国地质大学自主研发的一款集当代先进的图形、图像、地质、地理、遥感、测绘、人工智能、计算机科学于一体的大型智能软件系统［13］。笔者选用的MapGIS K9版本比以往版本更加关注细节。

3.2 研究区概况

天津市滨海中心商务区是滨海新区九个经济功能区之一(图1)，位于滨海新区的核心地带，是天津滨海新区发展国际金融、国际贸易和高端服务业的聚集区，是滨海新区金融改革创新基地和未来城市形象标志区［14］。

图1 滨海中心商务区位置图

3.3 地图美学实践

3.3.1 系统库创建

当软件默认的符号库、颜色库、字体库不能满足地图设计者需求时，一般需要创建自己的系统库。Map-GIS K9软件安装完成后，Clib与Slib文件夹会出现在安装目录下。它们包含系统库，其中包括颜色、符号和字体。当新建系统库时，在新建的系统库文件夹下需要同时创建Clib和Slib两个文件夹，然后把默认的符号库和字体库复制进去。具体操作如下:在安装目录下，将Slib中的gissymbol.sym和Pcolor.lib复制到新建的Slib中，并将Clib中的Mapfont70.gis文件复制到新建的Clib中。完成系统库创建后，需要在地图编辑器中打开目录设置，选择指定的Clib和Slib文件夹存储位置，完成当前系统库设置。系统库管理集符号库、颜色库、字体库管理于一体，其中，符号库管理能方便地图设计者设计自己所需的符号以及修改默认符号库中的部分符号;颜色库管理能使地图设计者采用设置CMYK或RGB值的方式增加色标至不同的系统库中;字体库管理能够使用户根据Windows中安装的字体来自定义地图注记的字体。

3.3.2 地图符号设计

(1)符号的形状

符号形状设计应遵循以下两条原则:其一，设计的符号要尽可能与符号代表的现实实物意义相似，增强符号的表达效果，以便于读者看到地图符号就能迅速联想到现实实体;其二，设计的符号要求简单抽象，先舍去详细复杂的细节，后用艺术手法进行美化。在符号库管理中，笔者根据上述原则设计了一些点状符号，如用圆内绘制一个“文”字来表示学校，用矩形内绘制一个“P”字母来表示停车场。

(2)符号的尺寸

对纸张地图而言，符号尺寸易受地图用途、性质、比例尺等的影响，而且符号尺寸的设计关乎地图要素分布的合理性和地图显示的美观。电子地图具有放大、缩小、漫游等功能，所以符号尺寸设计还要考虑屏幕分辨率的大小，分辨率越高，符号尺寸越大。笔者结合此次实践中地图1:10000的比例尺和点状要素的分布情况，将符号的高和宽都设计在50毫米左右。当地图的比例尺大于等于1:100000时，可以将该大比例尺地图的具体比例尺大小与1:10000相比较，设置相应大小的地图符号;当地图为中、小比例尺地图时，点状符号堆叠在一起，非常不美观。笔者通过设置点要素层的最小显示比率来解决这一问题，也就是说，当地图显示的比例尺小于该最小显示比时，点状要素将不会显示在地图上;只有当地图显示的比例尺大到一定程度，即大于最小显示比率时，点状要素才会显示在地图上。

(3)符号的色彩

色彩是构成地图符号的最基本要素。在符号设计中合理利用色彩，不仅能够简化符号系统，而且能够增强地图符号的美感，提高地图的表达效果。符号色彩设计应遵循以下两条原则:其一，注重色彩的象征意义，设计的符号色彩应尽量与实际事物所显示的色彩相同或相似;其二，注重符号色彩种类的选择，种类不宜过多，防止因色彩种类采用过度而破坏地图美感。笔者在符号色彩设计中遵循上述原则，如停车场用蓝底白字表示，医院用红底白字表示，与它们在现实生活中代表的形象一致，而且单个符号一般采用1～2种颜色，最多不超过3种。

3.3.3 地图色彩设计

(1)突出主题要素

坚持从整体到局部的原则，先确定地图颜色的总基调，再进行局部设色。对于主题要素，多使用原色或暖色，而对于非主题要素，多使用中性色或复色。与间色和复色相比，原色能给人留下更深的印象，合理使用原色便于读者准确把握主题。此外，色彩有冷暖之分，暖色比冷色的色彩记忆性更强，所以在主题要素表示时多用暖色。图8是天津市滨海中心商务区交通图，在图中重点反映的是该地区的道路交通情况，所以在地图色彩设计时，这些要素的色彩就要设计得比较突出。如一级道路用棕黄色RGB(253，194，101)，二级道路用土黄色 RGB(254，221，102)，三级道路用淡黄色 RGB(255，246，116)，轻轨用深蓝色 RGB(0，0，175)。

(2)考虑读者读图感受

合理的地图设色使读者在读图时产生轻松愉悦的感觉，而不恰当的地图设色不仅不能突出主题，而且会使读者产生不悦之感。地图是现实世界的模拟图，在设计色块时，要充分考虑人们在长期阅图中形成的习惯，尽量选择更接近自然界实物的色彩。如图8中，用蓝色RGB(153，183，211)来表示河流，用绿色RGB(171，215，160)来表示植被。

(3)合理使用中性色

中性色主要包括黑、灰、白、金、银五种，它们与其他颜色搭配使用，起到突显其他颜色的作用。在地图设计中最常用到的是黑、白、灰三种。其中，黑色常用来表示区域轮廓线或地图图框的颜色;灰色给人的视觉冲突感较弱，所以多用来表示地图背景的色彩;白色一般不单独使用，常与其他中性色搭配使用，如铁路用灰白相间的线状符号来表示。

3.3.4 地图显示效果优化

(1)光滑处理

在绘制道路时，如果输入的造折线非水平也非垂直的话，显示的道路线会产生毛边，不光滑。造成失真的原因是:这些线条在光栅图形显示器中对应的图形是由一系列相同亮度的离散像素来表示连续量的［15］。之前我们常通过编写一个程序来进行线条的光滑，但这种方式费时效率低。MapGIS K9提供了相应的快捷操作，方便线条的光滑处理，在工具栏的［设置］下选择［视窗选项］，用户可根据弹出的视图显示参数对话框调整图像质量。图2是低图像质量与高图像质量效果对比图。

(2)道路贯通

道路是交通图中非常重要的主题要素，它可以用线表示，也可以用面表示。笔者这里用的是面状道路，与线状道路相比，它在十字路口、立交桥等显示上更加科学美观。但由于线状道路绘制效率高，目前制图中普遍采用线状道路。在线状道路绘制完成后，偶尔发现多条道路相交在一起，道路之间不连通，不符合实际道路网络的分布。

MapGIS K9提供了一套专用的绘制驱动工具，可以快速地按整图、按专题图、按图形参数进行双线贯通图绘制，极大地减小了工作量并提高了显示效果。其中，按整图配置是在图3所示的双线道路绘制参数对话框中选择［简单配置］，设置内外线的线宽和颜色。设置完成后，该图层的所有道路由原先相交的单线变成按设置参数显示的双线，而且相交处的道路相互贯通;按专题图配置是根据道路等级属性字段建立单值专题图并设置线参数项中的线宽、可变线宽1、线颜色、可变颜色1作为该等级道路贯通显示参数，它们之间的对应关系如表1所示。然后选择自绘驱动制图表达_道路，自绘参数设置选择使用专题图。设置完成后，根据专题图中不同等级道路所设置的参数实现道路贯通;按图形参数配置与按专题图配置相似，它是根据用户自定义道路的线宽、可变线宽1、线颜色、可变颜色1，实现道路贯通，如手动选中不同等级的道路进行不同的参数设置。

图2 低图像质量与高图像质量效果对比图

图3 双线道路绘制参数设置对话框

表1 线参数与自绘参数关系对应表

(3)桥梁绘制

桥梁作为道路交通网络的一部分，在城市交通图中拥有重要地位。先利用线编辑工具绘制桥梁的一边，然后利用工具栏［通用编辑］下的［图元镜像］中的原点镜像，选中已经绘制好的一边桥梁即可形成长度相等、形状相同的另一边桥梁。这种方法是桥梁绘制的常用方法，但它的缺点是绘制的单一桥梁至少需要由八个坐标组成，不符合仅由起止两个坐标组成的情况，而且灵活度和便捷度都不太理想。MapGIS K9提供了更高效的桥梁绘制方法，具体实现步骤如下:选中并右击桥梁图层，选择［属性］，在弹出的桥属性页左侧选择［显示］，右侧进行图层自绘设置，包括自绘驱动选择和自绘参数设置。其中，在自绘驱动中选择制图表达_桥梁，在自绘参数设置中会弹出图4所示对话框，用户可以自定义桥宽度、桥墩长、线宽度和线颜色。设置完成后，可以通过线编辑中的输入造折线，确定线的起始坐标和终止坐标即可完成桥梁绘制。图5是利用常用方法与自绘驱动方法效果对比图。

图5 常用方法与自绘驱动方法效果对比图

图4 桥绘制参数设置对话框

(4)立体显示

立体显示常用在电子地图的图形设计中，它能够更加逼真地反映图形的位置、数量信息，模拟其在空间中的分布情况，提高图形的表达效果。目前常用的图形立体显示的方法主要有:其一，借助GIS软件，对平面图形的颜色和高度实现立体显示;其二，采用GDI+技术在符号设色模块中增加填充效果的选项，利用色彩的渐变产生立体层次感［1］;其三，利用光影技术，实现点、线、面符号的立体显示，增加地图的层次感与立体感［4］。MapGIS K9中立体显示的原理是方法一。由于此次实践的地图是城市交通图，笔者选择建筑物图层为立体显示的对象，来模拟城市交通网络中建筑物的分布情况。具体实现步骤如下:选中并右击建筑物图层，选择［属性］，在弹出的建筑物属性页左侧选择［显示］，右侧进行图层自绘设置，自绘驱动选择［立体显示］，自绘参数按图6所示进行设置。图7是平面图形显示与立体显示效果对比图。

图6 立体显示设置对话框

图7 平面图形显示与立体显示效果对比图

4 结语

通过自定义系统库，设计制图所需的符号、色彩和字体，弥补默认系统库的不足;从形状、大小、颜色三方面进行地图符号的设计;根据突出主题要素、考虑读者读图感受以及合理使用中性色设计地图色彩;从光滑处理、道路贯通、桥梁绘制、立体显示四方面对地图显示效果进行优化，增强地图显示的美感。图8为最终的成果图。

图8 天津市滨海中心商务区交通图

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