曲軸坐標系量化圖形學

前言

本書是在“地學量化信息曲軸坐標系圖形可視化研究”成果基礎上撰寫的一部著作。這項研究于2003年獲河北省教育廳科研基金的資助，并于2006年獲河北省自然科學基金的資助。該成果2009年初通過了專家鑒定，并發(fā)表了學術論文。由于這項研究屬于應用基礎研究，因此，本書設計理論圖形200余幅，按實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制了60多幅實用圖形，具備了理論與實踐結合的完整內(nèi)容。這項研究是在谷寶慶先生的學術思想指導下開展的，是“斜角坐標系組合圖型研究”的深入與拓展，主要目的是為完善和豐富專題地圖的圖形展現(xiàn)提供基礎條件，而這項成果又可直接用來傳遞量化信息，也為發(fā)展統(tǒng)計制圖學提供了圖形與技術支持。本書是傳承河北師范大學地圖學與GIS教研室?guī)资陙韽氖铝炕瘓D形學研究的最新成果，其內(nèi)容在繼承的基礎上，又有新理論的提出和新技術的應用，體現(xiàn)了本書的先進性與實用性。正當此書問世之際，恰逢恩師谷寶慶先生八十華誕，學生謹呈此著作向谷先生表示熱烈的祝賀！本書從制圖需要出發(fā)，研究建立了“曲軸坐標系統(tǒng)”，為量化圖形奠定了新的數(shù)學基礎，突破了直軸坐標系的局限，拓展了量化圖形制圖空間，具有反映事物“大信息量、高表現(xiàn)力、多功能、可視性強”的特點，曲軸坐標系無論在形式上，還是在功能上都遠遠超過直軸坐標系圖形。本書對于探索量化圖形的科學體系、構圖機理、豐富和發(fā)展量化圖形學有重要的科學意義。本書以曲軸坐標系原理、圖譜設計和計算機制圖構建整體框架，以曲軸坐標系圖形可視化為主線，力求文字簡潔明了、重點突出、圖文并茂、理論與實踐緊密結合。書中曲軸坐標系原理部分側重闡述了曲軸坐標系的概念、構成原理、分類體系、變形規(guī)律，曲軸坐標系量化圖形可視化變量分析，曲軸坐標系圖形組合類型與造型等；圖譜設計部分按先理論論述、后實用圖形繪制的體系，分直曲軸坐標系圖形譜和全曲軸坐標系圖形譜闡明；計算機制圖部分論及軟件設計的思想、原則、技術路線和主要功能，并就開發(fā)的實驗軟件繪制的部分圖形進行了展示。

內(nèi)容概要

本書從制圖需要出發(fā)，研究建立了“曲軸坐標系統(tǒng)”，為量化圖形奠定了新的數(shù)學基礎，突破了直軸坐標系的局限，拓展了量化圖形制圖空間，具有反映事物“大信息量、高表現(xiàn)力、多功能、可視性強”的特點。曲軸坐標系無論在形式上，還是在功能上都遠遠超過直軸坐標系圖形。本書對于探索量化圖形的科學體系、構圖機理、豐富和發(fā)展量化圖形學有重要的科學意義。全書共10章，全面介紹了曲軸坐標系的構成原理、變形規(guī)律、圖形可視化變量分析、圖形組合類型與造型、基礎圖形譜、復式圖形譜和計算機制圖方法等。    本書可供從事專題地圖制圖、統(tǒng)計制圖，各規(guī)劃、統(tǒng)計、地理信息服務部門的工作人員和高等院校地學、統(tǒng)計、測繪與經(jīng)貿(mào)等專業(yè)師生參考。

書籍目錄

前言第1章  導論  1.1  量化圖形的概念和特點  1.2  直軸坐標系和曲軸坐標系    1.2.1  直軸坐標系    1.2.2  曲軸坐標系  1.3  曲軸坐標系量化圖形及其功用  1.4  曲軸坐標系量化圖形的構成    1.4.1  數(shù)學基礎    1.4.2  內(nèi)容圖形    1.4.3  輔助要素  1.5  曲軸坐標系量化圖形的展現(xiàn)    1.5.1  數(shù)學基礎的展現(xiàn)    1.5.2  內(nèi)容圖形的展現(xiàn)    1.5.3  輔助要素的展現(xiàn)  1.6  計算機制圖第2章  曲軸坐標系統(tǒng)  2.1  曲軸坐標系的構成原理與構成條件    2.1.1  曲軸坐標系的概念    2.1.2  曲軸坐標系的構成    2.1.3  曲軸坐標系的構成條件    2.1.4  曲軸坐標系的演化基礎  2.2  曲軸坐標系的分類系統(tǒng)    2.2.1  分類標志    2.2.2  分類體系  2.3  曲軸坐標系的構成形式    2.3.1  直曲軸坐標系的各種坐標網(wǎng)形式    2.3.2  雙曲軸坐標系的各種坐標網(wǎng)形式第3章  曲軸坐標系的變形規(guī)律  3.1  直曲軸坐標系的變形分析    3.1.1  面積變形    3.1.2  角度變形    3.1.3  長度變形    3.1.4  形狀變形  3.2  雙曲軸坐標系的變形分析    3.2.1  面積變形    3.2.2  角度變形    3.2.3  長度變形    3.2.4  形狀變形  3.3  曲軸坐標系的曲率選取原則與閾限    3.3.1  曲率對坐標系的影響    3.3.2  曲率選取的原則    3.3.3  曲率選取的閾限第4章  曲軸坐標系量化圖形可視化變量分析  4.1  數(shù)學基礎可視化變量    4.1.1  直曲軸排列    4.1.2  坐標軸夾角    4.1.3  坐標軸向    4.1.4  曲率    4.1.5  坐標軸的凹凸情況    4.1.6  分劃方式    4.1.7坐標系結構  4.2  內(nèi)容圖形可視化變量    4.2.1  形狀    4.2.2  顏色    4.2.3  紋理    4.2.4  尺寸    4.2.5  結構第5章  曲軸坐標系圖形組合類型與造型  5.1  圖形組合條件    5.1.1  軸邊組合    5.1.2  頂角組合    5.1.3  邊角組合  5.2  圖形組合要求  5.3  圖形組合類型    5.3.1  雙坐標系圖形組合類型    5.3.2  多坐標系圖形組合類型  5.4  圖形組合功能    5.4.1  平列型    5.4.2  主輔型    5.4.3  混合型  5.5  曲軸坐標系的圖形造型功能    5.5.1  單坐標系圖形造型    5.5.2  雙曲軸坐標系圖形造型    5.5.3  多坐標系圖形造型第6章  曲軸坐標系基礎圖形譜  6.1  直曲軸坐標系構成形式    6.1.1  橫直豎曲坐標系    6.1.2  橫直斜曲坐標系    6.1.3  橫曲豎直坐標系    6.1.4  橫曲斜直坐標系    6.1.5  豎直斜曲坐標系    6.1.6  豎曲斜直坐標系    6.1.7  斜直斜曲坐標系  6.2  直曲軸坐標系實用圖形實例  6.3  全曲軸坐標系構成形式  6.4  全曲軸坐標系實用圖形第7章  曲軸坐標系復式圖形譜  7.1  同類曲軸坐標系的組合圖形    7.1.1  組合形式    7.1.2  實用圖形  7.2  不同類曲軸坐標系的組合圖形譜    7.2.1  雙坐標系組合形式    7.2.2  多坐標系組合形式    7.2.3  三面體組合圖形    7.2.4  實用圖形第8章  曲軸坐標繪圖軟件總體結構與數(shù)據(jù)交互  8.1  軟件的總體結構    8.1.1  數(shù)據(jù)采集編輯功能    8.1.2  圖形生成功能    8.1.3  圖形變換功能    8.1.4  圖形輸出功能  8.2  程序編碼與調(diào)試    8.2.1  編碼原則    8.2.2  調(diào)試方法  8.3  軟件的特點  8.4  數(shù)據(jù)文件獲取  8.5  繪圖數(shù)據(jù)選擇  8.6  圖形坐標變換    8.6.1  基本變換    8.6.2  曲軸統(tǒng)計圖形的變換方法  8.7  圖形縮放與移動    8.7.1  圖形的刷新    8.7.2  鼠標單擊事件    8.7.3  圖形縮放與移動  8.8  圖形保存  8.9  圖形打印第9章  曲軸坐標繪圖軟件圖形生成與控制  9.1  圖形生成過程及技術路線    9.1.1  前期準備    9.1.2  數(shù)學基礎    9.1.3  算法總體設計思路  9.2  圓弧的生成  9.3  坐標網(wǎng)格生成    9.3.1  直曲軸坐標網(wǎng)格生成    9.3.2  全曲軸坐標網(wǎng)格生成    9.3.3  圖形控制  9.4  填充柱圖生成    9.4.1  直曲軸填充柱圖算法    9.4.2  全曲軸填充柱圖算法  9.5  組合圖形生成    9.5.1  中心組合    9.5.2  軸邊組合    9.5.3  陣列組合第10章  曲軸坐標繪圖軟件制圖示例  10.1  軟件運行環(huán)境與要求  10.2  軟件安裝過程  10.3  軟件的界面  10.4  數(shù)據(jù)獲取  10.5  繪圖功能的使用    10.5.1  圖形分類軸的確定    10.5.2  繪圖數(shù)據(jù)選取    10.5.3  圖形形狀控制  10.6  直曲軸圖形繪制    10.6.1  直曲軸基本圖形繪制    10.6.2  直曲軸中心組合圖形繪制    10.6.3  直曲軸軸邊組合圖形繪制    10.6.4  直曲軸陣列組合圖形繪制  10.7  全曲軸圖形繪制    10.7.1  全曲軸基本圖形繪制    10.7.2  全曲軸中心組合圖形繪制    10.7.3  全曲軸軸邊組合圖形繪制    10.7.4  全曲軸陣列組合圖形繪制  10.8  圖形顯示和輸出    10.8.1  圖形顯示功能    10.8.2  圖形打印    10.8.3  保存圖形  10.9  輸出圖形樣圖主要參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：人類是視覺動物，通過圖形、圖像比文字、數(shù)字更容易建立空間事物的表象，理解事物的結構?？梢暬母拍罹褪菫榱诉m應人腦的形象思維功能而提出的，通過對大量的地學統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行可視化表達，使枯燥抽象的數(shù)據(jù)變得直觀生動，并提供一種交互式工具，使人們能夠通過簡單操作，對地學屬性信息進行圖形表達和規(guī)律分析。隨著信息技術的發(fā)展，越來越多的可視化方法被提出，但大多是想如何把地理信息的空間特征通過計算機、地圖等方法表示出來，地理信息的屬性特征表達方法挖掘和研究不夠，量化圖形的概念正是基于這方面的研究而提出的。1.1 量化圖形的概念和特點地理數(shù)據(jù)按表達形式劃分為兩個范疇，即空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類。空間數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)）是由地圖來展現(xiàn)的；而屬性數(shù)據(jù)（非定位數(shù)據(jù)）是對空間數(shù)據(jù)的注釋，它是由量化圖形來展現(xiàn)的。屬性數(shù)據(jù)在整個地理數(shù)據(jù)中占有絕對優(yōu)勢，因此，研究量化圖形的展現(xiàn)及其深層次的分析與傳輸問題是十分必要的。量化圖形即指將各種數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后所表示的圖形，它是通過圖形來反映數(shù)量指標的，包括各種統(tǒng)計圖、觀測圖、量測圖和相對位置圖等。量化圖形是一種高效率傳遞信息的方式，具有形象直觀、一目了然的顯著特點，它在很多方面優(yōu)于自然語言的感受效果，有助于反映事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，便于分析、揭示和研究問題。自從17世紀法國數(shù)學家笛卡兒創(chuàng)立直角坐標系以來，量化圖形的展現(xiàn)一直以簡單的柱狀圖、曲線圖和百分圓圖形為主導，盡管后來引入了極坐標系，量化圖形的種類也有所增加，但多是“就圖論圖”，所能展示的圖形少，缺乏科學的圖形分類，數(shù)學基礎和構圖原理研究薄弱，難以展現(xiàn)大信息量、多指標、不同計量單位和具有時空特征的地理數(shù)據(jù)，賦予圖形的信息量小，自然感受力也有限。隨著社會和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，原有量化圖形的理論、方法，遠不能適應當今多圖種、大信息量、多視角、強感受力的需要。為此，進行量化圖形的系統(tǒng)研究具有重要的科學和現(xiàn)實意義。

編輯推薦

《曲軸坐標系量化圖形學》特點：從制圖需要出發(fā)，研究建立了“曲軸坐標系統(tǒng)”，為量化圖形奠定了新的數(shù)學基礎。突破了直軸坐標系的局限，拓展了各種組合型的量化圖形，將圖形展現(xiàn)提高到了“大信息量、多功能、高表現(xiàn)力”的新水平。以曲軸坐標系圖形可視化為主線，闡明了曲軸坐標系的概念、構圖原理、分類體系、變形規(guī)律和圖譜設計方法，圖文并茂、理論與實踐緊密結合。結合曲軸坐標系圖形特點，設計開發(fā)了計算機制圖實驗軟件，為圖形推廣提供了技術條件。

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