专利名称：基于力矩平衡原理建立地图视觉平衡模型的方法
技术领域：
本发明涉及一种基于力矩平衡原理建立地图视觉平衡模型的方法。
背景技术：
在力学中力矩平衡分为两种点力矩平衡的充要条件是！5^= ^其中 Τ力第i个点力矩，Σ巧为i个点力矩的矢量和；轴力矩平衡的充要条件是顺时针方向的力矩和逆时针方向的力矩大小相等；在地图设计领域中，视觉重量是由于地图上的图形由于尺寸、形状、颜色等图形特征及所处的位置的不同，有些看起来重些，有些看起来轻些，这种视觉效果称为视觉重量；视觉平衡是指按一定原则编排地图上的图形单元，使之达到合理、生动的一种视觉效果。地图的图面设计不仅包括主区的构图而且涉及图名、图例、附图、比例尺等图外要素(图外要素是指除主区以外的图上要素)的位置、范围以及形式的设计。如何在满足不同功能需求用户个性化定制的同时，保持地图易阅读和使用效果，图面各种要素的配·置就必须满足视觉平衡的要求。目前，地图设计人员对视觉平衡的评估主要是地图设计者依靠长期的经验定性判断是否达到视觉平衡，经常出现不同设计者结论不统一的现象，甚至设计者对自己的评估结果无法寻找依据。如果设计地图结论不统一或无法判断是否达到视觉平衡，会对地图设计过程和设计结果即地图本身都产生严重的影响。具体如下一、如果设计结论不统一则众多的设计环节如图例设计、比例尺设计、版式设计、插图设计、附图设计等无法统一规划，无法统一标准，各个环节互相冲突，那么地图设计整体进程无法顺利进行；二、如果地图设计结论不统一，则会出现不同设计者有不同质量标准的设计产品，即设计的地图产品质量参差不齐，更为严重的是因为没有视觉平衡的数据标准，因此无法对这些较差质量的地图产品进行有根据的评估，较低水平的设计人员也因为没有标准而找不到设计产品质量较低的原因，因此研究基于力矩平衡原理建立地图视觉平衡模型具有一定意义。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种基于力矩平衡原理建立地图视觉平衡模型的方法，可有效解决设计的地图难以判断是否达到视觉平衡和有效使用的问题。本发明解决的技术方案是，由于力矩平衡模型和视觉平衡模型的模拟相似度，根据力矩平衡模型且兼顾视觉平衡的影响因素，提出视觉重力矩的概念并建立函数模型，计算各个区的视觉重力矩以及视觉平衡模型衡量参数R1和R2,将视觉平衡模型衡量参数R1和R2与视觉平衡的阈值Pp P2,比较判断是否达到视觉平衡。本发明根据力矩平衡原理，计算地图视觉平衡影响因素的重力矩，确定地图视觉平衡模型衡量参数，建立了地图视觉平衡模型，使地图视觉平衡定性评估转化为定量评估，方法简单，操作方便，使用效果好。
图I为本发明的交通图视觉平衡模型构建的示意图。图2为本发明的五种版式的示意图。图3为本发明的交通图视觉平衡模型实现的示意图。图4为本发明的北美洲的义务教育课程标准地理教学挂图。图5为本发明的中华人民共和国地图。图6为本发明的《中国高速公路及城乡公路网地图集》中秦皇岛市唐山市地图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。由图I-图6给出，本发明建立地图视觉平衡模型的步骤如下第一步模拟相似度确定，由于视觉重量的影响因子和视觉重量之间的比例关系与力矩的函数关系类似，力矩平衡模型和视觉平衡模型的模拟相似度，根据力矩平衡模型且兼顾视觉平衡的影响因素，对视觉重量的定义进行拓展后提出视觉重力矩的概念；第二步地图数据准备，选取专题地图作为模型实现用图，选取的专题地图中所有图元(图形单元)满足以下条件①图元之间不能交叉、不能挤压扭曲，具有不同形状而且不能简化为点状，即所有图元类似物理学中的刚性物体，刚性物体在物理学中是指无论受力多少形状都不变化的物体；②设垂直于图面且朝向前方向的虚拟坐标轴为X轴，所有图元围绕X轴模拟转动；③X轴不用分析本身的受力情况；所述的专题地图为包括不同使用方式的专题地图如挂图、桌面用图或地图册，也涵盖不同用途的专题地图如交通图、政区图或教学挂图等；第三步函数模型构建，所有图元的视觉重力矩是决定一幅专题地图整体是否达到视觉平衡的直接因素，绝对值为图元的视觉重力乘以原点(该专题地图的中心点即为原点，以下同)到该图元视觉中心(又称图元中心点)的距离，其中视觉重力为图元面积与视觉密度平均值的乘积，因图形区域的视觉中心是一个位于其几何中心略微上方的点，所以对于分布均匀的图元来讲，几何中心和视觉中心近似重合，视觉重力矩函数模型如公式(I)
权利要求
1.一种基于力矩平衡原理建立地图视觉平衡模型的方法，其特征在于，具体步骤如下 第一步模拟相似度确定，由于视觉重量的影响因子和视觉重量之间的比例关系与力矩的函数关系类似，力矩平衡模型和视觉平衡模型的模拟相似度，根据力矩平衡模型且兼顾视觉平衡的影响因素，对视觉重量的定义进行拓展后提出视觉重力矩的概念； 第二步地图数据准备，选取专题地图作为模型实现用图，选取的专题地图中所有图元满足以下条件 ①图元之间不能交叉、不能挤压扭曲，具有不同形状而且不能简化为点状，即所有图元类似物理学中的刚性物体，刚性物体在物理学中是指无论受力多少形状都不变化的物体； ②设垂直于图面且朝向前方向的虚拟坐标轴为X轴，所有图元围绕X轴模拟转动； ③X轴不用分析本身的受力情况； 所述的专题地图为包括不同使用方式的挂图、桌面用图或地图册，或涵盖不同用途的交通图、政区图或教学挂图； 第三步函数模型构建，所有图元的视觉重力矩是决定一幅专题地图整体是否达到视觉平衡的直接因素，绝对值为图元的视觉重力乘以原点到该图元视觉中心的距离，其中视觉重力为图元面积与视觉密度平均值的乘积，因图形区域的视觉中心是一个位于其几何中心略微上方的点，所以对于分布均匀的图元来讲，几何中心和视觉中心近似重合，视觉重力矩函数模型为VGt=SiXpi\vm\ = VG X L <VM f '公式⑴/ =〉/-I 其屮(ISSefl然数Ml<i<4,je[H然数#) 公式(I)中_是第i个图元的视觉重力，其大小为第i个图元的面积Si与第i个图元的视觉密度平均值P i的乘积，其方向沿Z轴的负方向，Z轴位于图面内，垂直向上为正方向，视觉密度平均值P i由统计得出，Y轴，Z轴将图面分为4个区，VM^是第j个区内η个视觉重力矩的和，Vmi是专题地图中第i个图元相对于转动轴X的视觉重力矩，根据视觉重力矩的定义，Vmi绝对值为第i个图元的视觉重力与第i个图元视觉中心到原点的距离ζ的乘积，并且在第2，4区为正，在第1，3区为负，所述的统计是根据不同专题地图对不同种类专题地图设计人员进行颜色密度比值、形状密度比值和位置密度比值的统计，根据统计人数分别求出适合专题地图的视觉密度影响因子平均值，由表I给出，视觉密度影响因子平均值包括颜色密度比值的平均值、形状密度比值的平均值和位置密度比值的平均值，颜色密度比值的平均值、形状密度比值的平均值和位置密度比值的平均值相加即得视觉密度平均值，所述的颜色密度比值、形状密度比值和位置密度比值分别是颜色、形状和位置三个因子在图元的视觉密度影响因素中所占的值，颜色密度比值、形状密度比值和位置密度比值均大于零，且小于100，视觉密度影响因素包括颜色密度、形状密度和位置密度 表I视觉密度影响因子平均值
全文摘要
本发明涉及基于力矩平衡原理建立地图视觉平衡模型的方法，可有效解决设计的地图难以判断是否达到视觉平衡和有效使用的问题，由于力矩平衡模型和视觉平衡模型的模拟相似度，根据力矩平衡模型且兼顾视觉平衡的影响因素，提出视觉重力矩的概念并建立函数模型，计算各个区的视觉重力矩以及视觉平衡模型衡量参数R1和R2，将视觉平衡模型衡量参数R1和R2与视觉平衡的阈值P1、P2，比较判断是否达到视觉平衡，本发明根据力矩平衡原理，计算地图视觉平衡影响因素的重力矩，确定地图视觉平衡模型衡量参数，建立了地图视觉平衡模型，使地图视觉平衡定性评估转化为定量评估，方法简单，操作方便，使用效果好。
文档编号G09B29/00GK102789737SQ20121028493
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月11日 优先权日2012年8月11日
发明者崔秀飞, 於建峰, 游雄, 王光霞, 王富强, 袁田, 马俊, 齐晓飞 申请人:中国人民解放军信息工程大学