一种月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及行星地图制图与数据可视化领域，尤其涉及一种月球大比例尺地形晕 渲图分层设色方法。
【背景技术】
[0002] 月球的形貌与地球具有较大差异，月面主要存在月海、高地、撞击坑等地物。在全 月尺度下的分幅地图中，月面地物分布多，地形起伏度变化较大，高程变化在千米以上；而 在大比例尺范围内，月球表面地物分布少，地形起伏变化小，部分区域变化可能只在数十米 到数百米之间。因此，需要一些特殊的地图制作方法才能将这种变化较小的地形特征展现 出来。月球地形晕植图（Shaded Relief Maps)是一种可行的表达月球地形细节特征的地图 制作方法，其原理是通过模拟实际地面本影与落影的方法来反映实际地形起伏特征，现今， 随着数字地图处理技术的发展，数字地貌晕渲图一般以栅格形式的数字地形模型Oigital Terrain Model)作为数据源，每个栅格地形数据（X，Y，Z)包含坐标信息（X，Y)及地形数值 信息（Z)，通过设置光源高度角、方位角，计算地面光照通量，根据相应栅格数值进行颜色赋 值得到。
[0003] 地形晕渲图表达月球地势、地形特征的效果与选取的分层颜色有重要关系。传统 的月球地貌晕渲图颜色设置时，需要根据地形数据的特点，按照数据分布特点进行分层，而 后对每层数据人工手动配置颜色，效率低下，对于大比例尺下急剧增加的月球地形数据无 能为力，严重制约了月球地貌晕渲图的生产效率；然而现有的晕渲图自动制作工具，只能采 用提前预置好的颜色色表进行设色，难以根据分幅地形数据的特点，自动调整数据分层，选 择颜色进行赋值，因此，得到的晕渲图往往颜色变化集中在小片区域，而大部分图幅色调却 变化不大，不能突出整体的地形变化特征，具体表现见图1。
【发明内容】
[0004] 针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种月球大比例尺地形晕渲图分 层设色方法，以实现对大比例尺下月球地形晕渲图的合理设色，表现出图幅范围内的月球 表面整体地形变化特征。
[0005] 根据本发明的一种月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法，包括以下步骤：
[0006] 数据输入步骤，输入作为原始月球数字地形数据的栅格地形数据；
[0007] 数据排序步骤，将原始月球数字地形数据按照栅格数值从最低值到最高值进行排 序；
[0008] 数据分层步骤，设置分层数K，根据月球大比例尺地形晕渲图中两个相邻分层占的 图幅面积相等的方式，计算排序后的月球数字地形数据的相邻各层之间的各个分层间隔数 值Ei，从而得到K层分层数据，其中，K为大于等于3的整数，i = 1，2-K-1 ;
[0009] 颜色设定步骤，设定三个分层初始颜色A、B、C，并且当K大于3时，计算出分层初 始颜色A和B之间以及分层初始颜色B和C之间的共K-3个过渡颜色，以得到共K个颜色； 以及
[0010] 颜色应用步骤，将K个颜色分别对应到K层分层数据，以进行月球地形晕渲图分层 设色。
[0011] 优选地，在数据分层步骤中，统计各个相邻分层间隔数值之间的栅格地形数据数 目所占整个图幅栅格地形数据数目的百分比，当每两个相邻分层数值之间的栅格地形数据 数目所占整个图幅栅格地形数据数目的百分比都相等时，则可以确定排序后的月球数字地 形数据的相邻各层之间的各个分层间隔数值Ei。
[0012] 优选地，在颜色设定步骤中，基于色差公式计算得到两种颜色的色差，以确定K-3 个过渡颜色。
[0013] 优选地，在颜色设定步骤，分层初始颜色A、B、C都是RGB模型颜色，并将RGB模型 的分层初始颜色A、B、C转换为CIElab模型的分层初始颜色A、B、C以计算K-3个CIElab 模型的过渡颜色。
[0014] 优选地，在颜色设定步骤中，所述色差公式是CIEl*a*bl976标准色差公式，通 过计算各个过渡颜色离其两端的颜色的色差距离，计算确定分层初始颜色A与B之间的 CIElab模型的过渡颜色值、分层初始颜色B与C之间的CIElab模型的过渡颜色值。
[0015] 优选地，采用等间距定比分点方法，计算确定分层初始颜色A与B之间的CIElab 模型的过渡颜色、分层初始颜色B与C之间的CIElab模型的过渡颜色。
[0016] 优选地，当K大于3时，根据相邻颜色色差相等的方式，计算分层初始颜色A与B 之间的过渡颜色Mi，其中i = 1，2- (K-3)/2,分层初始颜色B与C之间的过渡颜色Pi，其 中i = 1，（K-3)/2,如果K为偶数，则过渡颜色Mi的数量比过渡颜色Pi的数量多1个， 或过渡颜色Pi的数量比过渡颜色Mi的数量多1个。
[0017] 优选地，将K-3个CIElab模型的过渡颜色转换为K-3个RGB模型的过渡颜色，以 得到共K个RGB模型的颜色。
[0018] 优选地，在颜色设定步骤中，所述色差公式是CIE94色差公式或CIEDE2000色差公 式。
[0019] 优选地，三个分层初始颜色A、B、C依次分别为冷色、白色、暖色。
[0020] 本发明针对月球大比例尺地形晕渲图自动化分层设色中难以表现地形特征细节 的问题，提出了一种月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法，通过月球地形数据聚类分层 与对应颜色设置自动匹配来解决该问题，从而得到能更好表现大比例尺下的地形特征细节 的地形晕渲图。本发明使得大比例尺下，月球地形晕渲图中的地形细节特征能够得到表达， 颜色配置合理，提高了地形晕渲图的可视化效果，保证了的月球地形图的信息传输能力，充 分满足月球大比例尺下地形晕渲图的用图需求，效果明显。
【附图说明】
[0021] 图1是月球表面虹湾区域内部分区域的地形晕渲图的一个示例。
[0022] 图2是选取的月球虹湾区域内一块区域的数字高程模型数据分布统计图。
[0023] 图3是使用本发明的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法计算高程数据分层 及进行对应的颜色设置，而得到的图层分层设色颜色列表的一个示例。
[0024] 图4是使用根据本发明的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法得到的分层数 据及其对应颜色列表应用于数字高程模型数据，制作得到的最终月球地形晕渲效果图的一 个示例。
[0025] 图5是本发明的一种优选实施方式中的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法 的流程图。
[0026] 图6是本发明的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0028] 本发明提供一种月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法，该方法以体现出大比例 尺下月球表面的具体地形细节特征为目的，针对月球数字地形特征进行数据分层，提出基 于相邻分层所占月球图幅面积相等的原则，选择地形数据的分类间隔数值的方法。与此同 时优选地，本发明还提出一种基于相邻分层颜色色差相等的原则，进行过渡颜色选取的方 法。
[0029] 图6是本发明的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法的流程图。
[0030] 图6所示的根据本发明的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法包括以下步骤：
[0031] 数据输入步骤，输入作为原始月球数字地形数据的栅格地形数据；
[0032] 数据排序步骤，将原始月球数字地形数据按照栅格数值从最低值到最高值进行排 序；
[0033] 数据分层步骤，设置分层数K，根据月球大比例尺地形晕渲图中两个相邻分层占的 图幅面积相等的方式，计算排序后的月球数字地形数据的相邻各层之间的各个分层间隔数 值Ei，从而得到K层分层数据，其中，K为大于等于3的整数，i = 1，2-K_1 ;
[0034] 颜色设定步骤，设定三个分层初始颜色A、B、C，并且当K大于3时，计算出分层初 始颜色A和B之间以及分层初始颜色B和C之间的共K-3个过渡颜色，以得到共K个颜色； 以及
[0035] 颜色应用步骤，将K个颜色分别对应到K层分层数据，以进行月球地形晕渲图分层 设色。
[0036] 优选地，在数据分层步骤中，统计各个相邻分层间隔数值之间的栅格地形数据数 目所占整个图幅栅格地形数据数目的百分比，当每两个相邻分层数值之间的栅格地形数据 数目所占整个图幅栅格地形数据数目的百分比都相等时，则可以确定排序后的月球数字地 形数据的相邻各层之间的各个分层间隔数值Ei。
[0037] 图5是本发明的一种优选实施方式中的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方法 的流程图。在图5所示的优选实施方式中，本发明的月球大比例尺地形晕渲图分层设色方 法可以通过月球数字地形数据的等面积分层方法和基于CIElab色差模型的过渡颜色选取 方法来实现：
[0038] (1)月球数字地形数据的等面积分层方法
[0039] 月球大比例尺数字地形数据的等面积分层方法，具体按照如下步骤进行：
[0040] ①统计月球数字地形数据，得出栅格地形数据中数值（Z值）最小的，记为Emin，数 值最大的，记为Emax，总栅格数目记为N，并对所有地形数据按照数值从小到大进行排序。
[0041] ②设置数据分层数目，记为K，按照分层中每一层面积相等的方式，则每一层所含 的栅格数值数目为N/K，从最小的栅格数值开始，对排好序的栅格地形数据进行累计计算， 当栅格数目累计达到N/K时候，则为第一层E1，此时的地形数据数值作为第一层的分层的 间隔数值，依此类推，得到每一层的分层的间隔数值Ei(i为1，2…，K-1)。优选地，K为大于 3的整数。
[0042] (2)基于CIElab色差模型的过渡颜色选取方法
[0043] 优选地，在颜色设定步骤中，基于色差公式计算得到两种颜色的色差，以确定K-3 个过渡颜色。
[0044] 优选地，在颜色设定步骤，分层初始颜色A、B、C都是RGB模型颜色，并将RGB模型 的分层初始颜色A、B、C转换为CIElab模型的分层初始颜色A、B、C以计算K-3个CIElab 模型的过渡颜色。
[0045] 优选地，在颜色设定步骤中，所述色差公式是CIEl*a*bl976标准色差公式，通 过计算各个过渡颜色离其两端的颜色的色差距离，计算确定分层初始颜色A与B之间的 CIElab模型的过渡颜色值、分层初始颜色B与C之间的CIElab模型的过渡颜色值。
[0046] 优选地，采用等间距定比分点方法，计算确定分层初始颜色A与B之间的CIElab 模型的过渡颜色、分层初始颜色B与C之间的CIElab模型的过渡颜色。
[0047] 例如，基于CIEl*a*bl976色差模型（CIEl*a*bl976标准色差公式）的过渡颜色选 取方法具体按照如下步骤进行：
[0048] ①设置三个初始RGB模型的颜色A(rl，gl，bl)，颜色B(r2，b2，c