專利名稱：基于力矩平衡原理建立地圖視覺平衡模型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于力矩平衡原理建立地圖視覺平衡模型的方法。
背景技術(shù)：
在力學(xué)中力矩平衡分為兩種點力矩平衡的充要條件是！5^= ^其中 Τ力第i個點力矩，Σ巧為i個點力矩的矢量和；軸力矩平衡的充要條件是順時針方向的力矩和逆時針方向的力矩大小相等；在地圖設(shè)計領(lǐng)域中，視覺重量是由于地圖上的圖形由于尺寸、形狀、顏色等圖形特征及所處的位置的不同，有些看起來重些，有些看起來輕些，這種視覺效果稱為視覺重量；視覺平衡是指按一定原則編排地圖上的圖形單元，使之達到合理、生動的一種視覺效果。地圖的圖面設(shè)計不僅包括主區(qū)的構(gòu)圖而且涉及圖名、圖例、附圖、比例尺等圖外要素(圖外要素是指除主區(qū)以外的圖上要素)的位置、范圍以及形式的設(shè)計。如何在滿足不同功能需求用戶個性化定制的同時，保持地圖易閱讀和使用效果，圖面各種要素的配·置就必須滿足視覺平衡的要求。目前，地圖設(shè)計人員對視覺平衡的評估主要是地圖設(shè)計者依靠長期的經(jīng)驗定性判斷是否達到視覺平衡，經(jīng)常出現(xiàn)不同設(shè)計者結(jié)論不統(tǒng)一的現(xiàn)象，甚至設(shè)計者對自己的評估結(jié)果無法尋找依據(jù)。如果設(shè)計地圖結(jié)論不統(tǒng)一或無法判斷是否達到視覺平衡，會對地圖設(shè)計過程和設(shè)計結(jié)果即地圖本身都產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。具體如下一、如果設(shè)計結(jié)論不統(tǒng)一則眾多的設(shè)計環(huán)節(jié)如圖例設(shè)計、比例尺設(shè)計、版式設(shè)計、插圖設(shè)計、附圖設(shè)計等無法統(tǒng)一規(guī)劃，無法統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各個環(huán)節(jié)互相沖突，那么地圖設(shè)計整體進程無法順利進行；二、如果地圖設(shè)計結(jié)論不統(tǒng)一，則會出現(xiàn)不同設(shè)計者有不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計產(chǎn)品，即設(shè)計的地圖產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，更為嚴(yán)重的是因為沒有視覺平衡的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，因此無法對這些較差質(zhì)量的地圖產(chǎn)品進行有根據(jù)的評估，較低水平的設(shè)計人員也因為沒有標(biāo)準(zhǔn)而找不到設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量較低的原因，因此研究基于力矩平衡原理建立地圖視覺平衡模型具有一定意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種基于力矩平衡原理建立地圖視覺平衡模型的方法，可有效解決設(shè)計的地圖難以判斷是否達到視覺平衡和有效使用的問題。本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，由于力矩平衡模型和視覺平衡模型的模擬相似度，根據(jù)力矩平衡模型且兼顧視覺平衡的影響因素，提出視覺重力矩的概念并建立函數(shù)模型，計算各個區(qū)的視覺重力矩以及視覺平衡模型衡量參數(shù)R1和R2,將視覺平衡模型衡量參數(shù)R1和R2與視覺平衡的閾值Pp P2,比較判斷是否達到視覺平衡。本發(fā)明根據(jù)力矩平衡原理，計算地圖視覺平衡影響因素的重力矩，確定地圖視覺平衡模型衡量參數(shù)，建立了地圖視覺平衡模型，使地圖視覺平衡定性評估轉(zhuǎn)化為定量評估，方法簡單，操作方便，使用效果好。


圖I為本發(fā)明的交通圖視覺平衡模型構(gòu)建的示意圖。圖2為本發(fā)明的五種版式的示意圖。圖3為本發(fā)明的交通圖視覺平衡模型實現(xiàn)的示意圖。圖4為本發(fā)明的北美洲的義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)地理教學(xué)掛圖。圖5為本發(fā)明的中華人民共和國地圖。圖6為本發(fā)明的《中國高速公路及城鄉(xiāng)公路網(wǎng)地圖集》中秦皇島市唐山市地圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明。由圖I-圖6給出，本發(fā)明建立地圖視覺平衡模型的步驟如下第一步模擬相似度確定，由于視覺重量的影響因子和視覺重量之間的比例關(guān)系與力矩的函數(shù)關(guān)系類似，力矩平衡模型和視覺平衡模型的模擬相似度，根據(jù)力矩平衡模型且兼顧視覺平衡的影響因素，對視覺重量的定義進行拓展后提出視覺重力矩的概念；第二步地圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，選取專題地圖作為模型實現(xiàn)用圖，選取的專題地圖中所有圖元(圖形單元)滿足以下條件①圖元之間不能交叉、不能擠壓扭曲，具有不同形狀而且不能簡化為點狀，即所有圖元類似物理學(xué)中的剛性物體，剛性物體在物理學(xué)中是指無論受力多少形狀都不變化的物體；②設(shè)垂直于圖面且朝向前方向的虛擬坐標(biāo)軸為X軸，所有圖元圍繞X軸模擬轉(zhuǎn)動；③X軸不用分析本身的受力情況；所述的專題地圖為包括不同使用方式的專題地圖如掛圖、桌面用圖或地圖冊，也涵蓋不同用途的專題地圖如交通圖、政區(qū)圖或教學(xué)掛圖等；第三步函數(shù)模型構(gòu)建，所有圖元的視覺重力矩是決定一幅專題地圖整體是否達到視覺平衡的直接因素，絕對值為圖元的視覺重力乘以原點(該專題地圖的中心點即為原點，以下同)到該圖元視覺中心(又稱圖元中心點)的距離，其中視覺重力為圖元面積與視覺密度平均值的乘積，因圖形區(qū)域的視覺中心是一個位于其幾何中心略微上方的點，所以對于分布均勻的圖元來講，幾何中心和視覺中心近似重合，視覺重力矩函數(shù)模型如公式(I)
權(quán)利要求
1.一種基于力矩平衡原理建立地圖視覺平衡模型的方法，其特征在于，具體步驟如下 第一步模擬相似度確定，由于視覺重量的影響因子和視覺重量之間的比例關(guān)系與力矩的函數(shù)關(guān)系類似，力矩平衡模型和視覺平衡模型的模擬相似度，根據(jù)力矩平衡模型且兼顧視覺平衡的影響因素，對視覺重量的定義進行拓展后提出視覺重力矩的概念； 第二步地圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，選取專題地圖作為模型實現(xiàn)用圖，選取的專題地圖中所有圖元滿足以下條件 ①圖元之間不能交叉、不能擠壓扭曲，具有不同形狀而且不能簡化為點狀，即所有圖元類似物理學(xué)中的剛性物體，剛性物體在物理學(xué)中是指無論受力多少形狀都不變化的物體； ②設(shè)垂直于圖面且朝向前方向的虛擬坐標(biāo)軸為X軸，所有圖元圍繞X軸模擬轉(zhuǎn)動； ③X軸不用分析本身的受力情況； 所述的專題地圖為包括不同使用方式的掛圖、桌面用圖或地圖冊，或涵蓋不同用途的交通圖、政區(qū)圖或教學(xué)掛圖； 第三步函數(shù)模型構(gòu)建，所有圖元的視覺重力矩是決定一幅專題地圖整體是否達到視覺平衡的直接因素，絕對值為圖元的視覺重力乘以原點到該圖元視覺中心的距離，其中視覺重力為圖元面積與視覺密度平均值的乘積，因圖形區(qū)域的視覺中心是一個位于其幾何中心略微上方的點，所以對于分布均勻的圖元來講，幾何中心和視覺中心近似重合，視覺重力矩函數(shù)模型為VGt=SiXpi\vm\ = VG X L <VM f '公式⑴/ =〉/-I 其屮(ISSefl然數(shù)Ml<i<4,je[H然數(shù)#) 公式(I)中_是第i個圖元的視覺重力，其大小為第i個圖元的面積Si與第i個圖元的視覺密度平均值P i的乘積，其方向沿Z軸的負方向，Z軸位于圖面內(nèi)，垂直向上為正方向，視覺密度平均值P i由統(tǒng)計得出，Y軸，Z軸將圖面分為4個區(qū)，VM^是第j個區(qū)內(nèi)η個視覺重力矩的和，Vmi是專題地圖中第i個圖元相對于轉(zhuǎn)動軸X的視覺重力矩，根據(jù)視覺重力矩的定義，Vmi絕對值為第i個圖元的視覺重力與第i個圖元視覺中心到原點的距離ζ的乘積，并且在第2，4區(qū)為正，在第1，3區(qū)為負，所述的統(tǒng)計是根據(jù)不同專題地圖對不同種類專題地圖設(shè)計人員進行顏色密度比值、形狀密度比值和位置密度比值的統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計人數(shù)分別求出適合專題地圖的視覺密度影響因子平均值，由表I給出，視覺密度影響因子平均值包括顏色密度比值的平均值、形狀密度比值的平均值和位置密度比值的平均值，顏色密度比值的平均值、形狀密度比值的平均值和位置密度比值的平均值相加即得視覺密度平均值，所述的顏色密度比值、形狀密度比值和位置密度比值分別是顏色、形狀和位置三個因子在圖元的視覺密度影響因素中所占的值，顏色密度比值、形狀密度比值和位置密度比值均大于零，且小于100，視覺密度影響因素包括顏色密度、形狀密度和位置密度 表I視覺密度影響因子平均值
全文摘要
本發(fā)明涉及基于力矩平衡原理建立地圖視覺平衡模型的方法，可有效解決設(shè)計的地圖難以判斷是否達到視覺平衡和有效使用的問題，由于力矩平衡模型和視覺平衡模型的模擬相似度，根據(jù)力矩平衡模型且兼顧視覺平衡的影響因素，提出視覺重力矩的概念并建立函數(shù)模型，計算各個區(qū)的視覺重力矩以及視覺平衡模型衡量參數(shù)R1和R2，將視覺平衡模型衡量參數(shù)R1和R2與視覺平衡的閾值P1、P2，比較判斷是否達到視覺平衡，本發(fā)明根據(jù)力矩平衡原理，計算地圖視覺平衡影響因素的重力矩，確定地圖視覺平衡模型衡量參數(shù)，建立了地圖視覺平衡模型，使地圖視覺平衡定性評估轉(zhuǎn)化為定量評估，方法簡單，操作方便，使用效果好。
文檔編號G09B29/00GK102789737SQ20121028493
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月11日
發(fā)明者崔秀飛, 於建峰, 游雄, 王光霞, 王富強, 袁田, 馬俊, 齊曉飛 申請人:中國人民解放軍信息工程大學(xué)