地图图像视觉平衡质量的定量测度模型!
来源:测绘科学 日期:2018-07-28 浏览




    摘要


针对地图图面设计制作的统一协调性在定量评判分析上具有不确定性及其视觉平衡质量的衡量指标缺乏的问题,该文采用图像处理领域的灰度分布均衡方法及力矩平衡原理,提出了一种定量测度地图图像视觉平衡质量的新模型。实验结果表明,该模型简单易行,同时适用于矢量地图和影像地图视觉平衡判定,相比于传统评价模型,不仅可定量判断出地图图像是否达到视觉平衡,而且可据视觉平衡质量的衡量指标对地图图像视觉平衡质量排序,还可给出未达视觉平衡地图图像其视觉重量在横纵轴的偏重情况。


 


      引用格式



徐建新,张晶,张彦霞,等.地图图像视觉平衡质量的定量测度模型[J]. 测绘科学,2018,43(7):38-43.



正文



 


地图的美学质量作为衡量地图使用价值、科学质量及制图水平重要的特征之一,在地图制作的有效性检测及实际应用方面有着极其重要的作用[1],尤其随着科技进步而出现的影像地图编制,对地图的统一协调性提出了更高的要求。正确、合理地处理地图图面表达要素配置的统一协调关系,使地图在满足信息载负、传输、认知等功能的基础上,保持美观、易读的特点,其各要素配置就必须满足视觉平衡(visual balanceVB)[2],而地图视觉平衡也一直是地图设计者们关注的一个问题。

然而,如何对地图是否实现视觉平衡做出评价,由于人心理的刻画很难有一个统一的标准[3],以往地图设计人员普遍依靠自身长期经验做出判断,这无据可循且常导致不同的地图设计人员结论不一致,造成地图视觉平衡质量一直难以被量化。计算机技术、地理信息系统的不断发展及图像处理技术应用领域的日趋广泛为借助图像分析处理技术解决地图视觉平衡质量定量测度提供了契机[4-5]。许多学者从地图设计美学及平衡角度出发,在地图视觉效果的影响因素、评价及量化方法等方面做了大量研究,视觉平衡的概念被不断引入地图设计制作中,用于评价地图设计的美观性。例如:地图符号、色彩、构成及整体设计的统一协调等在地图设计中的应用探讨[6-8];地图视觉感知、地图载负量、符号尺寸等设计理论方面的方法讨论[9-10];地图视觉质量的影响因素优化地图设计及地图图像视觉平衡评价模型研究[11-14]。合理有效的视觉平衡模型不仅可以使得地图图面设计中尽量达到视觉平衡,以提高地图设计的工作效率,而且在图像排序[15]、自动排版[16-17]、图像组合优化[18]、工程设计[19]及神经科学[20]等众多领域有借鉴意义。可见,有效的视觉平衡模型有重要的利用价值及广泛的应用领域。但是,目前对于该方面的研究不是很多,且现有的研究仍存在一些不足:多为定性描述,定量描述视觉平衡简单可行的模型较为缺乏[6]现有的定量模型中的一些参数仍需大量问卷调查和统计实验给出,对于量化人的主观性仍有改进空间[14];③一些定量评价模型存在损失评价细节信息的问题,评价结果的可靠性取决于一系列因子的选取,需要据评估人员的实际经验反复测试获取,在准确、合理确定相关参数方面有很大优化可能[21]。因此,地图图面设计便捷有效的视觉平衡测量方法有待进一步深入研究,专门针对地图图像视觉平衡质量进行定量评价分析,并探讨其在制图设计中的应用极为必要。

针对上述研究方法中存在的问题,本文在把握传统地图制图原则的基础上,综合考虑前景与背景、概念与形式及地图各要素,为实现合理协调的设计使各要素在相互独立中相辅相成,在视觉上寻求到平衡,基于力矩平衡理论,将图像处理领域中的灰度分布均衡方法应用在地图图面视觉平衡判断中,提出一种新的地图视觉平衡质量定量测度模型,有效地解决了地图图面设计中统一协调性无法定量测度及其视觉平衡质量的衡量指标缺乏的问题,合理衡量和评价地图视觉平衡质量的同时,也有助于地图图面设计优化及使用的进一步扩展。

视觉平衡是对地图图像中的各视觉要素按一定原则给定在应有位置上,使得图面配置时,主图、图名、图例、附图等视觉要素的位置、尺寸、结构、色彩间关系合理、协调,具有平衡感的视觉效果。地图图像中的图面要素因位置、尺寸、结构、色彩等的影响产生不同的被感知程度就是视觉重量(visual weightVW)。通常,影响平衡的因素主要有视觉重力和视觉方向。本文主要通过地图图像的灰度信息来进行视觉平衡判断,由于不同的色彩对人眼视觉冲击不同,且与背景色差越大的色彩给人的视觉压力越大,故本文将地图图面要素灰度值与背景灰度值差值作为视觉重量参与计算。考虑到不同图面要素位置不同给人的视觉冲击也不相同,本文将灰度图像中每个像素块视为一个视觉要素,以灰度图像的宽度或高度比例描述,且将长宽分别记为一个单位;考虑到位置及结构对视觉平衡的影响,通常读者阅读时,其视线从左上方进入,扫视全图后从右下方退出,且视觉要素距离视觉中心越远,显得越重,本文选择将地图图像置于笛卡尔坐标系中,并在不影响计算结果的前提下,为便于记录和计算,选取水平向右为横轴正方向,竖直向下为纵轴正方向。另外,因图像的视觉中心(visual center, VC)通常会在几何中心稍微偏上方,且对于分布较为均匀的图像来说,几何中心和视觉中心近似重合,本文中将地图面的几何中心视为其视觉中心。本文引入的另一个视觉重力矩(visual gravity moment, VGM)为对物理学中重力矩的概念比较拓展定义的,其值为地图视觉要素视觉重量与图元中心对应坐标的乘积。为更加形象简单描述地图图面要素达到视觉平衡的程度,下文以视觉平衡质量(visual balance quality, VBQ)指标衡量。

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/McibNVjyTmCsEaVuyV2XPxlcEpdMibvfnAicxicnE9481gvpsibLDYgwkGiaLVfW0ynpldIkz6GuIiaQwUSAVibUEsqRzQ/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1

为验证本文提出模型的有效性及在地图实例运用中的适用性、通用性,首先选择已知结论的单视觉要素两种情况下的模拟图进行对比实验,在模拟图适用的情况下,已有文献中获取的具有代表性的矢量地图和影像地图的样品数据进行实验,并与文献得出的结论进行对比,然后通过问卷调查与观察者的直观感受进行比较,最终与已知文献方法得出的结论及观察者实际的视觉感受一致性对比,完成本模型的有效性检测。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/McibNVjyTmCsEaVuyV2XPxlcEpdMibvfnA2E5QwAzKudibfIm4fyQNyMESKeLtUReHK2CgDd3wCXPRxbPm6jJJOFw/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1

 

本文基于图像分析处理技术及力矩平衡原理提出了一种定量测度地图图像视觉平衡质量的新方法,该方法结合地图图像指标Q及阈值K对地图图像视觉平衡质量进行判定,得到主要结论如下:新模型在将定性评估转化为定量评估的同时,还可给出地图图像的视觉平衡质量指标并进行排序;本模型本身不受地图及其视觉要素形状的影响,同时适用于矢量地图和影像地图,对未达到视觉平衡标准的地图图像本模型亦可给出其在横轴和纵轴方向上视觉重量的偏重情况,从而为其进一步改进提供依据;③本方法将图像处理领域的灰度分布均衡性方法应用到地图图面视觉平衡判断中,为地图图像视觉平衡的判断提供了一种新的思路,有利于提高地图表达的美观性与可视化效果;④本模型未将地图图面要素的形状和载负量等影响视觉平衡的因素考虑进去,后续需进一步对模型进行优化改进。



 应聘:必高测绘人才网www.3sjob.net

招聘、求职咨询微信/QQ3168236849

免责声明:仅供交流学习,若遇版权问题,请与本号联系

专注专业 专注高效

测绘人找工作,就上必高测绘人才网!


企业免费发职位,资质审核,放心应聘面试!




擅长:GIS开发 无人机航测 测绘测量 规划

提供:中高级人才推荐|网络招聘|猎头|专场招聘

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ft7eQB25hstuMGI1uBJUIXPtiaDb2ADvz6Ew8oVNZ5rKCjeZg2NyNVoF3GF32WPkXuOMrabZ8npsibDLVzI3afog/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1