Как работает инструмент Отмывка

Инструмент Отмывка позволяет получить гипотетическое освещение поверхности путем определения освещенности для каждой ячейки растра. Принцип его работы заключается в установке положения гипотетического источника света и вычислении значений освещенности каждой ячейки по отношению к соседним ячейкам. Применение функции может значительно улучшить визуальное представление поверхности для анализа и графического отображения, особенно, при использовании опции прозрачности.

По умолчанию, тень и свет – это оттенки серого, связанные с целыми числами от 0 до 255 (возрастающие от черного к белому).

Параметры отмывки

Главным фактором при создании карты отмывки для конкретного местоположения является расположение солнца на небе.

Азимут

Азимут – это угловое направление на солнце, измеренное по часовой стрелке с севера в градусах от 0 до 360. Азимут 90 градусов – направление на восток. Азимут по умолчанию – 315 градусов (NW).

Азимут солнца по умолчанию (направление) для отмывки равен 315º.

Высота

Высота - это подъем или угол источника света над горизонтом. Единицы – в градусах, от 0 (на горизонте) до 90 (над головой). Значение по умолчанию равно 45 градусам.

Высота солнца для отмывки по умолчанию – 45º

Пример Отмывки

В примере отмывки ниже азимут равен 315 градусам, а высота – 45 градусам.

Пример выходных данных инструмента Отмывка

Использование отмывки для отображения

Помещая растр высот поверх растра отмывки и настраивая прозрачность с помощью бегунка Прозрачность слоя на вкладке Оформление растра высот , вы легко можете создать визуально привлекательную карту рельефа ландшафта.

Использование прозрачности для объединения растра высот с отмывкой

Вы можете добавить другие слои, например, типов землепользования, растительности, дорог или водотоков, для увеличения информационного содержания в отображении.

Использование отмывки в анализе

Моделируя тень (опция по умолчанию), вы можете вычислить локальное освещение и то, попадают ли ячейки в тень или нет.

Моделируя тень, вы можете определить каждую ячейку, которая будет в тени другой ячейки в определенное время дня. Ячейкам в тени другой ячейки дается код 0; всем другим ячейкам дается код целого числа от 1 до 255. Вы можете переклассифицировать все значения, которые больше 1, в 1, создавая бинарный выходной растр. В примере ниже черные области – в тени. Азимут одинаковый на каждом изображении, но высота солнца была изменена.

Как вычисляется отмывка

Чтобы вычислить значение тени, сначала необходимо получить высоту и азимут положения источника света. Эти значения будут обрабатываться вместе с вычислениями уклонов и экспозиции для определения окончательного значения отмывки для каждой ячейки на выходном растре.

Алгоритм отмывки

Применяется следующий алгоритм вычисления значения отмывки:

Обратите внимание, что если вычисленное значение отмывки меньше 0, выходное значение ячейки будет равно 0.

Вычисление положения источника света

Высота источника света задается в градусах над горизонтом. Однако для формулы вычисления значения отмывки необходимо, чтобы угол был выражен в радианах и было известно отклонение от вертикали. Направление непосредственно вверх от поверхности (прямо над головой) обозначается как 'Зенит'. Угол зенита измеряется от точки зенита до направления на источник света и в сумме с углом высоты образует 90 градусов. Чтобы вычислить угол положения источника света, в качестве первого шага необходимо преобразовать угол высоты в угол зенита. Второй шаг – это преобразование угла в радианы.

Замените угол высоты на угол зенита:

Преобразуйте градусы в радианы:

Вычисление направления освещения

Направление положения источника света или азимут, задается в градусах. Формула вычисления отмывки предполагает, что угол выражен в радианах. Сначала угол азимута меняется с географических единиц измерения (компасного направления) на математические единицы (правый угол). Далее, угол азимута переводится из градусов в радианы.

Измените измерение угла азимута:

Обратите внимание, что если Azimuth_math >= 360,0, то:

Преобразуйте градусы в радианы:

Вычисление уклона и экспозиции

Движущееся окно размером 3 x 3 ячейки проходит через каждую ячейку на входном растре и для каждой ячейки на входном растре в центре окна с использованием алгоритма, который учитывает значения восьми соседних ячеек, вычисляются значения уклонов и экспозиции. Ячейки обозначаются буквами от 'a' до 'i, при этом буква 'e' представляет ячейку, для которой вычисляется значение экспозиции.

Степень изменения по направлению x для ячейки 'e' вычисляется с помощью следующего алгоритма:

Степень изменения по направлению y для ячейки 'e' вычисляется с помощью следующего алгоритма:

Уклон – это самый крутой спуск из каждой ячейки на поверхности. Алгоритм вычисления уклона в радианах, учитывающий коэффициент по z, следующий:

Экспозиция – это направление самого крутого спуска по поверхности. Экспозиция в радианах определяется в диапазоне от 0 до 2pi, при этом значение 0 соответствует направлению на восток. Экспозиция определяется по правилам следующего алгоритма:

Пример вычисления отмывки рельефа

В качестве примера будет вычислено значение отмывки для центральной ячейки движущегося окна, представленного на рисунке.

Входной растр высот

Размер ячейки равен 5 единицам измерения. По умолчанию используются значения Высоты, равной 45 градусам и Азимута, равного 315 градусам.

Угол Зенита будет вычислен с использованием уравнения 2:

И преобразован из градусов в радианы с использованием уравнения 3:

Угол азимута будет преобразован из географического в математический с помощью уравнения 4:

Преобразование угла азимута в радианы выполняется с использованием уравнения 6:

Степень изменения в направлении x для центральной ячейки 'e' выполняется следующим образом:

Степень изменения в направлении y для центральной ячейки 'e' выполняется следующим образом:

Вычисление угла уклона:

Вычисление угла экспозиции в радианах Aspect_rad в соответствии с правилом 10 выполняется следующим образом: (т. к. dz/dx в этом примере не равно 0):

Поскольку это значение меньше 0, эта часть правила применяется следующим образом:

Окончательное вычисление отмывки выполняется следующим образом:

Поскольку выходной растр имеет целочисленный тип, значение затенения для центральной ячейки e = 154.

Справочная информация

Burrough, P. A. and McDonell, R. A., 1998 год Principles of Geographical Information Systems (Oxford University Press, New York), 190 pp.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎