【原】赤色的日本技藝 RED RELIEF IMAGE MAP

GIS薈 2021-10-29

展開全文

前言：帶你制作來自日本的紅色地形可視化技術(shù)...

1.什么是 RED RELIEF IMAGE MAP

RED RELIEF IMAGE MAP，下文皆簡稱為 RRIM，是一種非常經(jīng)典的地形可視化方法。

RRIM
圖片來源：https://www./

由 Tatsuro Chiba（千葉達郎）教授在2008年提出，應(yīng)用于機載雷達，實現(xiàn)了 RRIM 地形渲染。RRIM 可用于火山、滑坡、斷層等地形地貌調(diào)查，也可用于遺跡和古墓調(diào)查、旅游指南圖和登山地圖等。

在 RRIM 圖像中，使用“紅色的色度和亮度”替代輪廓的“線”在二維平面表達三維地形。地形越陡峭顏色越紅，山脊明亮而山谷暗。RRIM 可以表達任何尺度的地形，尤其對于微地形特征。

縱坐標(biāo)：山谷-山脊；橫坐標(biāo)：平坦-陡峭
圖片來源：https://www./

又到了批判傳統(tǒng) Hillshade 地形可視化的時間（例行活動），傳統(tǒng) Hillshade 渲染成果受光線入射角的影響很大，向光的一面通常比背光的一面亮度（灰度值）高很多，同時與光線平行的地形地貌的細節(jié)會被消除。

左：Hillshade 渲染；右：RRIM

而 RRIM 方法克服了傳統(tǒng)可視化方法的不足，如縮放、光方向依賴性、必要的立體鏡（就以前大學(xué)地理解譯用的，放兩張航片然后用一個東西看）等缺點，可以通過單個圖像映射表達豐富的地形細節(jié)。

左上：等高線圖；右上：正射影像；左下：機載激光雷達的等高線圖；右下：RRIM
圖片來源：https://www./

2.RRIM 的原理

總的來說 RRIM 是三種圖層正片疊加獲得的效果，使用 Openness positive（Op）和 Openness negative（On）以及紅色坡度圖疊加得到。

2.1什么是 Openess

Openess 類似于 skyview factor，均是計算參照點周圍空間的開闊程度；并且同一個點向上計算一次，向下計算一次，分別得到 Openness positive（Op）和 Openness negative（On）。

所以 Openness positive（Op）在山脊這種凸起的地方的值較大；而 Openness negative（On）則相反，在凹面的地方值較大。

從 Openness 可以定義一個新的概念，Ridge and Valley Index，即山脊山谷指數(shù)，

使用 Openness positive（Op）和 Openness negative（On）互相計算得到：

山脊山谷指數(shù)可以在凸起處獲得更高的值，在凹處獲得更低的值。

山脊山谷指數(shù)不再使用傳統(tǒng)的陰影來表達三維地形效果，這避免了傳統(tǒng)地形可視化的光線入射、光照明暗問題，同時加強了地形地貌的細節(jié)。

Ridge and Valley Index

所以 Op、On 和坡度柵格圖合成實際上是山脊山谷指數(shù)與坡度柵格圖進行合成渲染。

2.2制作山脊山谷指數(shù)圖

有現(xiàn)成的工具可以使用，Relief Visualization Toolbox(RVT)，最后有下載鏈接。

RVT 工具有 Python 庫也有單獨的可執(zhí)行文件（.exe）版本，這里使用 Windows 平臺可執(zhí)行文件版本。

橙色選中框（上）中添加用于計算的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)；

然后再勾選（下）中 Openness 計算選項，最后點擊最下方的 Start 運行。

RVT工具界面

然后將輸出結(jié)果放到任意 GIS 軟件的柵格計算器中計算山脊山谷指數(shù)（Ridge and Valley Index）圖即可。

2.3為什么使用紅色坡度圖

研究普遍認(rèn)為人類眼睛對于紅色更有辨識力，能分辨的細節(jié)更多，所以選擇了紅色。

3.RRIM 合成

在官網(wǎng)有這樣一張圖，沒錯 RRIM 還有官網(wǎng)哦，RRIM 是有專利技術(shù)在里面的。

其實很多實現(xiàn)細節(jié)并沒有交代清楚，所以后續(xù)合成的具體實現(xiàn)都是參考別人的資料再加上自己試出來的，當(dāng)然效果和官方的差不多啦。

原理流程圖
圖片來源：https://www./

好的那么現(xiàn)在所有的要素都齊全了，不管是山脊山谷指數(shù)圖還是紅色坡度柵格圖都有了?，F(xiàn)在就是具體的合成步驟了。

最簡單的就是設(shè)置透明度，疊放到一起就行，不過這樣會導(dǎo)致細節(jié)丟失和褪色的問題。所以不推薦用這個方法，那么這里來看看其他方法。

3.1QGIS 合成

在 GIS 軟件中 QGIS 和 Global Mapper 有內(nèi)置的圖層混合模式功能。

在 QGIS 中將兩個圖層這樣疊放，然后在圖層樣式選擇混合模式，你可以選擇正片疊底或者強光模式。

混合模式-強光

然后就完成了：

合成示意圖

最終效果-長白山-天池

3.2Photoshop 實現(xiàn)

PS 作為最強大的圖片處理軟件，混合模式肯定也是有的。

3.3ArcGIS 實現(xiàn)

可以試著使用 ArcGIS 中鑲嵌數(shù)據(jù)集的函數(shù)鏈實現(xiàn)；或者使用 ArcGIS Pro。

4.最后

制作 Op 和 On 的工具下載：

外網(wǎng)下載：https://www./en/rvt
或者公眾號回復(fù)：rvt 可獲得工具箱以及說明手冊。

薈GIS精粹，關(guān)注公眾號：GIS薈

純粹分享，只因熱愛，你的轉(zhuǎn)發(fā)是對我最大的鼓勵！
不然點個贊和在看也好??！

REF:

[1] Chiba T., Kaneta S., Suzuki Y., 2008, Red relief image map: new visualization method for three dimensional data. “The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information.Online:https://www./publication/237517308_Red_relief_image_map_New_visualization_method_for_three_dimensional_data
[2] Chiba T., Hasi B., 2016, Ground surface visualization using red relief image map for a variety of map scales. “The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences” Vol. XLI-B2. XXIII ISPRS Congress, 12?19 July 2016, Prague, Czech Republic, pp. 393–397.Online:https://www./XLI-B2/393/2016/isprs-archives-XLI-B2-393-2016.pdf
[3] Red Relief Image Map New Visualization Method.https://proceedings./library/userconf/proc16/papers/446_644.pdf
[4] Red Relief Image Map.https://www./en/