晕渲法

地理学名词

晕渲法是地图上表示地貌的一种方法，应用阴影原理，以色调的阴暗、冷暖变化表现地形立体起伏的一种方法。也叫“阴影法”。

概念

晕渲法又称阴影法，地图上地貌的表示法之一。它应用光影原理，以色调的明暗对比表示地貌的主体和地形的起伏。其基本原理：假设地形接受固定于某一位置光源的平行光线，随坡面与光源方向的夹角不同，即可产生不同阴影效果。分有斜照晕渲、直照晕渲及综合照晕渲，按其明暗变化规律进行晕渲。最早使用该法的见于1716年由德国的高曼制作的世界图，其后的二百余年来，直至目前，仍是一种常用而有效的方法，并常配合等高线法使用。

内容

晕渲法是根据假定光源对地面照射所产生的明暗程度，用浓淡不同的墨色或彩色沿斜坡渲绘其阴影，造成明暗对比，以显示地貌的分布、起伏和形态特征。按光源的位置分直照晕渲(光线垂直照射地面)、斜照晕渲(光线从西北45°方向照射地面)和综合光照晕渲(以直照光源为主，斜照光源为辅)。按着色可分为单色晕渲、双色晕渲及自然彩色晕渲。按对地貌的选择性晕渲可分为全晕渲和半晕渲。常用的地貌晕渲主要是单色晕渲和多色晕渲（即彩色晕渲）。

单色晕渲是用一种色相（消色或某种色彩）的浓淡，或者是某色相的不同亮度来反映山体的光影分布。由于晕渲的实质是用光影来显示立体感的，因此单色晕渲时的色相选择应当以连续色调丰富的复色为主，即含有黑灰成分的棕灰、青灰、绿灰、蓝紫、棕褐色等色。如果选用明亮的黄、鲜绿、橙、红等色，就难以产生立体效果。彩色晕渲是用色彩的浓淡、明暗和冷暖对比来建立地貌立体感的，它比单色晕渲有更强的表达能力。

传统制图中，地貌晕渲的实现都是手工作业完成的，随着计算机技术、图形图像技术和空间可视化技术的发展，目前主要采用计算机基于DEM数据自动进行地貌晕渲的方法。其基本原理是将地面立体模型的连续表面分解成许多小平面单元（如正方格网最大不超过l/4mm边长），当光线从某一方向投射来时，测出每个小平面单元的光照强度，计算阴影浓淡变化的黑度值，并把它垂直投影到平面上。由于是用小平面单元构成一种镶嵌式的图形，所以选定的平面单元越小，自动晕渲图像就越连续自然。

地貌晕渲法所采用的光源有三种：直照光源、斜照光源、综合照光源。

直照光源

假设平行光线从天顶垂直地照射到地面，这种光源称为“直照光源”。这是晕渲法最初采用的一种光源。在直照光源下，地面的受光量同该地面倾斜角的余弦成正比例地变化。

在直照光源下坡度越陡阴影越暗的规律。按照这个规律，我们只要根据地图上等高线的疏密变化判断出坡度的陡缓，相应地画上浓淡色彩(等高线越密的坡面着色越浓)，结果就得到了直照晕渲图。

斜照光源

如果光线倾斜照射到地面，则称“斜照光源”。这是目前普遍采用的一种光源。

在斜照光源下，地表面可划分为阴坡面、阳坡面和平地面三种性质的坡面。

坡度大于0°、坡向小于90°的斜坡面朝向光源，称为阳坡面。在阳坡面上，随着坡度的增大，受光量也相应增加，因而黑度变小。在坡度为45°且正对着光源方向的坡面上，黑度为0。但坡度超过45°时黑度复又增加。

坡向大于90°的斜坡面称为阴坡面。可以明显地看出，在阴坡面随着坡向和坡度的增加．黑度迅速增加。在坡向为180°、坡度为45°时，黑度最大。

斜照光源下的复杂情况给地貌晕渲带来很大的困难。晕渲时只有使山脉两坡具有相当大的黑白反差才能得到鲜明的立体感。但是需要按光源方向确定山脉的阴、阳坡面，朝向光源的为阳坡，背向光源的是阴坡；当山脉走向同光源方向一致时，应局部的改变光源方向。

综合照光源

假设用直照光源为主光源，斜照光源为辅助光源，则称为综合照光源。

在这种光源下，地貌各部位的明暗变化首先受直照光源的影响，遵循坡度越陡越暗的规律；其次受斜照光源的影响，使地貌又区分出阴、阳坡面。同斜照光源相比，在综合照光源下，山脉阴坡黑度变化的规律相同，阳坡部分也是越陡越暗(当然比阴坡部分要亮得多)，在平地部分可以认为是最亮的。这就是综合照光源下地貌各部位明暗变化的一般规律。

上述三种光源，比较起来，直照光源的晕渲能较好地表现地貌的坡度及坡形，但地貌立体效果差，阴影面积大，目前已被斜照光源取代了。但有些坡度图仍用这种方法表示。斜照光源的晕渲有很强的立体感，对塑造地貌立体形态的表现力比较强，阴影面积较小，适用于多种地图，因而能广泛使用。综合照光源的晕渲，它兼有直照晕渲和斜照晕渲的优点，但阳坡面上越陡越暗的原则在绘制大部分地貌形态时是不能采用的，而对某些河谷等地貌形态，它却有较好的表现力。可以认为，综合照晕渲是对斜照晕渲的补充。

绘制晕渲原图是一项工艺技术很强的工作，除用毛笔墨晕外，还可采用美术喷笔晕渲。在斜照条件下对地面模型摄影所制成的晕渲图表现力更好，利用计算机进行地貌晕渲也已实现。晕渲法的地貌立体感较强，但不能在图上确定任意点的精确高程和坡度，常与等高线法和分层设色法相配合，用于小比例尺地图和专题地图上的地貌显示。

绘制原则

晕渲是利用色调的明暗变化来得到地貌立体感的。这种具有连续变化的色调称为半色调。根据斜照光源的几何光学原理，结合地貌的一些基本形态以及半色调可以得出晕渲法的绘制原则。

①阴坡面越陡越暗，阳坡面越陡越亮，平地面上有一层浅色调。这是确定晕渲浓度变化的基本原则。根据这个原则，不同的山坡形态有不同的浓度变化规律。山坡形态可以归纳为凹形坡、直线坡、凸形坡、阶梯坡四种。

②地势越高，阴坡越暗，阳坡越亮。只用第一原则确定晕渲浓度的变化是不够的，为了表现不同山脉的高度对比，提出浓度变化的第二原则。地貌晕渲的立体感强度主要取决于山脉阴、阳坡面的明暗对比，反差越强烈，立体感就越强，山脉就显得越高，晕渲往往通过阴坡色调的浓淡变化来体现这个反差的，所以要用越高越浓的方法来表示山脉之间的高度对比。

必须指出，这里所说的阴坡面越高越浓是指不同的山体，它不适用于同一山体的同一个坡面(凹形坡除外)。

③在地形起伏剧烈的地方，晕渲的色调对比应当强烈，在地形起伏和缓的地方，色调对比也相应柔和些；在地性线尖锐转折的地方，晕渲的半色调需要突变，而在地性线圆缓转折的地方，半色调也应随之渐变。根据这个原则，就可以确定在山脊线、谷底线、坡折线等各种地性线处半色调变化的特点。

总之，在绘制尖锐或狭窄的山脊、陡峻坡面、深切峡谷以及变化剧烈的地貌时，晕渲的半色调变化和反差要强烈，而绘制山顶浑圆、沟谷宽浅以及起伏和缓的地貌时，半色调变化及对比也要柔和些。

应用

结合数字地貌晕渲图的地形信息表达特点，解析晕渲信息的产生原理，将数字地貌晕渲信息分为色彩信息和光照信息两种类型，并确定色彩和光照信息度量因子。相关研究者提出了一种基于差异度和信息熵的数字地貌晕渲图信息度量方法，并通过试验，初步验证了所提方法的合理性和正确性。

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