روش تهیه مدل سایه و روشن بر اساس مدل رقومی ارتفاعی (DEM) در نرم افزار Arc GIS

بعد از آماده سازی مدل رقومی ارتفاعی از منطقه مورد نظر، بایستی این لایه رستری را به نرم افزار Arc GIS فراخوانی نمود. برای این کار از دکمه Add Data همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، استفاده کنید.

با کلیک بر روی دکمه Add Data پنجره ای به همین نام باز می شود که در شکل زیر نشان داده شده است. با استفاده از این پنجره می توانید به مسیر قرار گیری فایل رستری مدل رقومی ارتفاعی ناوبری نموده و با کلیک بر روی آن، مدل رقومی ارتفاعی را به نرم افزاراضافه کنید.

با کلیک بر روی دکمه Add Data همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، مدل رقومی ارتفاعی به محیط نرم افزار افزوده خواهد شد.

در مرحه بعد، باید کادر جست و جوی نرم افزار را فراخوانی کنید. در صورتی که کادر جست و جوی نرم افزار Arc GIS در حالت غیر فعال باشد می توانید از منوی Window استفاده نموده و بر روی گزینه Search کلیک کنید تا کادر جست و جوی نرم افزار نمایش داده شود.

بعد از آنکه کادر جست و جوی نرم افزار باز شد، کلمه Hillshade را تایپ نموده و در لیست نتایج بر روی لینک (Spatial Analyst)Hillshade و یا Hillshade (3D Analyst) همان طور که در شکل زیر مشخص شده، کلیک کنید تا ابزاری به همین نام باز شود.

به محض کلیک بر روی ابزار Hillshade پنجره ای به همین نام مطابق با شکل نمایش داده شده در زیر، فراخوانی می گردد.

هر یک از اجزای پنجره Hillshade مطابق با شکل زیر شماره گذاری شده و به ترتیب شماره های مشخص شده توضیح داده می شوند.

در کادر شماره 1: با عنوان Input Raster بایستی مدل رقومی ارتفاعی را به عنوان ورودی معرفی کنید.

در کادر شماره 2: با عنوان Output Raster می توانید مسیر ذخیره سازی مدل سایه و روشن ترسیم شده از مدل رقومی ارتفاعی را تعیین کنید.

در کادر شماره 3: با عنوان Azimuth می توانید زاویه سمتی یا زاویه افقی تابش نور بر سطح توپوگرافی را مشخص کنید که البته به صورت پیش فرض در زاویه آزیموتی یا سمتی 315 قرار داده شده است که البته امکان تغییر زاویه منبع تابش نور بر سطح توپوگرافی وجود دارد. تغییر در زاویه آزیموتی جهت ایجاد سایه ها و مناطق روشن را تغییر می دهد و از این طریق امکان بارزسازی لبه ها و شیارهای توپوگرافی در جهات مختلف فراهم می شود.

در کادر شماره 4: با عنوان Altitude می توانید زاویه زنیتی یا Zenith Angle یا زاویه عمودی یا ارتفاع تابش یا زاویه سمت الرأسی را تعیین کنید. تغییر در زاویه عمودی یا Altitude منجر به روشنایی و تیرگی مدل سایه وروشن می شود.

در کادر شماره 5: با عنوان Model Shadows می توانید نوع مدل سایه روشن ترسیمی را تعیین کنید. در صورتی که گزینه Mode Shadows تیک نخورده باشد حالت No_shadows مد نظر قرار گرفته و خروجی رستری تنها زوایای تابش محلی را در نظر خواهد گرفت و در نتیجه اثر سایه ها بر پیکسل های مجاور در نظر گرفته نمی شود. در این حالت مقدار خروجی پیکسل ها بین 0 تا 255 نوسان خواهد داشت به طوری که 0 نماینده مناطق تیره و تاریک و 255 معرف مناطق روشن است. این حالت به طور پیش فرض انتخاب شده است. در صورت تیک زدن گزینه Model Shadows، حالت Shadows به هنگام ترسیم مدل سایه – روشن فعال شده و برای ترسیم مدل سایه – روشن هم از زوایای تابش محلی و هم از سایه ها بهره می گیرد. مقدار خروجی پیکسل ها در این حالت بین 0 تا 255 نوسان خواهد داشت به طوری که 0 نماینده مناطق سایه دار و 255 معرف مناطق روشن و تحت تابش نور خواهد بود و مقادیر بینابینی نیز در بین این دامنه تغییرات نوسان خواهند داشت.

در کادر شماره 6: با عنوان Z-Factor در صورتی که واحد مسطحاتی لایه رستری یا همان مدل رقومی ارتفاعی و واحد ارتفاعی آن یکسان نباشد، می توانید با Z-Factor این نسبت را تنظیم کنید. در صورتی که واحد مسطحاتی و واحد ارتفاعی هر دو هم واحد باشند، از نسبت 1 در بخش Z-Fctor استفاده می شود. به طور کلی در صورتی که ارتفاع در مدل رقوم ارتفاعی به واحد متر باشد و نقشه دارای سیستم مختصات تصویری از نوع UTM باشد که از Planner Unit متریک بهره می برد، Z-Factor معادل 1 خواهد بود. در صورتی که سیستم مسطحاتی مدل رقومی ارتفاعی به صورت درجه قوسی و واحد ارتفاعی به صورت متر باشد، باید از تنظیم کننده Z-Factor که نسبت بین متر و درجه قوسی را تنظیم می کند استفاده کرد. برای آشنایی با مفهوم Z-Factor و کاربردهای آن از لینک زیر استفاده کنید:

آشنایی با مفهوم Z-factor و Z-scale در سیستم اطلاعات جغرافیایی

در صورتی که از مدل رقومی ارتفاعی که دارای سیستم مختصات جغرافیایی باشد به عنوان ورودی به ابزار Hillshade استفاده شود، نرم افزار یک پیغام خطا مطابق با شکل زیر نمایش می دهد و عدم انطباق واحد ارتفاعی و مسطحاتی را اخطار می دهد و لزوم تنظیم Z-factor را یادآوری می کند. در این حالت می توانید این پیغام را نادیده بگیرید ولی در نتایج با اغراق بسیار بیش از واقعیت رو به رو خواهید شد و نتایج خوبی از مدل سایه – روشن به دست نخواهد آمد.

در صورتی که از مدل رقومی ارتفاعی با سیستم مختصات جغرافیایی به عنوان ورودی استفاده شود پیغام خطایی مطابق با شکل زیر نشان داده می شود که در این حالت با تنظیم Z-factor مسئله حل شده و مدل سایه و روشن در حالت طبیعی نمایش داده می شود.

در شکل زیر مدل رقومی ارتفاعی در سیستم مختصات تصویری (PCS) با واحد مسطحاتی متریک به عنوان ورودی معرفی شده که همانطور که ملاحظه می کنید، پیغام خطای مربوط به Z Factor حذف شده و مقدار Z-Factor برابر با 1 قابل قبول خواهد بود.