ترسیم مدل سایه – روشن پویا (Dynamic Hillshading) در نرم افزار Global Mapper

استمپاژ نوری و مدلسازی مورفولوژی نوری

استمپاژ نوری به مجموعه روش ها و تکنیک هایی گفته می شود که به صورت تحلیلی یا Analytical یا محاسباتی با استفاده از روابط فیزیک نور و روابط و معادلات ریاضی توزیع نوری بر سطوح مختلف را مدلسازی می کند. در گذشته استمپاژ نوری به صورت مکانیکی و فیزیکی بر روی مدلهای غیر دیجیتالی سطح زمین انجام می گرفت و سپس از آنها عکسبرداری می شد. مدلسازی استمپاژ نوری و نورپردازی در شاخه های مختلف علمی از شاخه های طراحی چشم انداز گرفته وعلوم شکل شناسی و گرافیک و طراحی تا زمین-شکل شناسی و ژئومورفولوژی کاربردهای گسترده ای دارد.

برای مشاهده و دانلود مقاله با عنوان “مورفولوژی نوری و کاربرد آن در ژئومورفولوژی” در زمینه مدلسازی مدل های سایه – روشن به لینک زیر مراجعه کنید:

مورفولوژی نوری و کاربرد آن در ژئومورفولوژی

سایه-رنگ زنی پویا (Colored Dynamic Hillshading) چیست ؟

سایه – رنگ زنی پویا یا Dynamic Hillshading مجموعه ای از تکنیک های اجرای استمپاژ دیجیتالی بر روی سطوح ناهموار زمین با استفاده از مدل های رقومی زمین است که مؤلفه ها یا پارامترهای ورودی مدل به محض تغییر در نتایج استمپاژ یا سایه روشن تأثیر می گذارد. معمولاً در نرم افزارهای سیستم اطلاعات جغرافایی از روش سایه – رنگ زنی ایستا یا استاتیک استفاده می شود اما در سیستم های نرم افزاری Golden Software و Blue Marble Geogaphic که نرم افزارهای Surfer و Global Mapper به ترتیب از معروف ترین محصولات آنها به شمار می رود از سیستم سایه – رنگ زنی دینامیک بدین منظور استفاده شده است که امکانات بهتری در این زمینه در اختیار کاربران قرار می دهد.

سایه-رنگ زنی پویا (Dynamic Hillshading) در مقایسه با سایه-رنگ زنی ایستا (Static Hillshading) در سیستم اطلاعات جغرافیایی

با توجه به توضیحات مورد اشاره در بالا، در روش سایه -رنگ زنی دینامیک تغییر پارامترهای ورودی به طور آنی بر نتایج خروجی اثر می گذارد اما در سیستم سایه – رنگ زنی ایستا تغییرات در پارامترهای ورودی باید یک بار در فایل ذخیره سازی شده و سپس نتایج آن مورد بررسی قرار گرد و در صورت نیاز فایل دیگری با پارامترهای ورودی دیگر ایجاد گردد. به طور کلی در شرایطی که نیاز به تغییر پارامترهای ورودی به روش آزمون و خطا و رسیدن به مقادیر بهینه باشد، استفاده از روش سایه – رنگ زنی پویا روش بهتری می باشد.

برای دانلود نسخه های مختلف نرم افزار Global Mapper از لینک زیر استفاده کنید:

دانلود نسخه های مختلف نرم افزار Global Mapper

برای مشاهده روش نصب و کرک نرم افزار Global Mapper به لینک زیر مراجعه کنید:

روش نصب و کرک نرم افزار Global Mapper

برای آشنایی اولیه با نرم افزار Global Mapper و برخی از توانایی ها و قابلیت های آن از لینک زیر استفاده کنید:

آشنایی اولیه با نرم افزار Global Mapper

در سیستم اطلاعات جغرافیایی تهیه و ترسیم مدل های سایه – روشن از مدل های رقومی ارتفاعی استخراج می گردد. با استفاده از لینک زیر می توانید مدل رقومی ارتفاعی پوششی کل ایران با قدرت تفکیک مکانی در حدود 30 متری را دانلود کنید:

دانلود مدل رقومی ارتفاعی ASTER سراسری ایران با قدرت تفکیک مکانی حدود 30 متر

در لینک زیر نیز امکان دانلود و دسترسی به مدل های رقومی ارتفاعی ALOS منتشر شده توسط سازمان هوا و فضا ژاپن با قدرت تفکیک در حدود 30 متر مسطحاتی و قدرت تفکیک در حدود 10 متر ارتفاعی وجود دارد :

دانلود مدل رقومی ارتفاعی AlOS سراسری ایران با قدرت تفکیک مکانی حدود 30 متر

روش تهیه مدل سایه و روشن از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار Arc GIS

روش تهیه مدل سایه و روشن از مدل رقومی ارتفاعی در نرم افزار QGIS

روش تهیه مدل سایه و روشن (Hillshade) از مدل رقومی ارتفاعی (DEM) در نرم افزار Surfer

ترسیم مدل سایه – روشن از مدل رقومی ارتفاع در نرم افزار SAGA GIS

سایه-رنگ زنی پویا در نرم افزار Global Mapper

نرم افزار Global Mapper یک از بسته های نرم افزاری در حوزه سیستم اطلاعات جغرافیایی است که توانایی ترسیم مدل های سایه – رنگ زنی دینامیک از مدل های رقومی ارتفاعی را دارا است. ابتدا نرم افزار Global Mapper را باز کنید تا صفحه اصلی نرم افزار مطابق با شکل زیر فراخوانی شود.

برای ترسیم مدل های Hillshade یا سایه روشن در نرم افزار Global Mapper در گام نخست باید یک مدل رقومی ارتفاع را به محیط نرم افزاراضافه کنیم. بدین منظور می توانید همان طور که در شکل های بعدی نشان داده شده است، یا روی دکمه میانبر قرار گرفته در صفحه نمایش کلیک کنید و به مسیر قرارگیری مدل رقومی ارتفاعی رفته و آن را به نرم افزار اضافه کنید و یا می توانید از آیکن Open Data Files استفاده کنید.

مسیر دیگر در فراخوانی یک مدل رقومی ارتفاعی به محیط نرم افزار Global Mapper استفاده از منوی File و سپس کلیک بر روی گزینه Open Data File می باشد که در شکل زیر نشان داده شده است.

بسته به هر یک از روشهای سه گانه فوق در فراخوانی مدل رقومی ارتفاعی به محض تائید پنجره Open Data File مدل رقومی ارتفاع به صورتی که در شکل زیر نشان داده شده است در بخش Display نرم افزار نمایش داده می شود.

در جعبه ابزار Viewer همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، می توانید اعمال Hillshading بر روی مدل رقومی ارتفاعی را فعال یا غیر فعال کنید.

در شکل زیر حالت غیر فعال کردن اثر سایه و روشن بر روی مدل رقومی ارتفاعی را نشان می دهد.

در صورتی که مجددا بر روی آیکن Enable/Disable Hillshading کلیک کنید، می توانید اثر سایه – روشن را بر روی مدل رقومی ارتفاعی فعال کنید. در شکل زیر حالت Enable بودن Hillshading بر روی مدل رقومی ارتفاعی را مشاهده می کنید.

بر روی جعبه ابزار Viewer همان طورکه در شکل زیر مشخص شده است، آیکنی به نام Show Dynamic Hill shading Tool وجود دارد. در صورتی که بر روی این آیکن کلیک کنید پنجره Dynamic Hill shading برای کار با ابزار سایه – رنگ زنی پویا فعال و نمایان می گردد.

در شکل زیر پنجره Dynamic Hill shading برای ایجاد مدل های سایه – رنگ زنی پویا (Dynamic Hill shading) نشان داده شده است.

پارامترها و مؤلفه های ورودی در پنجره Dynamic Hill shading در شکل زیر شماره گذاری شده که به ترتیب هر یک، توضیح داده می شوند.

شماره 1 لیست کشویی انتخاب shaders یا سایه – رنگ ها می باشد. در شکل زیر نمونه ای از shader های از پیش موجود در نرم افزار Global Mapper مشاهده می شود. در صورتی که نیاز به ایجاد یا shader جدید داشته باشید می توانید از بخش Custom shader یک سیستم سایه – رنگ زنی دلخواه و سفارشی ایجاد کنید.

شماره 2 دکمه Custom shaders می باشد. با کلیک بر روی این گزینه می توانید یک shader سفارشی شده ایجاد کنید و از آن در نمایش مدل سایه – روشن استفاده کنید. با کلیک بر روی دکمه Custom shader پنجره ای مطابق با شکل زیر باز می شود. در این پنجره در کادر new Height/Slope Entry می توانید آستانه های کلاسه بندی طبقات رنگی را به صورت عددی وارد و بر روی دکمه Add کلیک نموده و یک رنگ به آن طبقه اختصاص دهید. همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، گزینه Blend Color Between Elevation/slope Values در حالت غیر فعال قرار دارد و در نتیجه طیف رنگی به صورت گسسته نمایش داده می شود.

همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، گزینه Blend Colors Between Elevation/Slope values در حالت فعال قرار دارد که باعث می شود نمایش طیف رنگی به صورت تدریجی و بدون مرز گسسته انجام شود.

در شکل زیر می بینید که نمایش رنگ با استفاده از فعال کردن گزینه Blend Colors Between Elevation/slope Values به صورت تدریجی انجام گرفته است.

در شکل بعدی همان طور که ملاحظه می شود نمایش رنگ با غیر فعال کردن گزینه Blend Colors Between Elevation/slope Values به صورت گسسته نمایش داده شده است.

شماره 3 به نام Ambient Lighting می توانید درجه روشنایی مدل سایه – روشن را بین کاملا تیره با مقدار 0 تا بسیار روشن با مقدار 100 تنظیم کنید.

شماره 4 با عنوان Vertical Exaggeration امکان تغییر اغراق ارتفاعی بین 1 تا 1000 وجود دارد هر قدر مقدار اغراق ارتفاعی را بیشتر کنید، عمق سایه ها بیشتر شده و در نتیجه نمایش عوارض سطح زمین با توپوگرافی شدید تر یا ناهموارتر نمایش داده می شوند. در شکل زیر تغییرات اغراق ارتفاعی و تأثیری که در نمایش ناهمواری مدل سایه – روشن دارد، ملاحظه می کنید.

شماره 5 با عنوان Shadow Darkness امکان تغییر کنتراست یا تیرگی سایه ها را فراهم می آورد. این مقدار بین 0 تا 255 قابل تنظیم است. هر قدر Shadow Darkness را به سمت 255 تغییر دهید، سایه ها روشن تر و در نتیجه از عمق ناهمواری کاسته می شود. در شکل زیر تغییرات مقدار تیرگی سایه ها در نمایش مدل سایه – روشن نشان داده شده است.

شماره 6 به نام Highlight from Direct Light می باشد. مقدار عددی آن بین 0 تا 255 قابل تغییر می باشد. هر قدر مقدار عددی آن را بیشتر کنید روشنایی سلول هایی که به سمت منبع نوری قرار دارند افزایش می یابد. در شکل زیر نوسانات مقدار عددی این پارامتر و تأثیری که در نحوه نمایش سطح زمین دارد، نمایش داده شده است.

شماره 7 به نام Light Direction موقعیت منبع تابش نور بر روی سطح توپوگرافی زمین را نشان می دهد. دوایر به سمت داخل موقعیت سمت الراسی منبع نور را نشان می دهد که بین 0 تا 90 نوسان دارد و موقعیت سمتی یا آزیموتی نیز با آزیموت شمالی بین 0 تا 360 نوسان دارد که به صورت شماتیک در این بخش نمایش داده می شود. به صورت دینامیک می توانید بر روی خورشید قرار گرفته در کادر Light Direction کلیک کرده و موقعیت آن را Drag نموده و به صورت دینامیک نتایج را بر روی مدل سایه – روشن مشاهده کنید.

شماره 8 به نام Altitude می توانید زاویه ارتفاعی یا سمت الرأسی یا عمودی منبع تابش نور بر سطح ناهمواری را تعیین کنید، به محض وارد کردن عددی در این بخش تغییرات بر روی مدل سایه – روشن به صورت دینامیک اعمال می شود.

شماره 9 به نام Azimuth می توانید زاویه افقی یا آزیموتی یا افقی منبع تابش نور بر سطح ناهموار مدل رقومی ارتفاعی را تعیین کنید. این کادر نیز به صورت دینامیک تغییرات را بر روی مدل سایه – روشن اعمال می کند.

شماره 10 به نام use Multiple Light Sources می توانید یک منبع نور چند جهته برای اعمال بر روی سطوح ناهموار اعمال کنید.

شماره 11 به نام دکمه Define برای تعریف منبع نور چند جهته می باشد. در صورتی که گزینه use Multiple Light Sources را تیک بزنید و بر روی دکمه Define مطابق با شکل زیر کلیک کنید. کادر Define Multiple Light Sources همان طوری که در شکل زیر مشاهده می شود، باز شده که در این کادر می توانید تعداد منبع تابش نور را وارد کنید در اینجا عدد 5 وارد شده در نتیجه از آزیموت وارد شده یعنی 315 تا یک دایره کامل 360 درجه به 5 بخش مساوی تقسیم شده و منبع تابش نور در هر قطاع قرار می گیرد. اکنون با استفاده از چهار الگوریتم ترکیب کننده یا Blending می توانید نتایج این 5 مدل سایه روشن را با هم تلفیق نموده و نمایش دهید. در روش Averge میانگین هر 5 مدل سایه و روشن در نظر گرفته می شود. در روش Maximum به ازای هر سلول بیشتری مقدار Hill shade مبنا قرار داده می شود در روش Minimum کمترین مقدار در نظر گرفته می شود در بخش Weighted Average میانگین وزنی در نظر گرفته می شود.

در لیست الگوریتم های Blending می توانید هر یک از روش های چهارگانه ای که در شکل فوق نمایش داده شده است را انتخاب کنید. در اشکال بعدی نحوه تأثیر الگوریتم های مختلف Blending را ملاحظه می کنید. در شکل زیر اثر الگوریتم Blending میانگین یا Average بر مدل سایه – روشن نشان داده شده است.

در شکل زیر تأثیر الگوریتم Maximum در نمایش مدل سایه – روشن را ملاحظه می کنید.

در شکل زیر نوع الگوریتم ترکیب کننده یا Blending مینیمم (Minimum) و تأثیری که در نمایش مدل سایه روشن دارد، نمایش داده شده است.

در شکل بعدی الگوریتم ترکیب کننده یا Blending برابر با حالت Weighted Average قرار داده شده است که اثر آن بر مدل سایه – روشن را ملاحظه می کنید.

شماره 12 به نام Restore Defaults می باشد. در صورتی که پارامترهای پنجره را تغییرداده باشید با کلیک بر روی این دکمه می توانید به تنظیمات پیش فرض برگردید.

شماره 13 دکمه ok می باشد که می توانید بر روی آن کلیک کرده و پنجره Dynamic Hill-shading را ببندید.