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

نرم افزار Surfer جزء سامانه های نرم افزاری است که در زمینه Hillshade و Shaded Relief امکانات بسیار خوبی دارد و از تکنولوژی بسیار پیشرفته در این زمینه بهره می برد. این نرم افزار را در زمینه Shading به روش های مختلف و با تنظیمات پیشرفته می توان یکی از نرم افزارهای پیشرو در سیستم اطلاعات جغرافیایی دانست. برای تهیه مدل های سایه-روشن زمین به روش های مختلف و با تنظیمات کاربر-تعریف می توانید از قابلیت های این نرم افزار بهره ببرید.

برای دانلود آخرین ورژن نرم افزار Surfer از لینک زیر استفاده کنید:

دانلود نسخه های مختلف نرم افزار Surfer

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

آشنایی اولیه با نرم افزار Surfer

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

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

آشنایی با مدل رقومی ارتفاعی (DEM) 

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

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

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

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

بعد از آنکه نرم افزار را باز کردید به منوی Home رفته و سپس بر روی دکمه Color Relief مطابق با شکل زیر کلیک کنید و سپس به مسیر قرارگیری مدل رقومی ارتفاعی رفته و فایل مربوطه را به نرم افزار معرفی کنید.

تکنیک های نمایش سطح Terrain در Surfer

به محض تائید پنجره Open Grid مدل سایه و روشن بر اساس تنظیمات پیش فرض ترسیم و نمایش داده می شود. بعد از نمایش لایه Color Relief همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، بر روی نام لایه در کادر Content کلیک کنید تا در حالت انتخاب قرار بگیرد، سپس می توانید در کادر Properties تنظیمات مربوط به لایه را مشاهده و ویرایش کنید. در سربرگ general در بخش Terrain Representation همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است سه تکنیک مختلف برای نمایش ناهمواری های زمین با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی وجود دارد. این سه روش شامل Color Only یا رنگ بندی هیپسومتریک، Hillshade و Reflectance است. با انتخاب هر یک از گزینه ها، نحوه نمایش Terrain تغییر خواهد کرد.

تکنیک Color Only در نمایش سطح Terrain

در شکل زیر حالت نمایش رنگی یا Color Only نشان داده شده است. این حالت در کارتوگرافی به نام رنگ بندی هیپسومتریک نامیده می شود.

تکنیک Hillshade در نمایش سطح Terrain

حالت دوم، به نام Hillshade یا مدل سایه – روشن است که نمونه ای از نتایج آن را در شکل زیر مشاهده می کنید. اثر سایه ها و مناطق روشن به اضافه رنگ های هیپسومتریک به صورت همزمان و ترکیب شده باعث بهبود نمایش سطح زمین یا Terrain می شود.

تکنیک Reflectance در نمایش سطح Terrain

نهایتاً گزینه سوم به نام reflectance است که از روش های مختلفی برای مدلسازی انعکاس نور بر سطح توپوگرافی استفاده می کند. در اصل از روش های مختلفی که در فیزیک نور برای نورپردازی و مدل سازی انعکاس نور از سطوح وجود دارد بهره می برد تا مدلهای سایه دار ایجاد کند و از این طریق نمایش سطح Terrain را مدل سازی کند.

در ادامه به توضیح در مورد تنظیمات مربوط به هر یک از روش های سه گانه فوق در نمایش سطوح ناهموار در نرم افزار Surfer می پردازیم.

روش Color Only: همان طور که در شکل زیر مشخص شده است، روش Color Only تنها از پلت یا Ramp های رنگی برای نمایش ارتفاع سطوح استفاده می کند. تنظیمات خاصی در این بخش وجود ندارد. در بخش Colors نوع Ramp را می توانید انتخاب و یا ویرایش دستی کنید. در بخش Image Size می توانید ابعاد یا قدرت تفکیک نمایش لایه را تعریف کنید و در بخش Show Color Scale می توانید مقیاس رنگی را در کنار نقشه نمایش دهید. در شکل زیر نحوه اثرگذاری تغییرات Image Size بر نمایش مدل های سایه – روشن نشان داده شده است.

روش Hillshade: در حالت دوم نمایش Terrain به نام Hillshade علاوه بر Ramp رنگ و جعبه رنگ های مختلفی که می توانید از آنها استفاده کنید، امکان مدلسازی سایه ها بر روی سطح زمین را نیز دارید. همان طور که در شکل زیر مشخص شده است، در بخش Hillshading Parameter می توانید تنظیمات مربوط به مدل سایه روشن را اعمال کنید. در کادر Horizontal Light angle که به صورت پیش فرض در زاویه 315 قرار داده شده، می توانید زاویه آزیموتی یا افقی قرارگیری منبع نور را تعریف کنید. در کادر Vertical Light Angle می توانید زاویه عمودی یا زنیتی یا زاویه سمت الراسی منبع نور بر سطح توپوگرافی را بین عدد 0 تا 90 تعیین کنید. اعداد بزرگتر منجر به روشنایی بیشتر و کوتاهی سایه ها شده و برعکس اعداد کوچکتر منجر به تیرگی و کشیدگی سایه ها می گردد. به طور پیش فرض معمولاً عدد 45 در این بخش مورد استفاده قرار می گیرد که در اکثر موارد نتایج مناسبی در پی دارد. در کادر Z-scale Factor می توانید تصحیح نسبت مسطحاتی و ارتفاعی را انجام دهید. به طور مثال در صورتی که مدل رقومی ارتفاعی مورد استفاده دارای سیستم مختصات جغرافیایی باشد، از نسبت تبدیل درجه قوسی به متر می توانید استفاده نموده و نمایش سایه ها را تصحیح نموده و نحوه نمایش آنها را بهبود دهید. در صورتی که واحد مسطحاتی و ارتفاعی یکی باشد، به عنوان مثال هر دو متریک باشند، مقدار عددی 1 برای Z-scale Factor مورد استفاده قرار می گیرد. نهایتاً در کادر Ambient Light Intensity می توانید درجه تیرگی و روشنایی نمایش مدل را بین 0 تا 1 تغییر دهید.

در اشکال زیر نحوه تأثیر زاویه افقی یا سمتی یا آزیموتی بر نمایش مدل سایه-روشن نمایش داده شده است. همان طور که ملاحظه می شود، تغییر زاویه آزیموتی منجر به بارزسازی خطوط توپوگرافیک در زوایای مختلف می شود.

درشکل های بعدی نحوه تأثیر تغییرات زاویه عمودی یا سمت الراسی یا زنیتی بر تیرگی و روشنی مدل و نیز طول و کشیدیگی سایه ها را ملاحظه می کنید.

در شکل های بعد، نحوه تغییرات مقدار Ambient Light Intensity بر درجه سیری و روشنی مدل را ملاحظه می کنید.

درشکل هایی که در ادامه ملاحظه می کنید، می توانید اثر تغییر Z-scale Factor بر تغییر عمق ناهمواری های را ملاحظه کنید. از Z-scale Factor هم برای تصحیح نسبت مسطحاتی به ارتفاعی سلول های شبکه رستری (مدل رقومی ارتفاعی) می توانید استفاده کنید و هم برای ایجاد اغراق ارتفاعی در نمایش سطوح ناهموار زمین که بسته به نیاز خود بین مقادیری کمتر و بیشتر از 1 قابل تنظیم خواهد بود.

برای آشنایی با مفاهیم Z-scale یا Z-factor در سیستم اطلاعات جغرافیایی و تنظیم آن از لینک زیر استفاده کنید:

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

روش Reflectance: این روش به نام روش انعکاسی می باشد که از متدهای مختلفی در مدلسازی انعکاس از سطوح ناهموار Terrain استفاده می کند که در ادامه به توضیح بیشتری در مورد هر یک می پردازیم. در کادر Contents بر روی لایه Color Relief کلیک چپ منفرد کنید تا در کادر Properties تنظیمات مربوطه نمایش داده شود. در کادر Terrain Representation روش Reflectance را انتخاب کنید. به محض انتخاب Reflectance تنظیمات مربوط به این مدل در کادر Reflectance Parameter نمایش داده می شود. کادرهای Horizontal Light angle و Vertical Light angle و نیز Z Scale Factor دقیقاً مطابق با توضیحاتی است که در مورد روش Hillshade در بالا به آن اشاره شد. برای جلوگیری از تکرار، از ذکر مجدد آن خودداری می شود. گزینه Reflectance Method امکان تعیین روش بازسازی انعکاس بر روی سطوح ناهموار به روشهای Simple، Lambertian و Peuckers Approximation و Lommel Seeliger Law را فراهم می آورد.

در شکل های بعدی متدهای مختلفی که برای بازسازی انعکاس نور بر سطح ناهموار توپوگرافی در نرم افزار Surfer وجود دارد را نشان می دهد. در این بخش با انتخاب متدهای مختلف می توانید از امکانات مدل های مختلف نورپردازی استفاده کنید. تمامی مدل های بازسازی انعکاس در این بخش قابلیت تنظیمات مربوط به زوایای افقی و عمودی منبع نور و نیز Z-scale Factor را دارا می باشند.