Перспективное изображение

Познай, где свет,

Поймешь, где тьма…

А. Блок. "Возмездие".

Глава 1 МЕТОДЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ РЕЛЬЕФА. МЕТОД СВЕТОТЕНИ. ТЕХНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ СВЕТОТЕНЕВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ РЕЛЬЕФА.

В оформлении карт используются три изобразительных средства: линия, цвет и светотень (полутон). Эти же средства лежат в основе трех методов изображения рельефа. Метод линии проявляет себя в способе горизонталей, метод цвета - в послойной окраске, метод светотени - в теневой пластике рельефа(рис. 1.1). Высотные отметки, не являющиеся изобразительным средством, необходимы при любом методе изображения рельефа.

 

Рис.1.1 Три метода изображения рельефа:

а - метод линии, б - метод цвета, в - метод светотени.

Рельеф - совокупность форм земной поверхности разных величин, слагающихся из многократно повторяющихся и чередующихся между собой элементарных форм [1]. Для рельефа, в отличие от других элементов содержания карты, характерна не двухмерность, а трехмерность изображения.

К изображению рельефа на картах предъявляются два основных требования - возможность проведения измерений и достижение наглядности. В зависимости от назначения карты могут выполняться одно или два требования. Наглядность достигается применением светотеневого метода для отображения трехмерности рельефа, чему и посвящено настоящее учебное пособие.

Перспективное изображение

Перспективное изображение - один из самых древних способов показа объектов на картах и одновременно один из самых современных способов картографирования.

На старинных картах рельеф и другие элементы ландшафта изображались, как, правило, перспективным рисунком (вплоть до 19 века)

Этот же способ оформления, на основе перспективного представления элементов ландшафта, был использован Эрвином Райсом (венгерско-американский географ и картограф, 1893-1968). Он разработал легенду, состоящую из 50 рисунков различных ландшафтов.

Райс проводил районирование территории по типам ландшафтов, а затем плановая основа заполнялась перспективными рисунками соответствующих ландшафтов, согласно принятой легенде. Разработанный Райсом способ оформления называют физиографическим.

Карта создавалась на основе полевых наблюдений, материалов аэросъемки, топографических карт и знаний географии.

Перспективное изображение может быть двух видов:

1) Неортогональное изображение рельефа на ортогональной основе (физиография, наклонные горизонтали и др.)

2) Изображение на наклонной (перспективной) картинной плоскости. Полностью перспективное изображение (карты - панорамы)

 

Перспективное изображение рельефа является наглядным, но вносит искажения в положение объектов, показываемых в горизонтальной проекции. Поэтому этот способ применяется в настоящее время главным образом на геоморфологических картах и картах-иллюстрациях, туристских картах.

 

Широко применяемый способ горизонталей позволяет получать с карты количественную и качественную характеристику рельефа. Это точный способ изображения рельефа, но не наглядный.

Изображение рельефа горизонталями стало возможно с развитием техники съемок в 19 веке. С использованием способа горизонталей возросла метричность карт, но снизилась их выразительность и наглядность.

 

Гипсометрический способ изображения рельефа с послойной окраской наряду с измеримостью позволяет передавать общий характер расчленения рельефа и распределения высот. Однако и этот способ не дает наглядного представления о формах рельефа.

 

Наглядное представление о формах рельефа, их взаимном положении и связях, о характере и степени расчлененности дает способ теневой пластики, или отмывки - светотеневое изображение рельефа, состоящее из непрерывно меняющихся полутонов, как его принято называть в производственной картографии. Этот способ называют также светотеневым изображением, поскольку оно складывается из тональных переходов от светлого до темного. Отмывка позволяет воспринимать изображение рельефа на плоскости объемным, пластичным, т.е. ощущать пространство, объем и глубину изображения. Но данный способ не дает количественной характеристики рельефа.

 

Таким образом, каждый способ изображения рельефа обладает как достоинствами, так и недостатками. Поэтому на практике часто применяются комбинации способов. Например, наибольшую пластику дает сочетание отмывки с послойной окраской. Различное сочетание способа горизонталей, с отмывкой, штриховым рисунком, гипсометрической окраской позволило повысить наглядность и выразительность изображения рельефа.

 

Изображение на плоскости воспринимается зрительно объемным вследствие такого распределения светотени, какое мы наблюдаем на реальных объемных предметах, освещенных лучами света. Каждому объемному предмету при определенном освещении соответствует закономерное распределение теней, перенос которых на плоскость позволяет зрительно воссоздать этот предмет как объемный. Вышесказанное можно продемонстрировать на примере изображения конуса и шара.

 

В отличие от теневой пластики пространственное размещение предметов при бинокулярном наблюдении воспринимается благодаря стереоскопическому эффекту и линейной перспективе.

Теневое изображение рельефа на картах ставит своей целью создание иллюзии объемности, которая наблюдается в природе. Однако максимальный эффект объемности, пластичности изображения возникает при некоторых условиях. Не учитываются климатические и погодные условия на отображаемой поверхности, расстояние до нее источника освещения. При отмывке рельефа поверхность земли принимается за светлую.

Светотеневое изображение рельефа находит широкое применение на различных картах - общегеографических, исторических, экономических, политико-административных, туристских, учебных и справочных. Это объясняется большими возможностями данного способа в передаче пространства, а также широтой светотеневого и цветового охвата.

Технические способы теневого изображения рельефа

- штриховкой, тушевкой и отмывкой, - распылением краски (аэрограф), - свето-теневыми горизонталями,

Глава 2. ОСНОВЫ ТЕНЕВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ РЕЛЬЕФА НА КАРТАХ

Успех при выполнении светотеневого изображения рельефа на карте зависит от многих факторов:

ü знаний геоморфологии и особенностей отображаемого рельефа;

ü умение создавать мысленный образ рельефной модели после изучения материалов (карт, фото и аэроснимков, литературы);

ü владения теорией светотеневого изображения и умение мысленно предоставлять расположение теней на модели местности;

ü умение выбирать наиболее рациональный технический способ теневого изображения и грамотно его применить и исполнять.

Эти условия немыслимы без картографических знаний и учета назначения, содержания и способа использования создаваемой карты.

В предыдущем разделе были упомянуты виды освещений, применяемые при светотеневом изображении рельефа - зенитальное, боковое и комбинированное.

Зенитальное освещение - освещение поверхности прямым источником света (солнце, лампа и т.п.) параллельными лучами, падающими из зенита. Это освещение называется также отвесным, вертикальным, ортогональным по той причине, что лучи перпендикулярны к горизонтальной плоскости. При рассматривании карты зенитальное освещение совпадает с направлением луча зрения.

Рис.2.1 Освещение зенитальное

Степень освещенности поверхности зависит главным образом от крутизны склонов рельефа. Чем круче склон, тем меньше угол падения зенитальных лучей на поверхность склона. В результате освещенность крутого склона меньше. Отсюда и правило распределения светотени при зенитальном освещении: "чем круче - тем темнее".

При зенитальном освещении тени не образуются. Образуются освещенные ("свет") и полуосвещенные ("полусвет") участки поверхности рельефа. Поэтому при отмывке интенсивность полутона небольшая. В настоящее время отмывка на картах при условии зенитального освещения, как правило, не применяется. Условие зенитального освещения использовалось тогда, когда требовалось наглядно показать крутизну скатов. "Штрихи крутизны" из шкал Лемана, А.П. Болотова, Главного штаба Военно-топографического отдела, Мюфлинга успешно позволяли решать эту задачу, свидетельством чему являются топографические карты первой половины и середины 19 века.

Освещение, не совпадающее с направлением луча зрения, называют боковым или косым (рис. 2.2). В настоящее время это основной вид освещения при светотеневом изображении рельефа, так как обусловлено определенным преимуществом такого вида освещения перед зенитальным освещением - богатством градаций светотени в изображении, большей пластичности и наглядности форм рельефа. Высокое качество изображения достигается здесь за счет освещения предмета не только прямым направленным светом, но также рассеянным и отраженным. Детали рельефа в тенях различаются друг от друга интенсивностью светотени вследствие различного освещения их рассеянным и отраженным светом.

 

Рис.2.2 Освещение боковое

Светотеневое изображение рельефа при условии бокового освещения принимается под таким углом наклона прямых лучей света к поверхности, при котором обязательно образуются теневые участки. На практике исполнитель отмывки мысленно намечает освещенные и теневые склоны рельефа, не задумываясь об угле наклона освещения.

При боковом освещении предмета образуются собственные и падающие тени. Собственная тень - тень на самом предмете. Она передает размер и форму предмета, обращена в противоположную сторону от источника прямого света.(рис.2.3)

Рис 2.3 Виды света и теней. Элементы светотени при боковом освещении: С - свет; ПС - полусвет; Т - тень; ПТ -полутень.

Освещенный прямыми лучами света предмет отбрасывает свои непрозрачным телом на соседний предмет падающую тень. В горном рельефе падающая тень покрывает соседний склон, обращенный в сторону источника света, или полностью или частично.

В тех случаях, когда падающая тень закрывает склон частично, образуется край падающей тени. На ровном склоне край падающей тени повторяет очертания продольного профиля горного хребта. На расчлененном склоне очертания падающей тени приобретают очень сложный характер, порой ничем не напоминающий продольный профиль хребта, от которого отбрасывается падающая тень. В практике отмывки падающая тень, как правило, не применяется и, в первую очередь, в целях достижения хорошей читаемости другого содержания карты.

Различные виды освещения создают на поверхности предмета целую гамму полутеней от светлого до темного. Определяющим фактором образования теней на предмете является свет, который изменяет свои свойства в зависимости от среды, через которую он проходит или на которую падает. В связи с этим выделяют свет прямой, рассеянный и отраженный (рис. 2.3).

Прямой свет исходит от источника света (солнце, лампа и т.п.). При отмывке рельефа предполагается, что на него падает параллельный пучок лучей прямого света. Прямой свет обладает наибольшей интенсивностью. Прямые лучи солнца, проходя через атмосферу, представляющую собой мутную среду, рассеиваются или отражаются. Мутная среда состоит в верхней части атмосферы из газов, в нижней, кроме газов, еще и из частиц пыли и влаги. Молекулы газов, частицы пыли и прочее составляют аэрозоль, так как находятся в атмосфере во взвешенном состоянии.

Известно, что в зависимости от размеров частиц, заполняющих атмосферу, изменяется и сам характер рассеяния (отражения) проходящего через атмосферу света. Это относится к преобладающему направлению рассеянного света. Рассеяние от молекул газа с размерами менее 0,1 нм происходит равномерно, в результате чего в верхних слоях атмосферы это рассеяние создает для поверхности Земли равномерное освещение - общий рассеянный свет (рис. 2.3). Такое освещение мы обычно наблюдаем в пасмурную погоду.

В нижних слоях атмосферы, где имеется много частиц пыли и влаги, рассеяние происходит преимущественно по направлению прямого света. Создается косой рассеянный свет.

Прямой и рассеянный свет, освещая поверхность, частично поглощается этой поверхностью, а частью отражается. Поэтому отраженный свет слабее прямого света. Степень и характер отражения света зависят от фактуры поверхности. Не случайно поэтому при изготовлении фоторельефа поверхность рельефной модели во избежание бликов делают матовой. При отмывке рельефа отраженный свет учитывается, если он подсвечивает собственную тень - рефлекс. Обычно это происходит в системе горных хребтов.

Таким образом, прямой, рассеянный и отраженный свет, освещая предмет, создают целую гамму светотени от максимально освещенных участков до глубоких теней. При этом прямой и рассеянный свет участвует в освещении стороны предмета, обращенной к источнику прямого света (освещенная сторона); общий рассеянный свет - стороны предмета, обращенной в противоположную сторону от источника прямого света (собственная тень). Тень, обращенная в сторону источника света, но закрытая от прямых лучей впереди стоящим предметом, называется падающей.

Гамма полутоновых переходов от светлого до черного представляет собой набор элементов светотени. Беря за основу интенсивность полутона, а не условия его происхождения, выделяют также элементы светотени как "свет", "полусвет" ,"тень" ,полутень" (рис. 2.3).

"Свет" - участок поверхности, максимально освещенный прямым светом. Этот элемент светотени образуется прямыми лучами света, падающими на поверхность перпендикулярно или близко к этому. Он относится ко всем видам освещения (зенитальному, боковому и комбинированному), к освещенной стороне предмета.

"Полусвет" - это участок поверхности, освещенный наклонными лучами прямого света. Поэтому от "света" он отличается меньшей освещенностью, хотя и относится к освещенной стороне предмета. Четкой границы между "светом" и "полусветом" нет, поскольку угол наклона луча к поверхности принимается условно.

Элемент светотени "тень" освещается общим рассеянным светом. Ни прямые лучи, ни косые рассеянные не попадают на этот участок. Это самый темный элемент. Образуется в зоне собственной тени, т.е. на склонах рельефа, обращенных в противоположную сторону от источника прямого света. Относится к боковому и комбинированному освещению.

"Полутень" - элемент светотени, который светлее "тени", но темнее "полусвета". Образуется в трех случаях. Во-первых, в зоне падающей тени, где "полутень" освещается одновременно общим и косым рассеянным светом (т.е. на склонах рельефа, обращенных к источнику прямого света). Во вторых, "полутень" образуется в зоне собственной тени у подножия склона, где она выступает в качестве осветленной "тени" вследствие влияния воздушной перспективы (см. раздел 3). В третьих, "полутень" образуется рефлексом за счет подсвечивания собственной тени отраженным от соседнего хребта светом.(рис. 2.3).

При выполнении светотеневого изображения нельзя не учитывать также проявление оптических иллюзий. Например, известно, одинаковые по величине белые и темные пятна соответсвенно на темном и белом фонах при равном удалении от глаза наблюдателя кажутся разных размеров. Так проявляет себя явление "иррадиации".

Более существенно при отмывке рельефа проявляет себя явление светлотного контраста, когда одинаковые по светлоте пятна, находясь на фонах разной светлоты, кажутся разносветлотными. Находящиеся на светлом фоне - темнее, а на темном фоне - светлее.

Так же полезно напомнить о краевом светлотном контрасте, особенно при отмывке горного рельефа. Но об этом подробнее в главе 4.

Светотеневое изображение рельефа на картах по сравнению с живописью (рисунком) имеет, в силу специфики, ряд условностей. Например, освещение принимается при условии безоблачности, а поверхность Земли - однотонной и светлой. Не учитывается удаленность источника света от освещаемой поверхности.

 

Глава 3 ВЛИЯНИЕ ВОЗДУШНОЙ ПЕРСПЕКТИВЫ И АЗИМУТАЛЬНОГО НАПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЯ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЬЕФА СВЕТОТЕНЬЮ

Воздушная перспектива в отмывке рельефа

На рис. горный хребет показан при боковом освещении, в перспективе рис 3.1а. На рис.3.1б при виде сверху (как при рассматривании карты) хорошо…     Другой рисунок рис 3.1в дает совершенно другое…  

Выбор азимутального направления освещения

Рассмотрим два одинаковых изображения рельефа, но с одновременным изменением азимутального освещения и ориентацией деталей рельефа (рис.3.3 а,б).…      

Глава 4. ОТМЫВКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ И ФОРМ РЕЛЬЕФА

Рельеф земной поверхности отличается большим разнообразием. Отдельные комплексы форм образуют тип рельефа. Обычно выделяют следующие основные типы рельефа:

ü равнинный (эрозионный, холмистый и др.).

ü горный (высокогорный, среднегорный, мелкосопочник, плоскогорья и др.).

В зависимости от масштаба и назначения карты показывается тот или иной тип рельефа, та или иная степень его подробности. Например, на политико-административных, экономических, исторических картах отмывкой изображаются только горы, причем обобщенно с выделением главных хребтов, имеющих большую высоту и протяженность. И ,напротив, на физических картах, картах природных зон отмывка дается не только для гор, но и для равнин, т.е. применяется сплошная отмывка с соответствующей подробностью изображения.

Равнинный рельеф (равнины, плато),характеризующийся распространением горизонтальных или слабонаклоненных поверхностей и незначительным по площади расчленением, при изображении методом теневой пластики на картах разного масштаба может показываться по-разному. Например, на картах крупного масштаба (для примера взят овражно - балочный рельеф), если требуется передать отмывкой крутизну склонов, целесообразно применить условие зенитального освещения рельефа без учета воздушной перспективы. В этом случае отмывка производится по принципу "чем круче, чем темнее". И тогда на плоских участках рельефа отмывка не затеняет остальную нагрузку карты, и читаемость карты поэтому не снижается (рис.4.1 а).

 

Рис.4.1 Овражно - балочный рельеф при зенитальном освещении:

а) без учета влияния воздушной перспективы; б) с учетом воздушной перспективы.

Однако, в этом случае одинаковая светлота, например, плоскогорий и низменностей будет создавать неустойчивый пластический эффект. Чтобы избежать этого, учитывают влияние перспективы, подтеняя низменности (рис 4.1б). На рис. 4.1 даны два варианта изображения различающиеся, детализацией рельефа. Если же условие передачи отмывкой крутизны скатов не ставится, то лучше использовать боковое освещение без затенения плоских горизонтальных участков рельефа. Например, применение зениталььного освещения при изображении холмистого рельефа приводит к тому, что на карте получаются неприятные для глаза кольца. Наглядность такой карты плохая Боковое же освещение значительно улучшает наглядность изображения холмов.

Особенности распределения светотени в горном рельефе

    Рис.4.2 Схема распределения элементов светотени в системе горных хребтов

Штриховые изображения рельефа на картах

    Штриховка в светотеневом изображении рельефа носит различный характер на картах мелких и крупных масштабов. Например,…   Рис.4.7 Штриховая проработка горного рельефа в мелкомасштабном изображении

Перспективное изображение рельефа

      Рис.4.10 Фрагменты с карты Германии из "Всемирной хроники"

Глава 5. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ТЕНЕВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ РЕЛЬЕФА

В разделе 1 были рассмотрены технические способы получения полутонового изображения и, в частности, их зависимость от уровня развития полиграфии. В методический указаниях по выполнению упражнения 1 подробно описаны два, наиболее простых и lдоступных способа тушевки и отмывки. Но все эти способы объединяет один признак - большая трудоемкость исполнения теневого изображения. Поэтому неслучайно в конце раздела рассмотрен вопрос по автоматизации этого процесса.

Выдающийся мастер по отмывке рельефа З.Н.Александрова отмечала, что для достижения высокого качества оригинала отмывки рельефа необходимы:

ü знание географии и научный подход к работе;

ü высокая техника исполнения;

ü художественная выразительность.

Действительно, в процессе подготовки к отмывке рельефа необходимо собрать и проанализировать материал по геоморфологии изображаемой местности. В итоге должен быть создан мысленный образ этого рельефа. После этого будет проще вообразить систему азимутальных направлений света, распределение собственных и падающих теней и т.п., а это возможно только при условии знания теории светотеневого изображения рельефа. И, конечно же, важен грамотный выбор технического способа исполнения оригинала и высокая техника исполнения.

Качество теневого изображения рельефа в значительной степени зависит от методики выполнения оригинала отмывки. Перед началом отмывки сразу возникает несколько вопросов:

ü какова должна быть степень обобщения рисунка горизонталей?

ü отмывать до конца каждую деталь рельефа или делать это последовательно на нескольких деталях?

ü накладывать ли тень по всему хребту или только по отрогам?

ü класть ли тушевой мазок целиком или по частям?

ü какой интенсивности брать тушь и др.

Процесс теневого изображения - процесс творческий. Поэтому трудно говорить о какой - либо стандартной последовательности приемов отмывки. Исполнитель должен постоянно анализировать создаваемое изображение и принимать соответствующее решение:

ü где - то усилить тень;

ü где - то сгладить переход от тени к полутени и т.д.

Процесс отмывки - это непрерывный процесс приближения создаваемого изображения к конечному результате.

Однако, некоторые рекомендации по методике отмывки можно дать. Во-первых, отмывку надо начинать с теневого склона хребта. При этом, нецелесообразно наносить серую полосу (и тем более темную полосу) по общей тени хребта. Это приведет не только к плохой читаемости деталей в зоне общей тени, но и исказит реальное распределение светотени. С самого начала следует давать полутоновые переходы, а не накладывать тени ровным фоном. Особенно это касается "мягких" форм рельефа.

Желательно сделать легкую отмывку по всему оригиналу, а не отрабатывать до конца каждый отдельный участок. В процессе работы нужно снова возвращаться к первоначальным участкам и дорабатывать их.

Во многом качество изображения рельефа зависит от степени обобщения деталей рельефа. Последнее в свою очередь зависит от масштаба, типа и назначения карты. Поскольку на оригинале отмывки могут встретиться различные типы рельефа, важно выдержать в процессе изображения единую степень обобщения. Генерализация форм рельефа при отмывке может производиться как путем объединения нескольких форм в одну, так и применением различной интенсивности затенения. Например, главные формы, глубокое расчленение рельефа подчеркиваются более густой тенью, а некоторые полуосвещенные участки оставляют совершенно светлыми.

Таким образом, общие рассуждения по методике отмывки рельефа можно выразить в следующей последовательности работы.

На первом этапе, на основе изучения геоморфологии и картографических материалов выявляются тип рельефа, главные орографические объекты, их расположение и связь с гидрографической сетью. Определяется основной картматериал и картографическая основа, на которой будет выполняться оригинал отмывки. По горизонталям или по орфографической схеме создают мысленный образ, модель рельефа.

На втором этапе выбирается главное азимутальное направление освещения (для главных хребтов), Высокая пластичность изображения достигается при наличии определенной системы в распределении теней. Например, недопустимо, чтобы друг на друга смотрели "теневые или освещенные участки хребтов". Красным выделены теневые склоны, смотрящие друг на друга, зеленым выделены освещенные склоны, обращенные к друг другу - рис.5.1.

 

Рис.5.1 Образец отмывки рельефа для учебной стенной карты

(исполнитель Александрова З.Н.)

Поэтому вначале создается "набросок", легкий эскиз теней. Эти легкие тени даются обощенно, объединяя мелкий рисунок горизонталей в общую тень главных хребтов. Повторяем, начинать отмывку надо с теневого склона, с главных объектов, хребтов.

Третий этап - проработка главных деталей рельефа с разделением теней на собственные и падающие. Это должно выполнятся с учетом относительной высоты горных вершин и хребтов и влиянием воздушной перспективы. Четко должны читаться как гребни хребтов, так и тальвеги. После этого приступают к проработке деталей рельефа на освещенном склоне.

Заключительный этап - выделение основных направлений и крупных форм рельефа обобщающими тенями, объединение деталей в целое. И последнее сочные мазки теней в наиболее высоких и расчлененных участках рельефа с учетом влияния воздушной перспективы.

Сложный характер носит изображение высокогорного рельефа. И здесь качество полученного рисунка во многом зависит от правильной методики исполнения.

На первом этапе на мелкомасштабной карте показываются вершины полуперспективным контуром, структурные линии гребней, хребтов и тальвеги ущелий, долин. Для обозначения последних удобно удобно применять сплошную линию. Гребни в соответствии с их большой расчлененностью показываются прерывистой линией с изломом в месте расчленения гребня в сторону тени.

На втором этапе производится отмывка при условии бокового азимутального освещения. Вначале выполняется легкая отмывка по известным правилам с размывом в зоне тени книзу. Затем усиливается контраст света и тени по гребню хребта.

На третьем этапе отмывка дополняется штриховой проработкой гребней хребтов и расщелин по принципу, описанному в первом этапе. Такой прием позволяет наглядно показать скалистость и большую расчлененность высокогорного рельефа.

Отмывка рельефа на основе без горизонталей

В процессе выполнения отмывки рельефа помимо рисунка горизонталей необходимо также руководствоваться изображением речной сети, береговой линией… Иногда при подготовке к отмывке рельефа приходится прибегать к составлению…  

Сплошная отмывка рельефа

Оригинал сплошной отмывки рельефа можно получить двояким путем: рукописным или с использованием фоторельефа. Оригинал фоторельефа, как фотографию… ü рельеф изображается при условии бокового азимутального освещения; в… ü при изображении рельефа равнин применяют при максимально учитывают влияние воздушной перспективы. Поэтому,…

Выбор цвета в однотонной отмывке рельефа

Наиболее распространенный цвет отмывки - серый. Он может быть "тёплым" или "холодным", то есть с присутствием коричневых и…