Характеристика методов изображения рельефа отмывкой

Отмывка рельефа на мелкомасштабных картахСкачать пособие «Отмывка рельефа на мелкомасштабных картах»

Скачать «Підручник «Військова топографія» бесплатно, а также скачать много других карт можно в нашем архиве карт

Характеристика методов изображения рельефа отмывкой.

Метод отмывки при зенитальиом (вертикальном) освещении. Метод отмывки при зенитальном (вертикальном) освещении применяется, исходя из того основного положения, что источник света находится в зените, и лучи света падают на земную поверхность отвесно, вертикально. Из главы второй известно, что в этом случае естественное освещение земной поверхности меняется пропорционально косинусу угла α.

Поясним это на чертеже. Пусть Н будет освещенность горизонтальной поверхности АВ пучком световых лучей S. Тогда осзещенность Н поверхности АВ, наклоненной к горизонту под углом а, будет равна Н соs а.

Вследствие очень медленного изменения косинусов малых углов практически при зенитальной отмывке интенсивность_prev-13 затенения принимается пропорциональной tg α, т. е. так, как это было принято для шкалы штрихов Главного штаба. Но из топографии известно, что tg α обратно пропорционален заложению горизонталей.

Отсюда, интенсивность  отмывки обратно пропорциональна заложению горизонталей.

Чем меньше заложение горизонталей, т. е. чем круче скат, тем сильнее тон отмывки. Пластичность изображения рельефа получается путем усиления или ослабления тона отмывки в зависимости от крутизны скатов. Водораздельные и водосборные линии при этом методе отмывки обычно принято оставлять на картах в виде светлых полос. Это допущение вносит в способ отмывки при зенитальном освещении некоторый элемент условности, ввиду того, что водораздельные и в особенности водосборные линии имеют тот или иной уклон, а стало быть и какую-то степень затенения.

Критическая оценка. Отмывка рельефа при зенитальном освещении в настоящее время на мелкомасштабных картах редко применяется.

Главными причинами этого являются:

  • Необходимость покрытия больших площадей тенями , которые снижают читаемость других элементов карты.
  • Недостаточность пластического эффекта, так как при зенитальном освещении луч наблюдателя совпадает с лучом освещения.
  • Слишком слабая контрастность света и тени, затрудняющая передачу всех полутонов отмывки в издании с применением растровой фотографии.

Наряду с указанными недостатками, отмывка при зенитальном освещении имеет следующие достоинства:

  • Применение принципа «Чем круче — тем темнее» позволяет получить неплохо читаемое изображение рельефа.
  • Крутизна склонов передается правдоподобно.

Дополнительная тень. Отмывкой при зенитальном освещении хорошо подчеркивается крутизна склонов, но наряду с этим, чрезвычайно важное значение, для хорошей наглядности и читаемости рельефа на карте, имеет показ направленности и высотной характеристик и основных его форм . Это может быть достигнуто путем применения так называемой дополнительной тени.

_prev-14

Целесообразность применения дополнительной тени видна из, где пунктиром показано направление главного массива, короткими стрелками — направления основных теней, оттеняющие боковые скаты второстепенных форм главного массива, а удлиненными — общий (южный) скат главного массива.

На рисунке легко усматривается необходимость перекрытия теней, указанных короткими стрелками, одной общей тенью (показана удлиненными и утолщенными стрелками), условно называемой дополнительной тенью.

Но применяя на картах дополнительную тень, надо быть весьма осторожным, так как, во-первых, она может резко изменить картину ланд­шафта, а, во-вторых, эту тень надо наносить с таким расчетом, чтобы разность интенсивности ее затенения (почернения) и интенсивности ос­новной тени была бы достаточна для восприятия как фотографией, так н глазом.

Представим шкалу с постепенным переходом от черного к белому. Чем больше будет в этой шкале градаций теней, тем меньше будет разница в силе тона соседних ступеней, хотя действительный контраст между крайними участками шкалы остается прежним.

Установлено, что для того, чтобы глаз мог заметить переход в тенях, необходимо, чтобы отношение величин интенсивности соседних теней достигало в слабо затененных местах—5%, в средне затененных—10% и в сильно затененных—25%.

Это обстоятельство необходимо учитывать при отмывке рельефа на картах, в особенности в местах с большим затенением. Значимость этого обстоятельства особенно возрастает при рассматривании оригинала отмывки как первичной стадии изготовления печатной формы, почему этот оригинал необходимо исполнять контрастнее, имея задачей наилучшую передачу в издании всех полутонов отмывки рельефа.

При отмывке рельефа, характеризующегося большими углами падения склонов, необходимо ярче подчеркивать крутизну склонов на фоне общей—дополнительной тени. По мере увеличения крутизны склонов должна нарастать сила затенения.

Шкалы отмывок. Принцип построения шкал — чем выше, тем интенсивность затенения увеличивается и градация теней уменьшается.

В основу построения шкал положено деление рельефа земной поверхности на три высотных пояса. Первый пояс от 0 до 800 м, второй пояс от 800 до 3 000 м и третий — от 3 000 м и выше. Для каждого пояса принята соответствующая шкала отмывки.

Пользуясь этими шкалами, элемент «высотности» вырисовывают с учетом степени затенения общего рисунка и крутизны склонов, исключая отмывку с косым освещением. Применение таких шкал должно обеспечить лучшую увязку между собой оригиналов отмывки, выполненных разными исполнителями для различной территории.

Метод отмывки при косом освещении. При косом освещении распределение света и тени по элементам рельефа будет совершенно иным. Тени, положенные при косом освещении, должны создавать теневую пластику. На этом и основан так называемый метод отмывки при косом (боковом) освещении.

В отмывке при косом (боковом) освещении затенение склонов будет зависеть, в основном, не от их крутизны, а от положения источника света. Отмывка при косом освещении характеризуется наличием контрастных переходов от темного к светлому и обратно.

Положение источника света. При косом освещении различают два направления падения световых лучей: по углу склонения и по углу наклонения. Углом склонения называется угол, составленный направлением меридиана с проекцией направления светового луча, а углом наклонения —угол, составленный направлением светового луча с горизонтальной плоскостью.

Положение источника света, его высота над горизонтом, величина угла наклонения и в особенности угла склонения имеют существенное значение, так как от этого зависит не только качественная сторона теневой, пластики, но и зрительное восприятие объемности рельефа. Вопрос этот усложняется еще и тем обстоятельством, что источник естественного освещения, т. е. направление лучей солнца, освещающих поверхность земли, непрерывно меняется. Если принять за источник света направление солнечных лучей, то казалось надо было-бы для северного полушария остановиться на южном освещении, так как северные склоны в наших широтах почти всегда покрыты тенью, тогда как южные, обычно, освещены. Однако наиболее употребительно северо-западное освещение. Привычка к северо-западному освещению выработалась в результате долговременной практики. При пользовании картой в кабинетных условиях, черчении правой рукой и т. д. всегда удобней, когда лампа или окно, откуда падает свет, находятся слева и вверху. Кроме того, северо-западное освещение предполагает постоянство положения и направления световых лучей, что упрощает построение теней при отмывке рельефа.

Собственные и падающие тени. Когда два непрозрачных тела расположены одно перед другим по направлению лучей света, то тело, ближайшее к источнику света, может преградить доступ световым лучам на поверхность второго тела. Тогда на поверхности второго тела образуются две тени: одна тень на его неосвещенной части, называемая собственной тенью, и другая — на освещенной части, падающая от первого тела, называемая падающей тенью.

Следовательно, при северо-западном освещении юго-восточные склоны различных форм рельефа находятся в собственной тени, а северо-западные склоны освещены, кроме участков, покрываемых падающими тенями.

_prev-16На рисунке схематично изображены поперечные разрезы трех параллельных хребтов: А, Б и В. Направление световых лучей указано стрелками. Склоны, обращенные к источнику света, оставлены не затененными, а противоположные, наоборот, затенены. Часть склона, на которую лучи не падают или падают ослабленные, называется теневой поверхностью или областью собственных теней. На затененные скаты (области собственных теней) показаны утолщенными линиями.

Из рисунка видно, что отображение хребта А зависит только от собственной его тени, в результате чего затеняется лишь восточный склон хребта А, а западный остается полностью освещенным. В то же время при изображении хребта В имеет значение как собственная его тень, так и тень, падающая от хребта А. Граница указана на рисунке пунктиром и полоса заштрихована.

Учитывая падающую тень от хребта А, часть западного склона хребта В (на чертеже отрезок КР) должна быть в какой-то мере затененной, т. е. выглядеть темнее. При изображении хребта Б, следовало бы полностью оттенить оба его склона (западный и восточный), целиком помещающиеся в полосе падающей тени хребта А. На практике, в подавляющем большинстве случаев, падающие тени не учитываются, так как, во-первых, учет их весьма кропотлив и сложен, а во-вторых, сам рисунок, с полным учетом падающих теней, получается очень затененным. Поэтому, при отмывке с косым освещением, склоны, обращенные к источнику света независимо от их высоты, обычно оставляются осветленными, а противоположные — затененными.

Известную помощь в отмывке с косым освещением могут дать фотографии рельефа, получаемые с рельефных моделей. При изготовлении рельефных моделей местности пользуются картами с горизонталями.

Если с рельефной модели сделать фотоснимок при косом освещении, то получим так называемый фоторельеф. При изменении направления и угла наклона лучей освещения соответственно будут меняться и изображения фоторельефа. На одних из них, собственные и падающие тени получат одно отображение, на других — другое, в зависимости от расположения и направления хребтов и других орографических объектов, слагающих данный географический ландшафт.

При изготовлении рельефной модели местности масштабы для горизонтальных и вертикальных расстояний берутся различными. Обычно масштаб для горизонтальных расстояний соответствует масштабу карты, а вертикальный крупнее. Это обстоятельство меняет действительные соотношения горизонтальных расстояний с вертикальными, а отсюда, как следствие, вытекает условность изображения фоторельефа.

Характерным для фоторельефа является то, что вся поверхность изображаемого района, даже и равнинного, на снимке с рельефной модели будет покрыта тенью различной интенсивности, кроме склонов, обращенных к источнику света, которые остаются не затененными. Отсюда вытекает и другой недостаток фоторельефа, заключающийся в том, что он дает, хотя и объективное, но недостаточно генерализованное изображение рельефа. Об этом, в частности, можно судить по немецкой полетной карте масштаба 1:500 000, на которой рельеф выполнен отмывкой по теневому способу, т. е. путем фотографирования рельефных моделей. Отмывка рельефа на этой карте дана в одном плане без выделения главнейших орографических объектов. Кроме того, сильный сплошной тон отмывки «забил» остальное содержание карты, резко снизил ее читаемость.

Несмотря на эти недостатки, фоторельеф, дающий, как указывалось выше, объективное изображение рельефа, не зависящее от субъективных особенностей исполнителя, может оказать большую помощь в работе по отмывке рельефа.

Использование рельефных моделей и снимков с них особенно следует рекомендовать при обучении отмывке рельефа. В меньшей степени они могут быть пока использованы для производственной работы, так как изготовление рельефных моделей значительно увеличивает объем и стоимость картографических работ. С дальнейшей рационализацией изготовления рельефных моделей должна возрастать и их роль в производственной работе по отмывке рельефа.

Критическая оценка метода отмывки при косом освещении. Отмывка рельефа при косом освещении дает хороший пластический эффект. Это объясняется тем обстоятельством, что при косом освещении направление лучей зрения не совпадает с направлением световых лучей, в силу чего резче выявляется наличие и сочетание теней — главнейших факторов пластического эффекта. При отмывке с косым освещением, в подавляющем большинстве случаев, падающие тени не учитываются. Это обстоятельство, уменьшая площади затенения на карте, повышает читаемость других элементов, что является одним из достоинств метода отмывки при косом освещении. Кроме этого, падающие тени скрывают рельеф той части карты, которую эти тени должны покрывать.

При отмывке с косым освещением, практикуется усиливание контрастов резкости света и тени с увеличением высоты хребта. Такое положение находится в некотором противоречии с интенсивностью затенения, зависящей, в основном, не от высоты орографических объектов, а от их расположения по отношению к направлению лучей, падающих от источника света. Кроме того, и крутизна склонов не находит своего правильного отображения. Таким образом, этот метод отмывки приобретает в значительной степени условный характер.

Несмотря на это, метод отмывки при косом освещении находит довольно широкое применение при изображении рельефа на географических картах мелкого масштаба, хорошо подчеркивая направление крупных орографических объектов и в то же время не загружая карту.

Метод отмывки при комбинированном освещении. Основные положения отмывки при комбинированном освещении исходят из сочетания принципов отмывок при зенитальном и косом освещениях, а также частичного применения принципов воздушной перспективы и нанесения падающих теней главнейших, сильно выступающих массивов рельефа. Метод отмывки при комбинированном освещении, оставаясь в пределах художественной пластики, должен сочетать в себе достоинства методов отмывки при зенитальном и косом освещениях. Отмывка при комбинированном освещении преследует цели:

  • Получения пластического эффекта от изображения как положительных, так и отрицательных форм рельефа, при наименьшем затенении площадей карты.
  • Частичного отображения крутизны скатов и высоты орографических объектов, наиболее характерных для данного ландшафта.
  • Наиболее правильного изображения важнейших орографических особенностей данного района.

Принцип отмывки при зенитальном освещении «чем круче, тем темнее» имеет место и в отмывке при комбинированном освещении, но, однако, применяется он в каждом из этих методов по-разному. Во-первых, отмывка при комбинированном освещении, сравнительно с отмывкой при зенитальном освещении, дается в значительно более генерализованном виде, тем самым площади затенения на ней меньше. Во-вторых, в отмывке при комбинированном освещении применяются частично принципы так называемой воздушной перспективы и нанесения падающих теней.

Воздушная перспектива, как известно, трактует о большей или меньшей ясности очертаний предметов, сообразно с расстояниями. Рассматривая рельефную модель местности, мы будем наблюдать различные положения и соотношения светотеней в зависимости от положения источника света и интенсивности освещения. Изображение предметов по мере их удаления будет мутнеть, покрываться дымкой. При рассматривании рельефа земной поверхности сверху неосвещенные склоны в верхней своей части будут казаться значительно темнее, контрастнее, чем у подошвы.

В то же время освещенные склоны, кажущиеся в верхней части совершенно светлыми, внизу к подошве будут иметь помутнение.

Таким образом применение в отмывке принципов воздушной перспективы, изменяющей контрастность светотеней, требует усиления теней неосвещенных склонов в верхней их части и некоторого затенения освещенных склонов книзу.

Следовательно, один и тот же фактор, а именно, направление усиления тени, отображает различные противоположные высотные характеристики форм рельефа: при затененных склонах — высоту, а при освещенных — глубину.

Применение воздушной перспективы дает хороший пластический эффект при отображении, в основном, высокогорных, альпийских форм рельефа, хребты которых характеризуются резкими переходами светотеней. При отображении других форм рельефа применять принципы воздушной перспективы следует с большой осторожностью, с тем чтобы не исказить морфологические особенности рельефа и не нарушить географического подобия. При отмывке с зенитальным освещением направление теней будет такое, как указано Дно лощины будет затенено значительно меньше, чем щеки, почему тальвег выглядит в виде осветленной полосы.

_prev-19Последнее обстоятельство часто создает превратное впечатление о высотности тальвега лощины и соседних, примыкающих хребтов. Эта картина усиливается при отсутствии в лощине водотока.

Отмывка при комбинированном освещении, как указывалось ранее, допускает частичное применение принципов воздушной перспективы, в силу чего тальвег лощины должен быть слегка затенен. Это положение вполне подтверждается наблюдениями в природе.

Кроме того, допуская в отмывке при комбинированном освещении частичное нанесение падающих теней, восточный скат лощины не должен оставаться не затененным, как это практикуется при отмывке с косым освещением. Этот скат должен быть в какой-то степени затенен падающей тенью.

 Основной принцип метода отмывки при косом освещении — усиленное затенение скатов противоположных направлению_prev-20 световых лучей, имеет место и в методе отмывки при комбинированном освещении. Однако применение этого принципа в обоих методах отмывки имеет большое различие.

В отмывке при косом освещении сила затенения склонов всегда увеличивается от подошвы к вершине, независимо от формы склона (выпуклый или вогнутый). В отмывке при комбинированном освещении форма склонов учитывается; для отображения вогнутых и прямых склонов затенение усиливается от подошвы к вершине, а для выпуклых — наоборот.

Кроме того, отмывка при комбинированном освещении позволяет исполнителю менять по своему усмотрению направление освещения, с целью наилучшего изображения географического подобия рельефа местности. Такой прием особенно необходим при перемене направлений горных хребтов, с целью оттенения более крутых склонов.

Сравнение методов отмывки при зенитальном, косом и комбинированном освещениях. Условность. Наличие в большей или меньшей степени элемента условности присуще всем методам отмывок. В наименьшей степени элемент условности свойственен методу отмывки при зенитальном освещении.

В методе отмывки при косом освещении элемент условности выражен наиболее ярко, особенно в резком усилении теней, имеющем целью получение наибольшего пластического эффекта.

В отмывке при косом освещении горизонтальная поверхность и склон, обращенный к источнику света, условно оставляются не затененными, чем уничтожается разница между ними. Эта же условность вынуждает изображать одинаково хребет и односторонний уступ, что ведет к нарушению географического подобия. Изображение скатов, независимо от их формы, также нарушает географическое подобие’при этом методе отмывки.

Метод отмывки при комбинированном освещении также не лишен условностей. При этом методе горизонтальные поверхности условно оставляются не затененными, но так как скаты, обращенные к источнику света, имеют частичное затенение, смешение этих двух различных элементов (горизонтальных поверхностей и скатов) исключается. Частичное применение принципов воздушной перспективы в отмывке при комбинированном освещении повышает наглядность в изображении рельефа. Возможность изменения направления освещения в этом методе позволяет географически правильно отобразить рельеф на карте.

Пластический эффект. Наилучший пластический эффект получается при применении метода отмывки с косым освещением. Почти не уступает ему в этом отношении и метод отмывки при комбинированном освещении. Метод отмывки при зенитальном освещении дает наихудший пластический эффект, ввиду того, что падающие тени в нем отсутствуют, а собственные тени очень слабы в силу совпадения направлений лучей освещения и зрения.

Географическое подобие. Отмывка при зенитальном освещении более правильно, чем все другие методы, отображает крутизну скатов. Действенность этого положения вытекает из самого принципа отмывки при зенитальном освещении «чем круче, тем темнее» и может быть проиллюстрировано следующим примером. На орографической схеме полуострова Камчатки изображен Срединный или Западный хребет, простирающийся в северо-восточном направлении.

_prev-22Этот хребет асимметричен, имеет пологие западные предгорья и круто обрывающийся восточной склон. Другой, Восточный, хребет тоже тянется в северо-восточном направлении и тоже является асимметричным, но в противоположность Срединному у него западный склон крутой, а восточный пологий. Отмывка при зенитальном освещении отобразит крутизну склонов обоих хребтов географически верно.

Отмывкой при косом освещении крутизна склонов Восточного хребта будет передана не верно, потому что затенен будет восточный пологий, а не западный крутой склон.

Такое географическое несоответствие не может иметь места в методе отмывки при комбинированном освещении, который допускает изменение направления освещения, с тем чтобы правильно оттенить крутизну склонов.

Площади теней. Рассматривая отмывки с этой точки зрения, следует указать, что отмывка при зенитальном освещении имеет наибольшую площадь теней. Значительно меньше эта площадь в отмывке при комбинированном и косом освещении.

Уменьшение площади отмывки значительно способствует повышению наглядности карты и улучшению читаемости всех других ее элементов.

Надо отметить, что величина площади затенения имеет большое значение при изображении рельефа отмывкой в сочетании с послойной гипсометрической раскраской. Большая площадь затенения значительно ухудшает читаемость гипсометрических слоев, способствует уменьшению контрастности оригинала отмывки и затрудняет передачу всех ее полутонов в издании.

Следует сказать, что метод отмывки при комбинированном освещении является лучшим.