三维立体地图的制作与出版研究

马红文 游世龙 刘国强

摘  要：该文以三维立体地图的制作与出版为研究对象，论文首先分析三维立体地图的基本原理，进而探讨了三维立体地图的制作流程，在此基础上，论文详细论述了印刷与装订的过程，论文是笔者长期实践工作基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：三维  立体地图  制作  出版  印刷

中图分类号：TU198;TP391.41   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（c）-0036-02

立体印刷又称3D印刷，是一种模拟人眼间距可产生空间差的原理，将不同角度、不同层次的像素记录在感光材料上，再借助光栅材料的复合，于二维的平面图像上呈现三维的立体效果。三维立体地图是利用3D印刷原理，是通过特定的立体制作，结合最新的印刷技术，使人们不借助任何工具，在二维平面中看到一幅三维立体的全景地图。

三维立体地图具有平面地图不可比拟的特点：图像清晰，层次丰富;光泽度好，颜色鲜艳，不易褪色;具有很强的立体感，可以于二维的平面中观看全景的立体效果，尤其是大比例尺地形图和遥感影像图，给人以身临其境的感受。

1  原稿的获取

立体图像是由多个角度看到的平面图像合并而成的。获得立体图像原稿有两种方法：相机拍摄和立体软件制作。

1.1 相机拍摄

用照相机实拍有单相机多次拍摄、多相机单次拍摄和立体相机拍摄3种方法。单相机多次拍摄是用一部相机沿着一定的半径间隔相等的角度多次拍摄取图。由于有时间间隔的关系，比较适合拍摄静止不动的物体，有动作或光影发生变化时对图像的影响较大。多相机单次拍摄是用几部相机沿着一定的半径间隔相等的角度在滑轨上同时放置，同时按快门同时拍摄取图。

1.2 立体软件制作

只要是平面印刷可用的图片都可以采用立体软件制作立体印刷品。有很多三维立体软件或模拟立体软件，如3dsmax、maya、softimage、3D之星、psdto3d等都可以将国画、油画、照片等平面图画制作成立体图画，制作时，按照软件的指引，输入必要的数据，即可轻松快速地将普通的平面照片转化成3D图片。

用专业软件处理原稿的优势是无须构建模型来完成，较易取得各种景物，方便、快捷。三维立体地图原稿的获取即是利用这种方法。

2  三維立体地图的制作

三维立体地图的制作主要是地理底图的制作、数字高程图的制作和三维立体数据的生成。下面以立体卫星影像地图为例，简要介绍了三维立体地图的制作流程，如图1所示。

2.1 制作卫星影像地理图

建立卫星影像数据的数学基础，在相同投影参数下，将卫星影像数据与相关地理信息资料相匹配，添加相应的地理要素，生成适合立体卫星影像地图生产的卫星影像地理图，见图1。

这里需要用图像处理软件对卫星影像数据进行匀色和调色处理，使影像尽可能接近于自然色彩，有利于卫星影像三维立体图的生成。

2.2 制作卫星影像数字高程模型

数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM，是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM制作是利用数字高程模型中的色彩与高程相对应的信息，由立体制图软件建立数学模型。

在制作卫星影像数字高程模型时，首先设置制图区域内的最高点和最低点色彩的颜色值（RGB），由软件自动识别最高点和最低点并生成渐变的高程模型。某卫星影像中，最高点1118m设为棕色，最低点-461m设为绿色，软件根据RGB值自动实现色彩由绿色向棕色渐变，形成卫星影像数字高程模型。

2.3 生成三维立体图数据

生成三维立体图数据主要步骤有以下几点。

（1）将卫星影像数字高程图与卫星影像地理图在统一的数学基础下进行配准。

（2）设定光栅材料能表现的最大位移量。

（3）设定CTP分辨率与光栅分辨率相对应的每个栅距图像帧数。75线/英寸的光栅材料对应的每个栅距图像帧数为15个左右。

（4）设定每个像素的变形值，合成不同角度的图像。像素的变形值由软件自动根据相关参数自动设定。

（5）利用软件预览工具生成彩色和灰度两种红蓝立体预览图，检查立体参数设定的正误和准确程度。

（6）预览无误后，生成立体卫星影像地图专用立体数据。

3  印刷与装订

3.1 数据输出

根据CTP尺寸设置页面及光栅参数，导入专用立体数据，通过CTP直接制版技术生成三维立体卫星影像图的输出制版数据。

3.2 印刷

3.2.1 光栅材料

承印三维立体产品需要用特种光学材料——光栅材料。光栅材料有立体光栅膜、立体光栅板和立体光栅片3种。立体光栅膜分辨率有32线/英寸和24线/英寸，适合做立体婚纱照、立体装饰画、立体灯箱、立体广告等;立体光栅板分辨率为23线/英寸、25线/英寸和42线/英寸，适合做立体人物、立体写真、立体艺术画、立体广告等;立体光栅片分辨率为150线/英寸和75线/英寸，适合做立体名片、立体贺卡、立体挂历、立体台历、3D魔卡、钥匙扣。

3.2.2 印刷

立体印刷的质量好坏，对立体图片的直观效果有明显影响，三维立体地图一般采用高档的胶印机用UV墨直接在光栅背面印刷。

由于光栅的聚焦和阻碍作用，要求印刷网线清晰、套印准确，套印误差不允许超过0.02mm，因此需采用特别的对位系统，使印版上的条纹与片材上的光栅条纹精确对应。

3.3 装订

装订工序包括背涂和模切。背涂是在印刷后的光栅背面涂覆一层透明涂料或白色涂料，以提高图像的亮度，使图像更清晰，层次更加分明。

由于光栅材料较厚，不能像普通纸张那样直接裁切成成品，而要采用模切的方式裁切。

4  结语

三维立体地图首次将光学原理、摄影测量学及立体光栅技术和印刷技术与地图制图技术相结合，突破了传统地图制图中纸质载体单一以及平面地图表达对立体信息展现的局限性，改变了以往借助于红绿眼镜等专业工具的立体影像观测方式，实现了地图产品的裸眼立体信息表达。三维立体地图产品图像清晰、层次丰富，真实地模拟地表起伏形态、地表纹理细节等信息，具有很强的立体感与视觉效果，使观察者产生身临其境的感觉，具有很高的艺术欣赏价值。相对传统的纸质地图和数字4D产品，裸眼三维立体地图产品更加符合社会公众的认知习惯。

参考文献

[1] 杜金莲.基于二维数字地图的三维城市建模方法研究[J].系统仿真学报，2018（10）：33-36.

[2] 景西安.三维电子地图道路地形修复关键技术及实现[J].测绘标准化，2019（6）：11-14.

[3] 何兴富.基于三维模型的全景地图构建与应用[J].地理空间信息，2018（7）：22-24.