Lexikon der Kartographie und Geomatik: analytische Schummerung
analytische Schummerung, E analytical hill shading, die numerische Beleuchtungssimulation zur Erzeugung einer Schummerung als Element der Reliefdarstellung. Sie geht von einem digitalen Geländemodell als Oberflächenbeschreibung und gerichteter, paralleler Strahlung aus und liefert als Resultat eine Oberflächenreflexion in Form eines Raster-Bildes.
Auf numerischem Wege zu Reliefschummerungen zu gelangen, hat bereits H. Wiechel 1878 versucht. Im Zeitalter der elektronischen Datenverarbeitung hat dann P. Yoeli 1965 diesen frühen Beitrag wieder aufgegriffen. Seitdem hat sich die Verfügbarkeit von Digitalen Geländemodellen und Rechnern mit der erforderlichen Speicherkapazität und Prozessorleistung entscheidend verbessert, zudem stehen heute geeignete Ausgabegeräte zur Verfügung. Damit hat das Verfahren Praxisreife erlangt.
Im Normalfall wird die Oberfläche als isotroper (ungerichteter) Reflektor behandelt (Lambert-Modell). In der Entwicklung numerischer Verfahren wird der Stil manueller Arbeiten zum Vorbild genommen: Das graphische Zusammenspiel der Schummerung mit anderen Elementen im Kartenbild fordert Veränderungen gegenüber einem rein physikalischen Ansatz wie Verzicht auf Schlagschatten, Beschränkung des Dichteumfangs, graphische Betonung der Großform, Dämpfung der Kleinform. Wesentliche Vorteile der analytischen Schummerung gegenüber manuellen Verfahren liegen in einer hohen Zeiteffizienz, ihrer perfekten Reproduzierbarkeit und einem hohen Gestaltungsspielraum durch Modifikationsmöglichkeiten bei Oberflächen- und Beleuchtungsparametern.
Die konkrete Umsetzung setzt bei einer (optionalen) Vorverarbeitung des Höhenmodells ein, um dieses in eine für die Darstellung optimierte Form zu überführen durch: Veränderung der Auflösung, Dämpfung oder Betonung von Strukturen (z. B. Filterung) und lineare oder nichtlineare Überhöhung (Skalierung).
Die anschließende analytische Schummerung bedient sich zweier prinzipieller Verfahren: das vereinfachte physikalische Beleuchtungsmodell Vektorenmethode und die Gradientfilterung des Höhenmodells. Im ersten Ansatz ergibt sich die Dichte (Grauwert des Rasterbildes) aus dem Kosinus des Winkels zwischen Flächennormale einer Zelle des digitalen Höhenmodells und dem Beleuchtungsvektor. Im zweiten Fall wird eine Filtermatrix erzeugt, die den zur Beleuchtung weisenden Höhengradienten ausgibt. Der Vorteil der physikalischen Methode liegt in der beliebigen Definition der Beleuchtungsrichtung, dies nicht nur global für das Gesamtbild, sondern auch lokal. Analysiert man zuvor mit geeigneten (numerischen) Verfahren die Streichrichtung der Makroformen des Reliefs, so lässt sich, sofern nötig, automatisch eine stetig veränderte Beleuchtungsrichtung einrechnen (vgl. Abb.), denn die Streichrichtung soll möglichst wenig die Formwahrnehmung über die Schummerung beeinflussen, stumme Formen sind zu vermeiden. Auch Kombinationsschummerungen lassen sich analytisch einfach erzeugen, indem zwei Beleuchtungen (schräg und senkrecht) definiert und die resultierenden Teilbilder gewichtet kombiniert werden.
Modifikationen der genannten Verfahren sind möglich z. B. durch Einführung einer spiegelnden Komponente der Oberflächenreflexion (Glanzpunkte), Berechnung von Mehrfachreflexionen (E ray tracing) oder Aufhellung des Ebenentons (grau bei reiner Schrägbeleuchtung). Einen weiteren Spezialfall stellt die analytische Farbschummerung (polychrome Schummerung) dar. Hier werden unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen Bildschirmfarben zugewiesen und diese additiv kombiniert.
NPL
Literatur: [1] BÖHM, R. (1998): Kartographische Reliefdarstellung mittels digitaler Bildfilterverfahren. Kartographischer Baustein 15, Inst. für Kartographie, Dresden. [2] HOBBS, K.F. (1999): An investigation of RGB multi-band shading for relief visualisation. – International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 1/3, 181-186. [3] JENNY, B. (2000): Computergestützte Schattierung. – Proceedings of the ICA-Commission on Mountain Cartography, Symposium 29.3.- 2.4.2000, Rudolfshütte (Austria) = Kartographischer Baustein 18, [4] PRECHTEL, N. (2000): Operational Analytical Hill Shading Within an Advanced Image Processing System.
Analytische Schummerung:Analytische Schummerung: Numerische Erzeugung einer Reliefschummerung aus einem digitalen Höhenmodell einer alpinen Landschaft (Ennstal bei Schladming): a) mit konstanter Beleuchtung aus Nordwest. b) mit rechnerisch angepasster Beleuchtungsrichtung zur Kontrastverbesserung.
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