饶君 魏悦

（江西省自然资源档案馆（江西省地理空间数据交换中心） 江西南昌 330025）

1 引言

地貌（地形）晕渲（山体阴影）在地图制图中应用非常普遍，往往作为各类地形图、景观图、自然地理图以及政区、旅游等地图的背景，以增加高程信息，让地图表现更直观，从而增强地图的可读性。

早期，晕渲地图一般由制图学家手工绘制而成，虽然制作周期比较长，但是艺术及综合效果非常好。随着计算机技术的发展，现代地貌晕渲一般利用DEM 由计算机自动完成，几乎不需要人工干预就能达到很好的质量水平，新的算法也在不断融入，如Leland Brown 将纹理晕渲方法引入地貌晕渲生产软件。

地貌分层设色是基于高程属性，用不同色调的颜色对应不同的高程来表示地形起伏。该方法历史悠久，受制图学家青睐已有150 多年的历史，上世纪中期，其角色和设计方法受到制图学界重新审视，主要原因就是单一的高程设色不能精确反映当地的气侯和植被信息。2009 年，出现了交叉混合（Crossblended）分层设色。

一般情况下，地貌分层设色往往会叠加晕渲以增加高程信息，之前有学者使用Photoshop 将分层设色以正片叠底方式叠加到灰度晕渲生成彩色晕渲效果[4]，也有学者采用HSV 色彩模型绘制彩色晕渲图，还有专门的软件用来生成彩色晕渲图[5]。自上世纪80 年代以来，国内外相关机构和制图专家一直在研究探索制作3D 地形图（鸟瞰图）。

为了同时表示出高程起伏细节与生动的色彩，借助Photoshop 图层混合模式和色阶调整功能，本文提出一种迭代自适应方法将灰度晕渲与高程分层设色（或其它类型的地图图层）叠加来生产彩色晕渲。

2 Photoshop 混合模式介绍

混合模式是Photoshop 的一个菜单，出现在软件的多个地方，一是使用PS 画笔工具时，其选项工具栏里有混合模式列表，它会决定您所使用的画笔与其所在的图层现有的像素如何交互（混合）。二是出现图层面板上方，主要影响某个图层与其底下图层的混合模式。还有在软件其他地方，如填充、滤镜等操作，这里我们主要关注图层的混合模式。

展开Photoshop 图层混合下拉列表我们可以看到Photoshop 提供了数十种混合模式，每一种的算法不一样，但大体可分为六大类，软件中用分隔线隔开。主要说明如下（表1）：

表1 Photoshop 图层混合模式功能分类及实现效果说明

如下是应用不同类型的混合模式的效果如图1。

图1 不同的混合模式效果对比

3 自适应叠加生成彩色晕渲技术流程

3.1 阴影区（暗区）的混合叠加流程

先将晕渲图层的混合模式设置为“线性加深”，在该模式下，结果会根据晕渲图层的灰度进行线性加深，颜色越深，变暗程度越大，如果晕渲图为白色的话，那么混合后底图颜色不会变化如图2。

图2 “线性加深”混合叠加

如果想让有阴影的山区变暗，但是不想让平地变暗，如上图中的蓝色部分，可以通过调整黑白晕渲图层的灰度，使该层的亮色（光照）区域变为纯白色，这样就不会对下边的分层设色图层有加深效果，由色阶调整工具达到此目标。具体步骤如下：

1）在图层面板中选中晕渲图层；

2）在主菜单中，选择“图层——新建调整图层——色阶…”，命名为“阴影色阶”，在属性面板中，将直方图下方最右侧的滑块调整至直方图顶点正下方的位置如图3。

图3 晕渲图层色阶调整（亮区变白）

该操作将晕渲图层的平地（灰度偏亮的区域）变成白色，这样该区域在与下面图层混合时，不会有变暗效果。

3）将光标放在阴影色阶调整图层与晕渲图层的中间位置，然后按住Alt 键（Windows），当光标出现向下的箭头形状时，单击，使该调整图层仅作用于其下方的第一个图层（黑白晕渲图层）。

3.2 光照区（亮区）的混合叠加流程

经过上述应用“线性加深”混合叠加，阴影区有了较好的起伏效果，同时经过给晕渲图层运用色调调整效果，使得光照区域没有变暗，但发现有些平坦地区的高程起伏细节信息丢失了，如下图左上角的河谷地区，右图的丘陵地带中的平地，如图4 所示。

图4 平原区域细节损失部分

为了反映上述光照区域的起伏细节信息，可以做一个与阴影区域相反的混合模式——滤色（英文称为Screen）。在该混合模式下，晕渲图层中的黑色部分不会对下边图层色调有影响，其他色调将对下方图层有一个“变亮”的效果，色调越浅，混合后变亮效果越明显。

首先，对晕渲图层做一份拷贝，然后用色阶功能将晕渲图层中的暗色(阴影)部分都变黑，保留亮色（光照）部分的纹理，再应用“滤色”模式，具体步骤如下：

1）在Photoshop 图层面板中，按住键盘的Alt键，然后点击并拖动晕渲图层到最上面，生成拷贝图层，双击图层名称，将名称改为“高亮区”。将下面的晕渲图层改为“阴影区”；

2）隐藏阴影区图层和阴影色阶图层；将高亮区图层的混合模式设置为“滤色”；

3）将高亮区图层的混合模式设置为正常模式，然后在主菜单中，选择“图层——新建调整图层——色阶…”，命名为“高亮色阶”。将直方图下方最左边的滑块向右滑至直方向最高点的正下方（也可以记下前面对应的数值），如图5 所示。

图5 晕渲图层色阶调整（暗区变黑）

这样晕渲图层中只有高亮区才有细节纹理信息，暗色区域全变为黑色。

4）将光标移到“高亮色阶”靠近“高亮区”图层位置，然后按住Alt 键，当光标变为向下箭头图标时，单击，让“高亮色阶”图层只影响下面的高亮区图层。然后将高亮区图层混合模式设置为“滤色”。

这个结果对晕渲图层的高光区（平地）实现了较好的效果。最后，将阴影区和阴影色阶图层显示，完成两者的叠加。

如果我们将高亮色阶和高亮区图层切换隐藏和显示的状态，可以看到加了高亮区的混合之后，平地的细节信息就显示出来了如图6。

图6 “滤色”混合叠加增强了平原区的细节

这样就基本完成了地形晕渲与分层设色图层比较理想的混合叠加。在此基础上，如果还需要作进一步的调整，可以直接调整两个色阶调色图层的直方图，如让高亮区多一些或阴影区多一些，也可以调整两个晕渲图层的透明度。

4 结束语

通过对地形晕渲图层做了两个拷贝，其中一个混合模式设置为“线性加深”，用于给分层设色图层叠加阴影效果，另一个混合模式设置为“滤色”，用于增加高亮区（平地）的地形细节，分别给每个晕渲图层都添加了色阶调整图层，调整设置为“线性加深”的晕渲图层的色阶以使其只影响阴影部分，调整设置为“滤色”模式的晕渲图层的色阶确保其只影响高亮部分。通过这种设置，让平地地形区域的颜色保持或接近原来的颜色，然后在山地的阴影区或向阳区适当增加阴影和光照，最终达到一个较好的效果。

本文提出的方法也适用于晕渲与其他类型的栅格图层（如影像/地表覆盖/政区等）进行叠加的情况。