矢量化
一般转化步骤
1、边界提取—二值化
一般情况下，栅格数据是按0～255的不同灰度值表达的
为了简化追踪算法，需把256个灰阶压缩为2个灰阶，即0和1两级。为
此，假设任一格网的灰度值为G(i,j),阀值为T，那么，根据下式就可 以得到二值图 1 f(i,j)>= T
G(i,j)=
0 f(i,j)<= T
以栅格行列为参考坐标轴，由多边形某点开始顺时针搜索边界线
边界上行时，边界左侧行坐标相同的栅格被减去a，
边界下行时，边界左侧行坐标相同的栅格被加上a
1、栅格化
边界代数填充算法
面的栅格化
1、栅格化
边界点跟踪算法
以多边形为单位 按顺时针方向跟踪单元格：
面的栅格化
N N
L L R N N R
1、栅格化
• ①确定栅格矩阵
Y
(0,0)
J Y max
I=(Ymax-Ymin)/dy J=(Xmax-Xmin)/dx
y
I
x
I，J为整数，尾数入上去
dx=(Xmax-Xmin)/J dy=(Ymax-Ymin)/I
X min O
X max
Y min X
1、栅格化
• ② 点的栅格化
点的变换十分简单，只要这个点落在 那个网格中，就是属于那个网格元素， 根据该点状对象的特性赋予该像元属 性值。

1、栅格化
矢量数据结构想栅格数据结构的转换

确定栅格矩阵（行列数/分辨率） 点的变换、线的变换以及多边形的变换（面的变换）
具体转换步骤：

准备好矢量数据或矢量地图； 构架一个与地图等大小的格网， 选取好适当的格网密度或 分辨率，依据范围则可以算出格网的行列数。 根据地图上的点、线、多边形相对这个格网的配置及其属 性来确定每一个项元的数值。
矢量化
一般转化步骤
3、线的简化及曲线圆滑
目的：由于搜索是逐个栅格进行的，所以弧段或多边形的数据列十分密集。为了减少存储
量，在保证线段精度的情况下可以删除部分数据点
曲线光滑：假象曲线为一组离散点，寻找形式较简单、性能良好的曲线解析式
插值方式
逼近方式
矢量化
一般转化步骤
4、拓扑关系生成
目的：判断弧段与多边形间的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建
1、栅格化
• ④ 面的栅格化
b、多边形内部属性填充方法（基于多边形数据的栅格化方法）：
内部点扩散法 射线算法
平行线扫描法与铅垂线跌落法
边界代数充填算法
边界点跟踪算法
1、栅格化
面的栅格化
内部点扩散算法—缺点
程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，占用内存很大，在内存
受限时很难采用
在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边形的两条边界落
一般转化步骤
1、边界提取—线的细化
将占有多个栅格宽的图形要素缩减为只有1个像素
剥皮法：每次剥掉等于一个栅格宽的一层，最后只留下彼此连通的由单个栅格组
成的图形 剥皮法保持图像的连接性不变和关键部分
矢量化
一般转化步骤
1、边界提取—线的细化
剥皮法算法原理 剥皮法过程
矢量化
一般转化步骤
特点：计算量较大，算法比较复杂。
1、栅格化
面的栅格化
边界线的转化与线的栅格化方法相同，接下来就是属性的填充
d c
b
0
a f
1
e
填充的方法很多，关键问题是正确判断哪些栅格单元位于多边形之内，
哪些位于多边形之外。为此，多边形必须严格封闭，没有缝隙
1、栅格化Leabharlann 面的栅格化0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
如相交偶数次，则待判点在该多边形的外部 如相交奇数次，则待判点在该多边形的内部
1、栅格化
射线法—基本原理 N=0 N=2
面的栅格化
N=1 N=3
N=4
1、栅格化
射线法—特殊情况：奇异点
面的栅格化
1、栅格化
平行线扫描法与铅垂线跌落法—基本原理
Y M
面的栅格化
a R
N
b e
c d f
射线算法的改进，将射线改为沿
矢量化
一般转化步骤
2、边界追踪
目的：就是将细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭
合的线条，并以矢量形式存储（坐标）
基本原理：对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每
个已知边界点需除了进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点，直到 连成边界弧段
X ) 2 Y Y Ymax (Y .i ) 2 X X min (X . j

1、栅格化
• ①确定栅格矩阵

矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所以选择栅格尺寸的大小 要尽量满足精度要求，使之不过多地损失地理信息。

为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数据量将以平方指数递增，因此，精度 和数据量是确定栅格大小的最重要的影响因素。

在转换之前需要确定栅格单元的大小，栅格单元的大小又称为栅格图像的分辨率，直 接决定了栅格数据的精度
在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多边形不连通，不能完成 多边形的填充
1、栅格化
面的栅格化
射线法
概念：射线算法，又称为检验交点数，是逐点判别数据栅格点
在某多边形之外或在多边形内来决定是否记录该点
基本原理：具体实现是由待判点向图外某点引射线，判断该射
线与某多边形所有边界相交的总次数，判断的基本原理：
1、边界提取—线的细化
骨架法：确定图形的骨架，而将非骨架上的多余栅格删除
基本原理：扫描全图，凡是像元值为1的栅格都用V值取代。V值是该栅格与北、
东和北东三个相邻栅格像元值之和，即：
保留最大V值的栅格，删去其他栅格，但必须保证连通。因最大V值的栅格只
能分布在图形的中心线、骨架上，因此选取最大值栅格的过程就是细化的过 程
I p 1 INT ymax y / dy x xmin / dx J p 1 INT
1、栅格化
• ③线的栅格化
（X1，Y1）
线是由多个直线段组成的，因此线的 栅格化的核心就是直线段如何由矢量 数据转换为栅格数据。
立与属性数据的关系
方法：参阅上一讲
THANKS
谢 谢 聆 听
主讲人：魏瑶 陕西铁路工程职业技术学院
栅格阵列列方向或行方向扫描线， 判断与射线算法相似。省去了计 算射线与多边形边界交点的大量 运算，大大提高了效率。又称为 扫描算法
g X
1、栅格化
边界代数填充算法
面的栅格化
基本思想：基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于记录
拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构
实现过程：
初始化的栅格阵列各栅格值为零
•
Y
假定一线段两端点之间经过若干个网格元 素(至少一个)，两端点坐标为(X1，Y1)， (X2，Y2)
•
（X2，Y2） X
1、栅格化
• ④ 面的栅格化
a、 基于弧段数据的栅格化方法：
1. 按行或列做中心扫描线
2. 求交点栅格坐标的行列值 3. 判断交点左右多边形数值 4. 交点排序并逐段生成栅格数据
核心技能实训
空间数据结构转换
主讲人：魏瑶 陕西铁路工程职业技术学院
2017.1.16
CONTENTS
目录
01
栅格化
02
矢量化
01
栅格化
1、栅格化
矢量数据结构想栅格数据结构的转换

矢量 栅格化
将数据用矢量数字化的方法输入计算机或以矢量的方式存 在计算机中。如：行政边界、交通干线、土地利用类型等 表现为点、线、多边形数据
矢量化
一般转化步骤
边界提取
边缘锐化（遥感影像或分类栅格，面状地物）
线的细化（扫描矢量图，线状地物） 二值化
边界追踪 拓扑关系生成 线的简化及曲线
矢量化
一般转化步骤
1、边界提取—边缘提取（数字图像处理）
原始图片
Lenna的Prewitt边界
Lenna的Sobel边界
矢量化
L
L L N N N R
R
R
上行L； 横向N； 下行R（如果为岛屿，则相反）
逐行扫描，充填LR间的单元格
02
矢量化
矢量化
定义与要求
定义及要求：从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化，矢量化过程要保证以下两
点要求：
拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性与邻接性 转换物体正确的外形