1 CAD制圖與GIS制圖的區別

　　CAD軟件具有強大的繪圖和處理矢量圖形的能力，提供了各種圖形創建和編輯工具、常用符號庫、色彩庫、圖層管理、排版功能及特殊化處理能力，能夠大大增強地圖的藝術感染力。同CAD相比，GIS較復雜，它拓展了CAD的內容，推出了很多CAD制圖無法實現的功能。從CAD單純的圖形制作到GIS數形合一融合而成的整體，強大的空間數據管理能力不能小說是制圖工藝的一個進步。但是，這并不代表CAD已跟不上時代，它依然具有目前GIS所無法媲美的優勢。CAD制圖與GIS制圖的區別可以從“數據本質”和“制圖方法”兩個方面來闡述。

　　1.1 數據本質上的不同

　　數據是制圖的基礎，在CAD制圖與GIS制圖過程中，兩者利用的數據有著質的不同。

　　1.1.1 坐標系統

　　CAD和GIS都擁有自己的坐標參考系統，所不同的是CAD的平面坐標系所反映的只是一定比例尺下圖形的相對位置.可以說是手工制圖的翻版。而GIS作為一種地理分析工具，可以在系統支持下高效率、高精度定量地實現真正地理意義上的區域空間分析和過程模擬預測，因此要求數據具有較高的精度。它不僅具備經緯度表示的具有實際意義的地理坐標，還具有地圖投影坐標。地圖投影是地圖最重要的數學基礎。對于一幅由CAD軟件制作的數字地圖來說，只能如傳統紙張地圖一樣采用原始資料圖的投影，并用特定的地圖符號(經緯網)和注記加以表達。而GIS軟件的地圖投影系統模塊，使得地圖不再是從一(投影)而終，用戶可以根據需要隨時進行地圖投影的設置、選擇和變換。

　　1.1.2空間拓撲

　　拓撲是精準地表達空間數據的有效方法，通過嚴格地約束要素之間的關系，提高空間數據的準確度和可用性。拓撲關系能清楚地反映實體之間的邏輯結構關系，比幾何關系具有更大的穩定性，不隨地圖投影而變化。在GIS中空間數據之間的拓撲關系對于數據的處理和空間分析具有重要的意義。它不僅有助于卒問要素的查詢，還可以根據拓撲關系鶯建地理實體，例如根據弧段構建多邊形，實現面域的選取;根據弧段與結點的關聯關系重建道路網絡，進行最佳路徑選擇等。而CAD中并不考慮數據問的拓撲關系，線段與線段之間是相互獨立的，它只要求圖元與圖元之間在視覺上互相連接，而對于圖形數據的坐標或屬性信息是否真正連接并無要求。例如，表示房屋的多邊形，在CAD中只要在視覺上看不出缺口即可，但在GIS中，則要求必須形成一個嚴格封閉的面。

　　1.1.3屬性數據

　　GIS系統是一個復雜的綜合體。系統中不僅有與地理實體分布有關的空間數據，還有表現各地理實體特征的屬性數據，如地物名稱、地貌類型、河流流量、土地等級、人口數量，等等。在GIS中，空間數據的管理是通過屬性數據庫來進行的。在進行空間矢量數據采集的同時，還要進行屬性數據的錄入。制圖時專題圖層與屬性數據庫直接關聯，因而數據的變化可以直接在圖上得到反映，無需閃數據改變而重新制圖。而CAD中的空間圖形特征沒有數據庫來管理，圖形信息完全是以符號的形式進行存儲的，修改起來比較麻煩。

　　1.2制圖方法上的不同

　　地圖設計可以分解為整體樣式設計和個體符號設計，其中整體樣式設計是指為地圖主題要素類確定地圖表示法，個體符號則是指地圖上表達地理個體的符號。作為一個專門的平面設計軟件，CAD的個體符號設計具有GIS無法比擬的優勢，而在整體設計方面GIS的一體化制圖功能更是CAD所望塵莫及的。

　　1.2.1 CAD個體符號設計

　　地圖是地理要素符號化的抽象表達，地圖編制的主要任務就是設計既科學又具美感的各種地圖符號，這些符號包括點狀符號、線狀符號、面狀符號，以及3維立體符號等。以CorelDraw制圖軟件為例，CorelDraw具有強大的圖形編輯、文字處理、符號制作等功能，同時可建立豐富的系統符號庫以被調用和共享。CorelDraw雖然有很多自帶的符號，但大多不是地圖專用符號，很少能用于地圖。

　　由于它提供的可利用符號比較少，在專題地圖的制作過程中需要我們自行設計繪制符號。設計者可以根據制圖的需要設計出各種風格的符號，人工的參與度較大，因此最能發揮人的主觀能動性，個人的想法設計更能夠融合進圖形中，這就增加了地圖的美化空間;而GIS軟件專題圖符號較為單一，只能調用模板中所存在的僅有的幾種傳統的專題符號，如餅圖、直方圖、點密度等，從地圖輸出的角度來講，美學效果欠佳。

　　1.2.2 GIS一體化制圖

　　GIS軟件為用戶提供了一體化的地圖繪制、顯示、編輯和輸出的環境，模版化設置使用戶只需要移動鼠標、選擇菜單、點擊按鈕便可以輕松地制作出一幅專題地圖。由于GIS中專題圖層與屬性數據庫直接關聯，符號設計采用了符號大小與屬性數據相關聯的方式進行制作，專題符號由計算機系列生成，無需逐個繪制。由于人為的參與度較小，因而具有可靠的數據精度，符合地圖科學性的原則。CAD沒有提供現成的專題圖制作模板，無論是圖例還是專題符號設計均需要制圖者逐個進行。符號的大小、顏色的填充等效果的制作完全依賴于制圖者個人的美學素養，制作比較耗時。

　　2 CAD與GIs聯合制圖

　　2.1 從GIS到CAD

　　GIS采用符號大小與屬性數據關聯的方式進行專題制圖，具有可靠的數據精度，這符合地圖科學性的原則。但其專題圖符號較為單一，尤其是常用的分區統計圖，只能在“餅圖”和“柱狀圖”中選擇。為了加強地圖的藝術效果，我們將GIS中制作好的專題地圖或統計圖通過格式轉換導入CAD，進行再加工。

　　2.1.1數據格式轉換

　　將GIS中制作的專題地圖轉入CAD中方法很多。不同軟件能轉出和可轉入的數據格式亦不相同。Maplnfo可轉出格式有BMP。JPG，WMF等，其中WMF，DXF等是矢量型的;ArcGIS可轉出格式也有很多，如EPS，AI，JPG，BMP等，其中EPS，AI等是矢量型的。

　　1)EPS，AI轉換

　　通過ArcGIS的Export map命令可以將制作出的專題地圖進行輸出，輸出的格式有多種，其中EPS和AI是比較常用的矢量圖形格式。EPS是封裝的postscript，AI是Adobe Ⅲustrator的矢量圖形格式。兩種格式的本質并不相同，但就制圖而言，轉入到CorelDraw中的效果卻基本一致。所不同的是AI格式數據進入CorelDraw既可以通過軟件直接打開，也可以通過軟件導入。而EPS格式的數據無法導入只能打開。導入和打開兩種方式最大的區別是打開無需進行重新定位。

　　這兩種轉換方法對底圖要素和專題圖層同樣適用。對于底圖要素來講，伴隨面要素轉出的同時，相應的面的輪廓線也被轉出。因此底圖要素導入后需要刪除不必要的線要素。

　　2)DXF，WMF轉換

　　DXF轉換是指以DXF文件作為中介進行Maplnfo到CorelDraw的轉換。這種轉換是對整個table文件進行的，并將Mapldo圖形對象的坐標直接帶入CorelDraw，因此轉換中應注意地圖投影與圖形套合的問題。

　　用于制作地圖的圖形數據可以來自多個方面，各數據的默認投影不一定相同，在table到DXF的轉換中，變換設置不考慮地圖投影的變形，而只是一種簡單的相似坐標變換，因此不同坐標系的地圖難以很好地套合起來。解決這個問題的唯一途徑：輸出DXF前將所有的table以同樣的投影方式另存，此外，Maplnfo只對table基表進行DXF變換，而專題地圖圖層不能變換，并且DXF將丟失所有的面狀信息，如顏色等，因此必須開辟另外的轉換途徑。

　　WMF是windows圖元文件格式，在Maplnfo中采用保存窗口命令可以將地圖窗口中的所有可視圖層(包括專題圖層)保存為WMF格式，然后再在CorelDraw中導人編輯即可。

　　2.1.2 CAD中的藝術加工

　　在GIS一體化制圖環境及后臺數據庫支持下，雖然用戶可以輕松地完成專題地圖的制作，但模版化設置也會使得成果圖往往比較呆板、缺少特色。因此，為了使地圖輸出獲得更美的效果，我們可以將它們轉換到CAD中進行藝術加工。如圖1和圖2是作者制作的兩幅山東省各市學校分布統計圖，其中圖1是在ArcMap中完成，圖2則是在CorelDraw中再加工的結果。

　　在CorelDraw中主要進行了以下操作：

　　1)注記和專題符號位置的移動。在GIS中一體化制成的圖形、注記和符號的位置固定，無法進行編輯，但是大多數時候默認的位置并不一定符合我們制圖的要求，需要進行移動，而CorelDraw則給我們提供了靈活的編輯環境。

　　2)專題符號樣式的變換。GIS中專題符號比較單一，在CAD中我們可以進行各種變換。這里將專題符號在圓形的基礎卜進行了再加工，以增強美感。

　　3)色帶、海岸線的添加，使制圖主區更加突出。

　　圖1 ArcGIS中制作的專題圖

　　圖2用CorelDraw加工的專題圖

　　2.2從CAD到GIS

　　目前階段，大多數城市地區的數據均為CAD的DWG格式，從CAD到GIS得進行數據轉換，這不僅是地理信息系統開發的重要一環，而且也是GIS數字制圖的重要步驟。

　　2.2.1數據格式轉換

　　CAD與GIS之間的格式轉換僅需要運用Maplnfo的通用轉換器工具進行一次轉換，或者在AreMap中進行，具體操作如F：選擇Conversion Tools || To Geodamb || Import to CAD工具。

　　不管用哪種方法進行格式轉換，都不可能得到完全滿足要求的數據，計算機的精度可以保證數據轉換前后圖形的定位坐標一致，但轉換后的結果卻總會存在一些問題，表現在空間數據和屬性數據兩個方面。具體可概括為以下幾點：

　　1)要素丟失，有些CAD軟件中的圖形實體數據結構，GIS軟件不接受，或者轉換前后數據的對應關系沒處理好，有的內容沒有轉換過來，轉換后就造成數據丟失。

　　2)要素變形，CAD軟件中的基本圖元的定義與GIS軟件中的不一致(如CAD中的圓、弧等在GIS中可能變成多邊形或線)，或CAD數據在作業過程中操作不規范(如線不連續、采點太多、間隔太密等)，都叮能造成要素變形。

　　3)數據冗余，CAD中分層不合適(如母線和符號未區分好，符號也當成母線轉換過來)，或一條線段上點太多太密而造成數據冗余。

　　4)屬性信息不足，各種CAD軟件都沒有或很少有屬性信息，造成轉換后信息不足。許多屬性追加起來比較費時費力，容易產生錯漏，而且不易檢查修改。因此，把數據格式轉換成GIS n丁以接受的數據格式后，其轉換不可能是100%的正確，需進行處理，問題比較多或嚴重的，要重新轉換。

　　2.2.2數據的3維顯示

　　基礎的數據轉換工作完成之后，便可以在ArcGIS的ArcScene中進行3維顯示了。圖3是作者制作的某地區3維顯示圖的局部，其制作的主要步驟如下：

　　1)加載土地利用類型數據層，右擊該數據層，在propertity的symbol標簽下用type字段對不同的土地利用類型設置不同的顏色進行區別。同時，在extrusion標簽里面對地層根據自身的高度進行拉伸顯示。Base height標簽項設置為layer features have z values，use them for height。

　　2)加載房屋層，在Extrusion標簽欄里勾選extrude features in layers，extrusion points turns into lines，lines intowalls，and polygon into blocks選項，并在extrusion value or expression里面輸入表達式：【樓層數】×每層樓的高度(根據實際情況而定)。

　　3)加載電線桿等點圖層，并在symbol selector里用對應的3D符號來顯示。效果如圖3所示。

　　圖3 ArcGIS中的3維顯示

　　上例只是3維顯示最簡單的形式，還可以做進一步的工作，例如要想顯示得更逼真、接近現實，可以對建筑物疊加紋理，依據建筑物的功能對建筑物進行分類等。

　　3 結束語

　　不同的軟件在制圖方面各有特點，CAD重藝術性，GIS重精確性。兩種軟件數據的共享是計算機制圖領域目前比較常用的制圖手段之一。隨著人們對制圖科學性和藝術性要求的愈來愈高，開發出一種軟件去實現CAD與GIS功能的整合，便捷高效地達到圖形藝術性與科學性的統一已經成為一種迫切需求。