Reljefas (Bergštrichai #1)

Pirmas iš kelių įrašų apie automatizuotą bergštrichų kūrimą. Pradžiai trumpa apžvalgėlė apie reljefo vaizdavimą, istoriją, metodus ir apie bergštrichus (lietuviškai – kalnabrūkšniai).

Reljefas – žemės, ar kitų planetų, paviršiaus nelygumų, formų (sausumos ir vandens telkinių dugno) visuma. Reljefas įvairus savo formomis, kontūrais, formų dydžiu, kilme, amžiumi, raida. Pagal mastą reljefą galima skirstyti į: visos planetos (žemynai, vandenynų duburiai), megareljefą (kalnų sistemos, lygumos), makroreljefą (kalnai, slėniai), mezoreljefą (kalvos, skardžiai, raguvos), mikroreljefą (duobės, išgraužos), nanoreljefą (skruzdėlynai, kurmiarausiai). Reljefo elementai gali būti teigiami – kalvos ir neigiami – įdubos.

Iš visų vietovės elementų reljefas – vienas svarbiausių. Nuo reljefo priklauso visi kiti elementai. Gamtiniai objektai: upės, ežerai, jūros, augmenija; žmonių veiklos objektai: gyvenvietės, keliai ir kitos komunikacijos, ūkinė veikla. Visi šie dalykai tarpusavyje susiję ir vienas juos siejančių faktorių yra reljefas. Todėl svarbu tinkamai perteikti reljefą kartografiniuose kūriniuose. Reljefas yra ištisinis ir nepertraukiamas trimatis reiškinys, todėl nėra paprasta reljefą tinkamai atvaizduoti dvimačiame žemėlapyje.

Vaizduojant reljefą yra siekiama, kad vaizdas atitiktų reikalavimus:

  • metriškumas – iš reljefo vaizdavimo galima nustatyti pagrindines jo charakteristikas: absoliučius aukščius, peraukštėjimus, nuolydžius,
  • plastiškumas – vaizdžiai perduoda reljefo formas,
  • morfologinis atitikimas – vaizdas maksimaliai atitinka reljefo tipologiją.

Siekis rasti metodus, tenkinančius kelis ar visus šiuos reikalavimus tęsiasi per visą reljefo kartografavimo istoriją. Tam įtakos turėjo kartografijos produktų naudotojų poreikiai, kartografų žinios, gebėjimai, duomenų rinkimo būdai, žemėlapių technologijos.


Pradedant pirmaisiais kartografiniais dirbiniais ir ilgą laiką, plačiai viduramžiais, iki XVIII a. reljefas, tiksliau atskiri jo elementai, lengvai apibrėžiami ir suvokiami paprastam žmogui – kalnai, kalvos, buvo vaizduojami ženklais, realistiškai atrodančiais primityviais paveikslėliais. Kaip žmonės, tuometiniai kartografai matydavo, taip ir pavaizduodavo. Kalnai, kalvos ir kitos reljefo formos vaizduojami tartum būtų matomi iš paukščio skrydžio.

Kalvos pavaizduotos perspktvyniais ženklais. Abraham Oretlius, 1573-1575 (www.oldmapsonline.org 2016)
Kalvos ir pakrantė pavaizduoti perspektyviniais ženklais. Portugalija 1584, Waghenaer (Lucas_Janszoon_Waghenaer 2016)

Tokiam vaizdavimui kartografuotojui nereikia tiksliai žinoti reljefo elementų dydžių, jie tiesiog vaizduojami labai supaprastintai, kad būtų vizualiai panašūs į realius vietovės objektus. Šis būdas leidžia žemėlapyje nustatyti apytikslę reljefo elemento vietą. Tinkamas orientavimuisi ir bendram vaizdui susidaryti. Šiuo metodu negalima perteikti reljefo elemento dydžio, visos jo formos, užimamos teritorijos ir kitų charakteristikų. Ženklais pavaizduojamos tik akivaizdūs pavieniai reljefo elementai, bet neperteikiama visa vietovės reljefo struktūra. Šiuo metu šis metodas naudojamas kai reikia akivaizdumo – vaikams skirtuose žemėlapiuose, turistiniuose žemėlapiuose, schemose, taip pat stilizuotuose žemėlapiuose, ten, kur nėra poreikio tiksliai atvaizduoti reljefo formų ir elementų.


Iki XVIII a naudoti perspektyviniai ženklai nebetenkino poreikių ir kartografuojant reljefą imami  naudoti brūkšniavimo metodai.

Brūkšniavimas. Borenich 1783, JamesStobie (oldmaps 2016)

Brūkšniavimo metodų bendra savybė – brūkšniai (štrichai), kuriais brūkšniuojamas arba visas teritoriją vaizduojantis plotas, arba vietos, vaizduojančios ryškesnes reljefo formas. Brūkšniai brėžiami didžiausio reljefo nuolydžio kryptimi. Brūkšniavimu dažniausiai atvaizduojamas ir paviršiaus nuolydžio dydis. Nuolydis gali būti išreikštas brūkšnio ilgiu – kuo trumpesnis brūkšnys, tuo didesnis nuolydis, brūkšnio linijos storiu – kuo storesnis brūkšnys, tuo didesnis nuolydis, tarpo tarp gretimų brūkšnių (brūkšnių brėžimo tankumu) dydžiu – kuo mažesnis tarpas, tuo didesnis nuolydis ir kombinuojant šiuos būdus.  Prie brūkšniavimo iš dalies galima priskirti šešėlinio (išsamiau apie šešėlinimą kitoje pastraipoje) brūkšniavimo metodą, kai brūkšnių storiu ir tarpais tarp jų buvo vaizduojamas reljefo formų šešėliai taikant menamą šviesos šaltinį.

Brūkšniavimas. Topographishekarteder SCHWEIZ 185 (The portal of Swiss government)

Brūkšniavimas labai gerai perteikia reljefo plastiškumą ir morfologiją, yra vaizdus. Dažnai leidžia nustatyti nuolydžio dydį, tačiau neleidžia nustatyti absoliučių aukščių ir peraukštėjimų. Jei brūkšniavimas kuriamas naudojant klasikines technologijas, tai reikalauja didelių žmogaus darbo resursų. Brūkšniavimas didina kartografinio kūrinio apkrovą – brūkšniavimu padengtuose žemėlapio plotuose kitos informacijos talpinimas yra ribotas arba neįmanomas.  Brūkšniavimo metodai buvo populiarūs XIX a. Šiuo metu naudojami retai, kalnuotoms vietovėms kartografuoti, stilizuotiems žemėlapiams kurti.


Labai išraiškingai reljefo formas perteikia šešėlinimas (angl. hillshade), kai reljefas tartum padengiamas šešėliais ir vaizduojamas vienos spalvos tonais, šviesiausiais reljefo šlaituose atsuktuose į menamą šviesos šaltinį ir tamsiausiais – esančiais šešėlyje.

Šešėlinimo metodas kai apšvietimas šiaurės vakaruose (Marius)

Dažniausiai šešėlinimui pasirenkamas menamas šviesos šaltinis esantis žemėlapio lapo viršaus kairėje pusėje – šiaurės vakaruose. Tai susiję su žmogaus suvokimo savybėmis, kai dažniausiai matomi daiktai yra apšviesti iš viršaus ir tokio apšvietimo suformuoti šešėliai padeda suvokti teisingą daikto formą. Taip pat tokiu principu dažniausiai yra apšviečiama darbo vieta, kas formuoja suvokimą.

Šešėlinimui gali būti pasirenkamas ir menamas šviesos šaltinis esantis virš vaizduojamo reljefo. Šviesiausiais tonais bus vaizduojamas reljefas artimas horizontaliam, tamsiausiais – didžiausią nuolydį turinčios reljefo dalys. Tokiu atveju tamsumas tiesiogiai rodys paviršiaus nuolydį.

Šešėlinimo metodas kai apšvietimas iš viršaus (Marius)

Šešėlinimas buvo naudojamas jau XVIII, tačiau tuo metu nebuvo technologijų leidžiančių tokius žemėlapius tiražuoti, todėl šešėlinimas buvo atliekamas rankiniu būdu.

Šešėlinimas labai vizualus, atitinka plastiškumo reikalavimus, puikiai perteikia reljefo tūrį, formas, tačiau netenkina visų metriškumo reikalavimų. Iš šešėlių negalima nustatyti absoliučių aukščių, peraukštėjimų, tačiau vizualiai galima nustatyti struktūrinių (pagrindinių, skeletinių) reljefo linijų padėtį.


1774 metais anglų matematikas Charles Hutton sukūrė koncepciją reljefą išreikšti izolinijomis. Šiuo metu tai plačiausiai naudojamas būdas vaizduoti reljefą. Izolinijomis, izohipsėmis, dar vadinamomis horizontalėmis (toliau – izohipsės), vaizduojamas sausumos paviršius. Tai menamos vienodo aukščio taškus jungiančios linijos. Izohipses galima įsivaizduoti kaip dažniausiai vienodu intervalu nuo aukščių sistemos atskaitos taško (jūros lygio) pravestų plokštumų susikirtimo su reljefo paviršiumi projekciją į plokštumą. Atstumas tarp plokštumų vadinamas, izohipsių laiptu.

Izohipsės (Wikipedia)

Izolinijomis vaizduojančios vandens telkinio dugno paviršių vadinamos izobatomis. Izobatų laipto atskaitos taškas – vandens paviršius, jos parodo gylį.

Izohipsių laiptas parenkamas atsižvelgiant į žemėlapio mastelį ir vaizduojamos teritorijos reljefo pobūdį. Izohipsės numatytame mastelyje turi būti aiškiai skaitomos ir neperkrauti numatyto žemėlapio. Stambaus ir vidutinio mastelio žemėlapiams dažniausiai parenkamas vienodas izohipsių laiptas. Smulkaus mastelio žemėlapyje, kartografuojant teritorijas su skirtingais reljefo tipais (kalnai, lygumos), gali būti taikomas nevienodas izohipsių laiptas. Mažą nuolydi turinčioms reljefo vietoms tiksliau išreikšti gali būti panaudotos papildomos izohipsės – pusės pagrindinių izohipsių laipto aukščio reikšmės – pusinės, arba specialiai parinktos aukščio reikšmės.

Izohipsės, laiptas – 2 metrai. (Marius)

Izohipsių metodas gerai tenkina metriškumo reikalavimus. Pagal Izohipses galima tiksliai nustatyti absoliučias aukščio reikšmes, peraukštėjimus, reljefo elementų formą, pagal atstumą tarp izohipsių (pagal žemėlapio mastelį ir izohipsių laiptą) galima nustatyti reljefo nuolydį, nuolydžio kryptį, paskaičiuoti žemės tūrius. Izohipsėmis išreikštą reljefą labai paprasta skaitmenizuoti. Izohipsių metodas mažai apkrauna žemėlapį.

Geresniam ir greitesniam suvokimui, tam tikros izohipsės, kas ketvirta, kas penkta, dešimta, gali būti vaizduojamos paryškintos. Ant izohipsių užrašomos jų aukščių reikšmės.

Pastorintos izohipsės su aukščių žymomis (Marius)

Žemėlapio analitinėms savybėms pagerinti tarpai tarp izohipsių gali būti spalvinami. Jei izohipsėmis vaizduojamo reljefo intervalas nėra didelis, naudojama vienspalvė skalė. Jei didelis – daugiaspalvė.

Spalvinimo metodas, vienspalvė skalė (Marius)

Reljefo formos, kurių aukštis artimas ar mažesnis negu izohipsių laiptas, negali būti pavaizduotos izohipsėmis. Tokioms reljefo formoms perteikti naudojamas nemastelinių ženklų metodas. Izohipsėmis taip pat sudėtinga pavaizduoti labai stačius šlaitus, skardžius, kitus vietovės objektus. Jie vaizduojami pasitelkiant kitus kartografinius metodus.


Dar vienas metodas perteikiantis reljefo savybes yra aukščių žymos, kai charakteringose reljefo vietose, dažniausiai dominuojančių ar aukščiausių kalvų viršūnėse, giliausiose daubose, giliausiose vandens telkinių vietose užrašoma absoliuti ar sąlyginė aukščio reikšmė (žiūrėti 9 paveikslą). Šis metodas paprastai taikomas kartu su kitais reljefo vaizdavimo metodais.


Kadangi analizuoti reljefą, net kai jis atvaizduotas tinkamu metodu ir pateiktas vaizdžiai, reikalingi įgūdžiai, kartografinė medžiaga gali būti papildyta taip vadinamomis blokdiagramomis, reljefo pjūviais, išilginiais žemėlapyje esančių linijinių objektų (kelių, geležinkelių) profiliais.

Reljefo profilis. Vilnius. (Marius)

Blokdiagramos gali būti perspektyvinės ir aksonometrinės, perspektyvinėse negalima atlikti matavimų. Vaizduojant reljefą papildomomis priemonėmis, kur parodomas ir trečiasis – vertikalus matmuo, dažniausiai naudojami skirtingi masteliai, smulkesnis horizontalus ir stambesnis vertikalus mastelis.

Blokdiagrama. (Wikipedia)

Nė vienas atskirai naudojamas reljefo vaizdavimo metodas negali pilnai patenkinti visų jam keliamų reikalavimų todėl dažniausiai taikomi keli skirtingi metodai papildantys vienas kitą. Smulkaus mastelio žemėlapiams dažnai kartu naudojami šešėlinimo ir spalvinimo metodai. Šešėlinimas gerai perteikia plastiškumą ir morfologiją, spalvinimas iš dalies leidžia nustatyti aukščius ir peraukštėjimus. Izolinijų metodas paprastai papildomas aukščių žymomis

Šešėlinimo ir spalvinimo metodai (Marius)

Rečiau naudojamas, tačiau efektyvus izolinijų metodas papildytas šešėlinimu, kai pagal šešėlinimo principus šešėlyje esančios izohipsės pastorinamos arba joms suteikiamas tamsesnis atspalvis. Taip susidaro įspūdis, kad reljefas pavaizduotas izohipsėmis toje vietoje yra tamsesnis, lyg ir šešėlyje, kas pagerina vaizdumą, plastiškumą

Šešėlintos izohipsės, kalvų viršūnės pažymėtos aukščių žymomis. (Marius)

Modernios technologijos, tokios kaip modernioji fotogrametrija, RADAR, LIDAR leidžia rinkti, apdoroti ir saugoti detalius duomenis apie reljefą. Sukaupti duomenys apdorojami ir sukuriamas reikiamo detalumo skaitmeninis reljefo modelis SRM (angliškai DTM – Digital Terrain Model). Tokiam modeliui saugoti dažniausiai naudojamas vienas iš dviejų, ištisinio reiškinio duomenims saugoti tinkamų duomenų modelių: rastrinis (paprasta apdoroti, nesudėtingi algoritmai, tačiau užima daug vietos, pavyzdžiui Lietuvos reljefo modelis, kurio rastro gardelės dydis 1 m, užima 400 GB); netaisyklingų trikampių tinklas TIN –Triangulated Irregular Network (sudėtingas apdoroti, tačiau užima mažiau vietos nei rastrinis modelis. Leidžia laikyti skirtingo detalumo duomenis). Toks skaitmeninis reljefo modelis naudojamas įvairiausiems uždaviniams, tame tarpe ir kartografiniams spręsti.

Naudojant skaitmeninį reljefo modelį galima automatizuotai, greitai ir kokybiškai sukurti vienokio ar kitokio reljefo vaizdavimo metodo vaizdo elementus, juos atnaujinti, transformuoti, generalizuoti, pritaikyti įvairiems poreikiams, lanksčiai kombinuoti skirtinus metodus tarpusavyje. Pavyzdžiui: atlikti reljefo šešėlinimą senosiomis technologijomis buvo labai daug resursų reikalaujantis darbas (naudojamos akvarelės, lentelės, skalės, rankinis darbas, kartais net gaminamas trimatis vietovės modelis ir fotografuojamas), kuris buvo atliekamas konkrečiam masteliui, turint skaitmeninį reljefo modelį ši užduotis atliekama labai greitai taikant sudėtingesnius menamo apšvietimo parametrus, rezultatas gaunamas maksimaliai kokybiškas ir šį procesą galima atlikti įvairiems masteliams.

Erdvinių duomenų tvarkymo technologijos keičia ir naudotojų poreikius, kai kuriuos uždavinius leidžia atlikti greičiau ir kokybiškiau tiesiogiai panaudojant automatizuotą reljefo modelio tyrimą ir nekuriant specialių žemėlapių. Pavyzdžiui: lietaus vandens baseinų ribų nustatymas anksčiau buvo atliekamas analizuojant žemėlapyje pavaizduotą reljefą, dabar ši užduotis akimirksniu atliekama automatizuotai taikant įvairius papildomus parametrus ir gaunant aukšto patikimumo rezultatus.

Skaitmeniniuose žemėlapiuose taikomi anksčiau apžvelgti reljefo vaizdavimo metodai, tačiau skaitmeninių interaktyvių žemėlapių technologijos leidžia atsižvelgti į naudotojo poreikius, mastelį kitas aplinkybes ir realiuoju laiku parinkti tinkamiausius reljefo vaizdavimo metodus, kurie užtikrintų ir gerą vaizdumą ir metriškumą konkrečiam, tuo momentu aktualiam stebimo žemėlapio vaizdui. Pavyzdžiui: esant smulkiam masteliui taikomi šešėlinimo ir spalvų metodai, vidutiniam – šešėlinimo ir izohipsių metodai, stambiame mastelyje izohipsių ir aukščio žymų, o papildomai žemėlapio naudotojas gali gauti informacijos apie vietovės aukščių profilį pasirinktame pjūvyje.

Lietuvos reljefo žemėlapis (Hnit-baltic)
Vietovės reljefo profilis geoportal.lt žemėlapyje (geoportal.lt)

Skaitmeninio reljefo modelio pagrindu kuriami skaitmeniniai vietovių modeliai.

Vietovės 3D modelis: 3D Lietuva (Hnit-baltic)

Reljefo ir kitų paviršių duomenys gali būti pritaikyti ir kitiems karotgrafijos uždaviniams.

Topografinio žemėlapio realistinio vaizdavimo metodo pavyzdys (Marius)

Taip jau gavosi, kad žadėtieji bergštrichai liko nepaminėti. Tebus tai sekančio įrašo tema. Imsime vieną iš čia aukščiau apžvelgtų reljefo vaizdavimo metodų – izohipses ir panagrinėsime jų ypatybes.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *