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Visualizzazione grafica delle informazioni altimetriche


Un DEM raster può essere aperto come se fosse un'immagine a 16 o 32 bit con un'unica banda e visualizzato in scala di grigi. Però questo modo non è adatto a rendere una chiara percezione del rilievo. La maggior parte delle applicazione GIS permette alcune operazioni per visualizzare al meglio le informazioni relative alla quota:
- colorazione altimetrica
- ombreggiatura
- curve di livello (isoipse)
- grafica 3D
(- combinazione dei metodi suddetti)



   Colorazione altimetrica


Ogni pixel viene colorato in base al proprio valore di quota secondo una scala di colori.

colorazione altimetrica
esempio di colorazione altimetrica con scala logaritmica per contrastare meglio le quote più basse

Questo metodo è generalmente usato per mappe con scale minori di 1:50'000 oppure in aree con particolari morfologie dove le curve di livello risulterebbero confuse o inadatte a rappresentare il rilievo. Può essere anche utile per colorare immagini in scala di grigio in base al dato di quota (>>> integrazione di dati altimetrici su immagini telerilevate).


colorazione di un'immagine Corona: in giallo/rosso le aree in rilievo (insediamenti e dossi fluviali), in blu le depressioni



   Rilievo ombreggiato (shaded relief)


La colorazione altimetrica è in genere associata all'ombreggiatura del rilievo, ovvero un'illuminazione simulata che schiarisce i pendii inclinati verso la fonte di luce e scurisce quelli opposti. Questo utilizzo delle ombre permette di percepire meglio il rilievo.

shaded relief
ombreggiatura (a sinistra) applicata alla colorazione altimetrica (a destra)

Mentre le tinte altimetriche forniscono uni'indicazione assoluta della quota (il colore dipende direttamente dall'altitudine) l'ombreggiatura restituisce una percezione relativa della morfologia. Il contrasto del rilievo ombreggiato è proporzionale all'inclinazione della superficie, indipendentemente dalla quota. Per questo elementi morfologici piccoli ma acclivi sono più contrastati rispetto a strutture rilevanti ma con versanti a debole pendenza.

rilievo tell
ombreggiatura di un'area in Siria: sono evidenti la scarpata irregolare sulla sinistra e i tell (piccoli rilievi artificiali che rappresentano antichi insediamenti)

L'ombreggiatura può essere applicata su immagini telerilevate per evidenziare il rilievo. Nel caso di elementi morfologici lineari (scarpate, faglie, etc) si ottiene la visibilità migliore impostando una direzione di illuminazione perpendicolare alla direzione dell'elemento di proprio interesse (>>> integrazione di dati altimetrici su immagini telerilevate).

rilievo conoide
ombreggiatura di un conoide alluvionale: l'illuminazione simulata da nord-est permette di evidenziare i dossi fluviali in rilievo che da sud-est si propagano verso nord-ovest.

Nell'ombreggiatura di mappe/foto il cui scopo è dare un'idea del rilievo e non di mostrare l'effettiva insolazione dei versanti si simula un'illuminazione proveniente da nord (o nord-est o nord ovest). Nell'emisfero settentrionale al di sopra dei tropici tale illuminazione è ovviamente inverosimile, tuttavia riesce meglio a dare un'idea corretta del rilievo, mentre con l'illuminazione da sud si rischia di percepire un rilievo invertito (soprattutto per chi non è abituato all'osservazione di immagini telerilevate). Questo può succedere anche guardando una foto aerea con il nord verso l'alto (e quindi luce proveniente dal basso, cioè da sud) e in tal caso si può "aggiustare" la percezione ruotando la foto di 180°. Il motivo è che nel mondo reale (non quello sul monitor) siamo abituati a vedere le cose illuminate dall'alto (dal sole se siamo all'esterno oppure da lampadine sul soffitto), così ci aspettiamo inconsapevolmente che gli elementi sporgenti verso di noi abbiano la parte superiore illuminata e quella inferiore in ombra. Per questo in cartografia si simula l'illuminazione dall'alto della mappa che corrisponde quasi sempre al nord.
Quando ci si abitua allo studio di foto aeree/satellitari con illuminazione reale (da sud) si riesce a percepire il rilievo anche con luce dal basso. Se poi al contrario si fatica a vedere il rilievo corretto con illuminazione dall'alto significa che si è passato troppo tempo al lavoro ed è meglio spegnere tutto e uscire a fare un giro all'aperto.




   Curve di livello (isoipse)


Le isoipse o curve di livello sono linee che uniscono tutti i punti ad una stessa quota e vengono tracciate a intervalli costanti di altezza (equidistanza).
Una precisazione: il termine “curve di livello” è in realtà più generico di “isoipse”. Infatti le curve di livello possono essere usate per rappresentare un qualunque parametro che varia nelle direzioni x e y, quindi non solo la quota ma anche, ad esempio, la profondità marina (isobate), la temperatura (isoterme), etc.
Le isoipse, più precisamente, sono quelle curve di livello che rappresentano l'altitudine.

Per facilitare la lettura le isoipse alle quote più significative sono in genere disegnate con tratto più spesso e sono dette "direttrici"; esse hanno un'equidistanza che è multipla rispetto a quella delle altre curve, che sono dette "intermedie".
La rappresentazione delle quote mediante isoipse è quindi caratterizzata da una risoluzione verticale data dall'equidistanza. Le principali applicazioni GIS permettono l'estrazione automatica di curve di livello dai DEM chiedendo all'utente le quote massima e minima su cui lavorare e l'equidistanza; il risultato è un file vettoriale di linee a cui sono associate le proprio quote. L'operazione sembra molto facile, tuttavia il passaggio da un DEM raster caratterizzato dalla risoluzione orizzontale a curve vettoriali con risoluzione verticale richiede le scelta della giusta equidistanza. Una volta impostato l'intervallo di altezza tra le curve le variazioni di quota minori di esso non verranno considerate; con equidistanza breve la perdita di dettaglio è minore ma si rischiano sovraffollamenti di linee in zone con forte pendenza, mentre con equidistanza ampia il numero di curve è minore ma si possono perdere dettagli importanti in aree poco acclivi. Per risolvere in parte il problema si può ricorrere all'aggiunta di curve "ausiliarie" con equidistanza inferiore, in genere disegnate con tratteggio e limitate alle aree con minore pendenza. È buona norma che le isoipse direttrici e intermedie siano continue (disegnando linee chiuse o che si fermano al bordo della mappa); le ausiliaria possono invece essere discontinue e limitate in poche aree.

isoipse
estrazione di curve di livello in un'area tra alta pianura e prealpi: l'equidistanza impostata a 250 m è idonea a rappresentare la morfologia dei rilievi montani ma zona sub-pianeggiante si perde ogni informazione.

Le curve di livello sono in genere usate nelle carte topografiche o tematiche con scale pari o superiori a 1:50'000. Possono anche essere sovrapposte alle foto aeree/satellitari rettificate per ottenere ortofotocarte. La quota può essere indicata da un'etichetta posta sulla linea (a volte solo sulle curve direttrici) oppure possono essere aggiunti punti quotati.


foto aerea con sovrapposizione di elementi geomorfologici, punti quotati e isoipse (equidistanza direttrici: 500 m; intermedie: 100 m; ausiliarie a 50 m)


In pratica: ricavare curve di livello da DEM: confronto tra GDAL, GRASS e SAGA



   Rappresentazione tridimensionale (3D)


Il modo più scenografico per sfruttare un DEM è sicuramente "renderizzare" una scena tridimensionale. Il modello di elevazione può essere usato semplicemente come dato di quota per "rialzare" una mappa/foto oppure si può combinare con uno dei metodi sopra descritti per migliorare la percezione del rilievo.





Tra i software GIS gratuiti con capacità di rendering 3D segnalo QGIS + plugin qgis2threejs, gvSIG + 3D View e SAGA. Un programma interessante dedicato alla rappresentazione 3D del territorio partendo da un DEM è Terrain Bender.




Pagine precedenti:
- DEM (Digital Elevation Model)
- Origine dei DEMs














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Gennaio 2016
Alessandro Perego