Die Darstellung von Relief ist eine der Schlüsselelemente in meinen Karten und der verwendete generalisierte Schattierungsstil ist im Bereich digitaler Karten recht einzigartig. Ich habe jetzt ein paar Verbesserungen für dieses Verfahren entwickelt, welche ich hier vorstellen möchte.

Die generalisierte Reliefschattierung

Der Zweck von Generalisierung bei der Relief-Visualisierung ist – wie auch bei den meisten anderen natürlichen Elementen in Karten – die Details zu entfernen, welche zu klein sind um ordentlich dargestellt zu werden, gleichzeitig die übrigen Elemente jedoch möglichst wenig zu beeinträchtigen. Bei dem von mir hierfür verwendeten Ansatz lag die wichtigste Einschränkung bis jetzt darin, dass die Generalisierung hauptsächlich auf der Ebene der Schattierung erfolgt. Bei der Darstellung von Relief durch Schattierung kann man für die Generalisierung im Prinzip zwei Ansätze wählen: Die Generalisierung des Reliefs selbst, also durch Modifikation der Geometrie oder die Generalisierung der Schattierung. Die erste Möglichkeit scheint auf den ersten Blick der universellere Ansatz zu sein – Schattierung ist jedoch in der Wirkung und der Art und Weise, wie die dreidimensionale Geometrie in eine zweidimensionale Farbdarstellung überführt wird, sehr selektiv und komplex und es ist sehr schwierig, wenn nicht sogar praktisch unmöglich, die Reliefdaten gezielt so zu bearbeiten, dass das Ergebnis der Schattierung optimal lesbar ist. Wenn man auf der anderen Seite nur die schattierte Darstellung generalisiert erhält man ebenso kaum ein wirklich gutes Ergebnis, denn es fehlen einem dann die Informationen über die dreidimensionale Form, um die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Die Wahrnehmung von schattiertem Relief funktioniert deshalb, weil unser Gehirn langjährige Übung darin hat, Informationen über die dreidimensionale Form von Dingen aus Schattierungsinformationen herzuleiten – ich habe dies bereits früher mal im Zusammenhang mit shape-from-shading-Techniken erwähnt. Diese Wahrnehmung ist jedoch recht sensibel und schon durch sehr kleine Änderungen an Schlüsselstellen einer schattierten Darstellung lässt sich der Eindruck von der dreidimensionalen Form grundlegend verändern. Oder anders ausgedrückt: Indem man versucht, eine schattierte Darstellung zu verbessern, lässt sich diese auch ganz leicht komplett ruinieren.

Dieses Problem lässt sich vermeiden, wenn man für die Generalisierungs-Entscheidungen sowohl die schattierte Darstellung als auch die dreidimensionale Geometrie berücksichtigt. Hier ein Beispiel wie das funktioniert. Das erste Bild zeigt das Ergebnis mit dem alten Ansatz. Die Schattierung ist an sich schon sehr selektiv und zeigt Elemente des Reliefs mit günstiger Orientierung stärker als andere. Dem lässt sich teilweise durch eine lokale Anpassung der Beleuchtungsrichtung entgegenwirken, zum Teil bleibt dieser Effekt jedoch immer bestehen. Und eine Generalisierung im Rahmen der Schattierung verstärkt dies im Allgemeinen noch.

Berücksichtigt man hingegen bei der Generalisierung der Schattierung auch die tatsächliche Form des Reliefs, erhält man eine deulich weniger selektive Darstellung und auch Reliefelemente, welche bei der gewählten Schattierungsform nur schlecht sichtbar sind, werden durch die Generalisierung angemessen berücksichtigt.

Der Unterschied ist am Ende oft recht subtil, in manchen Fällen jedoch auch recht deutlich, so zum Beispiel bei Tälern, welche in Richtung der Beleuchtung verlaufen und wo es leicht passieren kann, dass die Schattierung von Seitentälern bei der Generalisierung über das Tal hinweggezeichnet wird (links). Der verbesserte Ansatz (rechts) vermeidet dies.

 

Hier ein paar weitere Beispiele:

    

 

Böschungsschraffen-Darstellung

Böschungsschraffen sind ein Verfahren zur Reliefdarstellung, welches in den letzten Jahrzehnten fast komplett aus der Mode gekommen ist. Es war jedoch die erste verbreitete nicht-figürliche Methode der Darstellung von Relief in Karten und man kann damit sagen, dass sie der Vorläufer aller modernen Methoden der Reliefdarstellung sind. Böschungsschraffen waren während des Großteils des 19. Jahrhunderts die dominierende Technik der Reliefdarstellung in topographischen Karten.

Böschungsschraffen funktionieren recht gut im hochauflösenden Druck ohne Möglichkeit zur Wiedergabe von Grautönen. Auf der anderen Seite lassen sie sich nur recht schlecht bei der Wiedergabe auf niedrig aufgelösten Computer-Bildschirmen verwenden. Ich habe schon vor mehreren Jahren mal ein Verfahren zur Erzeugung von Böschungsschraffen aus digitalen Höhendaten entwickelt, dies jedoch bis jetzt nie ernsthaft konkret eingesetzt. Hier ein Beispiel.

Eine solche Reliefdarstellung unterscheidet sich deutlich sowohl von schattiertem Relief als auch von Höhenlinien-Darstellungen. In der praktischen Anwendung haben Böschungsschraffen den Vorteil, dass man sie über einen deutlich größeren Maßstabsbereich verwenden kann als Höhenlinien. Im Vergleich zu schattiertem Relief wirken sie deutlich abstrakter, ähnlich wie Zeichentrick-Darstellungen. Die Beispiele hier verwenden einen recht schwachen Schattierungseffekt, indem die Strichdicke mit der Orientierung moduliert wird. Man kann hierauf jedoch auch ganz verzichten und Böschungsschraffen ohne jede Orientierungsabhängigkeit verwenden. Ein weiterer Vorteil gegenüber schattiertem Relief besteht darin, dass der Detailreichtum der Reliefwiedergabe über einen deutlich größeren Bereich gezielt gewählt werden kann. Wenn man bei einer schattierten Darstellung zu wenig Details zeigt, wird der dreidimensionale Eindruck oft beeinträchtigt, denn die Wahrnehmung schattierter Geometrien hängt stark von Strukturen und ihrem Verhältnis zueinander ab. Böschungsschraffen haben dieses Problem nicht, denn sie stellen das Relief explizit dar.