Schöne Schummerung?

In dieser Serie von Blogposts in drei Teilen beschreibe ich, wie man mittels OpenSource-Werkzeugen eine optisch ansprechende Schummerung herstellen kann. Ausgehend von einem Geländemodell wie einer SRTM-Szene, kann man mittels verschiedener Werkzeuge eine Schummerung herstellen, die den generischen Schummerungen von gdaldem oder von GRASS GIS r.shaded.relief überlegen ist. Die grundsätzlichen Schritte beinhalten das Entrauschen des Geländemodells und das Verschneiden von Hangneigungs- und Reliefkarte.

Im diesem Teil geht es um die Daten und Programme, die benötigt werden und um das allgemeine Setup. Außerdem erläutere ich, warum diese Methode zur Schummerungserstellung bessere Resultate liefert als die z.B. von den o.g. Programmen.

Eine normal erstellte Schummerung mit Fehlern

Eine normal erstellte Schummerung mit Fehlern

Warum das ganze?

Die Methoden zur digitalen Schummerungserstellung sparen dem Kartografen die mühselige, manuelle Erstellung. Trotz der Vorteile der digitalen Herstellung fehlt es der so erstellen Schummerung oft an Raffinesse. Unabhängig von der verwendetet Software erscheinen die meisten digitalen Schummerungen abwechslungslos und eintönig und es mangelt ihnen an den grafischen Hinweisen zur Erläuterung der Topografie. Problematisch sind oft die starken Kontraste und / oder die kleinteilige Repräsentation des Geländes. Gerade an den Enden der Helligkeitskurve verschwinden Informationen, so sind abgeschattete, steile Hänge im Sinne der Beleuchtungsrichtung mehr oder weniger schwarz, und Hänge zur Richtung des direktem Lichteinfalls werden ausgebleicht.

Ein Verschnitt von zwei Schummerungskarten mit unterschiedlichen Parametern, jeweils eine für ein Ende der Helligkeitskurve, verbindet die besten Charakteristiken von beiden zu einer einzigen Schummerungskarte. Die verwendete Prozedur zur Erstellung der Schummerung verwendet auch Konzepte von Eduard Imhof, dem bekannten Schweizer Kartografen und Künstler.

Werkzeuge und Daten

Neben einem Geländemodell werden noch verschiedene Werkzeuge benötigt. Die einzelnen Schritte sollten sich unter Windows, Linux und Mac gleichermaßen nachvollziehen lassen. Ich verwende Windows und die einzelnen Bildschirmfotos und Hinweise beziehen sich auf dieses Betriebssystem, es sind aber alle Werkzeuge unter den anderen Betriebssystemen verfügbar. Eine Installationshilfe dazu werde ich in diesem Blogpost aber nicht geben.

Die Daten und Werkzeuge:

  • Ein Geländemodell, in diesem Falle SRTM N42W001 in den Pyrenäen als Beispiel
  • GDAL für Windows, hier mittels OSGeo4W. Da ist auch gleich ein praktischer Viewer namens QGIS mit dabei 😉
  • Mdenoise zum Entrauschen des Geländemodells
  • Imagemagick zum Verschneiden von Hangneigungs- und Reliefkarte. Alternativ kann man auch GIMP oder irgendein anderes Grafikprogramm nehmen. Aber wir bleiben für diesen Blogpost auf der Kommandozeile.

Alle Arbeiten werden in der OSGeo4W-Shell ausgeführt, die automatisch nach der Installation von OSGeo4W als Verknüpfung auf eurem Desktop liegen sollte. Falls nicht, solltet ihr aber auf jeden Fall einen Ordner „OSGeo4W“ in eurem Startmenü haben.

Das Geländemodell solltet ihr in einem Ordner eurer Wahl speichern. Die Datei kommt im ZIP-Format und muss noch vor der weiteren Verwendung ausgepackt werden. Danach sollte sich folgendes Bild in eurem Ordner zeigen:

Eine SRTM Szene im Datei-Explorer

Eine SRTM Szene im Datei-Explorer

GDAL

Nun noch ein schneller Test, ob alle benötigten Programme korrekt installiert wurden. Dazu öffnen wir die OSGeo4W-Shell und schauen, ob ein paar der Kommandos aufrufbar sind. Zu erst testen wir, ob GDAL funktioniert und ob das Geländemodell wohlbehalten auf unserer Festplatte liegt. Dazu nutzen wir das Kommando gdalinfo. In der geöffneten OSGeo4W-Shell müssen wir in das Verzeichnis mit dem Geländemodell wechseln. Das kann man einmal ganz klassisch mit ‚cd VERZEICHNIS‘ machen, oder man ruft im Explorer das gesuchte Verzeichnis auf und klickt einmal in die Adressleiste und tippt dort ‚OSGeo4W Shell.lnk‘ ein:

Aufruf der OSGeo Shell aus dem Explorer heraus

Aufruf der OSGeo Shell aus dem Explorer heraus

Sobald die Shell geöffnet ist, und man sich im richtigen Verzeichnis befindet, kann es losgehen. Mittels

> gdalinfo N42W001.hgt

fragen wir einige Details über das Geländemodell ab. Wir sehen die Größe der Szene, 1201×1201 Pixel, das verwendete Koordinatensystem und die räumliche Ausdehnung.

Ausgabe des gdalinfo Kommandos

Überprüfen von GDAL und dem Geländemodell

ImageMagick

Nun möchte ich noch schnell testen, ob Imagemagick richtig installiert wurde und auch in der OSGeo4W-Shell funktioniert. Dazu benutzen wir die gerade offene Shell, in der wir mittels gdalinfo die SRTM-Szene geprüft haben. Dazu einfach einmal

> composite

eingeben, und wenn alles richtig ist, läuft eine Menge Text durch und die Shell sollte nach Beendigung ungefähr so aussehen:

Ausgabe des ImageMagick composite Kommandos

Das composite-Kommando von Imagemagick

Abschluss

Damit ist der erste Teil dieser Serie abgeschlossen und alle Vorbereitungen sind durchgeführt. Alle benötigten Werkzeuge sind installiert und funktionieren. Wir haben ein Geländemodell ausgewählt und heruntergeladen und mittels gdalinfo untersucht. Imagemagick ist auch installiert und in der OSGeo4W-Shell verfügbar.

Im nächsten Post werden wir uns das Geländemodell einmal genauer ansehen und alle Schritte vorbereiten, die zur Erstellung der schönen Schummerung notwendig sind. Im dritten Teil zeige ich, wie man dann aus den Einzelteilen die schöne Schummerung erstellt und im GIS verwendet.