GMT5 Tutorial

GMT5 教程 | 編者: Po-Chin Tseng

地形圖與色階

目錄

  1. 總覽
  2. GMT介紹及安裝
  3. 網路資源及配套軟體
  4. 第零章: 基本概念及默認值
  5. 第一章: 製作地圖(地理投影法)
  6. 第二章: XY散佈圖(其他投影法)
  7. 第三章: 等高線圖及剖面
  8. 第四章: 地形圖與色階
  9. 第五章: 地震活動性與機制解
  10. 第六章: 向量與速度場
  11. 第七章: 台灣地理資訊
  12. 第八章: 直方、圓餅、三元圖
  13. 第九章: 三維空間視圖
  14. 第十章: 地質圖

8. 地形圖與色階

當想要呈現三維的資料，可以利用xyz座標系畫出立體圖，但如果三維資料要呈現在二維平面上時， 除了利用等高線之外，還可以利用顏色來做為第三維度的變化，因此衍生出了色階， 在GMT裡稱作.cpt(color palette tables)。而這種方式被廣泛利用在各種成果展示上面， 其中一個就是地形圖，本章將介紹如何繪製地形圖以及搭配的色階檔。

8.1 目的

本章將學習如何繪製

  1. 簡介色階檔(cpt, color palette tables)
  2. 地形圖(Topography)
  3. 地形暈渲面(Hillshading)

8.2 學習的指令與概念

8.3 簡介色階檔

色階的概念是將某一區段的資料用一種顏色來表示，這種技巧被應用在很多方面，像是熱影像圖、地形圖等等。 GMT在安裝的時後，同時有提供一些色階檔作為使用，這些檔案被安裝在GMT根目錄/share/cpt， 打開abyss.cpt，裡面的內容:

#       $Id$
#
# Color table for bathymetry modeled after IBCSO
# at depth but turning lighter towards sea level.
# Designed by P. Wessel, SOEST
# COLOR_MODEL = RGB
-8000      black  	-7000	20/30/53
-7000	20/30/53  	-6000	38/60/106
-6000	38/60/106	-5000	46/80/133
-5000	46/80/133	-4000	53/99/160
-4000	53/99/160	-3000	72/151/211
-3000	72/151/211	-2000	90/185/233
-2000	90/185/233	-1000	141/210/239
-1000	141/210/239	0	245/255/255
B black
F white
N gray

一開始#之後的文字為註解，通常會紀錄設計者名稱、設計目的、使用的顏色模型，接著檔案的格式為四欄， 第一欄是起始範圍；第二欄色碼；第三欄是結束範圍；第四欄色碼，所以在-8000至-7000就是以黑色來表示， 在檔案的最下面B、F、N分別代表背景色(Background color)、前景色(Foreground color)及無值的顏色(NaN color)， 簡單地說，就是小於範圍中最小值所用的顏色、大於範圍中最大值所用的顏色及無資料時所使用的顏色。 來看GMT有提供的色階檔畫出來的樣子:

圖中列出44個GMT默認提供的色階檔(GMT version 5.4.2)，將每個色階做正規化的步驟，上方色階代表顏色連續的色階檔， 下方則是顏色離散的色階檔(間隔0.25)，如果原始的色階檔就不連續，那做出來就是不連續的色階檔。 而兩者檔案中，有什麼差別呢？

# 不連續的色階
0	166/206/227	1	166/206/227
1	31/120/180	2	31/120/180

# 連續的色階
0	38/60/106	1 46/80/133
1	46/80/133	2 53/99/160

有看出差別了嗎？在不連續的色階中，0~1都是用同一種顏色，而連續的色階中0~1是不同顏色，而接續下去1~2也是如此， GMT就是用這種方式，來區分二者的差異。接下來，示範如何用makecpt來製作色階檔。自己手動編輯色階檔也是可以， 但需要對顏色的敏感度非常好，時常色階檔的製作，都是利用現成的檔案進行範圍的改寫。

makecpt -Ccool.cpt -T0/50/10 -D -Z > tmp.cpt
# 產生的tmp.cpt內容如下
0	cyan	10	51/204/255
10	51/204/255	20	102/153/255
20	102/153/255	30	153/102/255
30	153/102/255	40	204/51/255
40	204/51/255	50	magenta
B	cyan
F	magenta
N	127.5

學習到的指令:

學會了如何改寫色階檔之後，就是如何調整範圍，來配合資料，達到良好呈獻效果。此外，推薦一個網站， cpt-city，裡面收集了大量的現成色階檔，供參考使用。

8.4 地形圖

陽明山國家公園是以大屯山火山群為主的火山地型，規劃了眾多的景點，供民眾認識火山地形、地貌。 本節將利用陽明山區域的20公尺數值地形，配合GMT內建安裝的數值檔，來展示不同的色階檔， 對繪製地形圖所帶來的影響。 切割的範圍121.27/121.85/25.05/25.35，可以自行練習grdcut，或者直接下載下方載點，

使用的資料檔:

成果圖

批次檔

set ps=8_4_yangmingShan.ps
set cpt=dem1.cpt

# 1. use default dem1.cpt
gmt grdimage yangmingShan.grd -R121.27/121.85/25.05/25.35 -JM13 -BWeSn -Ba ^
-C%cpt% -P -Y21 -K > %ps%
gmt pscoast -R -JM -Df -W1 -S34/201/237 -K -O >> %ps%
gmt psscale -C%cpt% -Dx14/0+w7/.5+e -Ba100+l"Elevation (m)" -K -O >> %ps%
echo 121.3 25.32 1. | gmt pstext -R -JM -F+f24p -G250 -K -O >> %ps%

# 2. discrete 0~1200 dem1.cpt
makecpt -C%cpt% -T0/1200/100 > tmp.cpt
gmt grdimage yangmingShan.grd -R -JM -BWeSn -Ba -Ctmp.cpt ^
-M -Y-9 -K -O >> %ps%
gmt pscoast -R -JM -Df -W1 -S34/201/237 -K -O >> %ps%
gmt psscale -Ctmp.cpt -Dx14/0+w7/.5 -Ba200+l"Elevation (m)" -M -K -O >> %ps%
echo 121.3 25.32 2. | gmt pstext -R -JM -F+f24p -G250 -K -O >> %ps%

# 3. continuous 200~1200 dem1.cpt
makecpt -C%cpt% -T0/1200/100 -Z > tmp.cpt
gmt grdclip yangmingShan.grd -R -Sb200/NaN -Gtmp.grd
gmt grdimage tmp.grd -R -JM -BWeSn -Ba -Ctmp.cpt -Q -Y-9 -K -O >> %ps%
gmt pscoast -R -JM -Df -W1 -S34/201/237 -K -O >> %ps%
gmt psscale -Ctmp.cpt -Dx14/0+w7/.5 -Ba200+l"Elevation (m)" -I -K -O >> %ps%
echo 121.3 25.32 3. | gmt pstext -R -JM -F+f24p -G250 -K -O >> %ps%

gmt psxy -R -JM -T -O >> %ps%
gmt psconvert %ps% -Tg -A -P
del tmp*

本節學習到的新指令:

1 繪製地形圖

2 將色階檔範圍改成0至1200，間距100，變成離散的色階檔，加上-M讓地圖與色彩條都變成黑白模式。

3 將色階檔範圍改成0至1200，間距100，-Z變成連續的色階檔，-I開啟色彩條照明效果。 這裡使用grdclip將高度200以下的資料設定為NaN，配合grdimage -Q，讓高度200以下的地區，以透明著色。 詳細的grdclip模組介紹。

第一張圖使用原始dem1.cpt的範圍只有到800公尺，而陽明山區域最高海拔可至約1110公尺， 導致在高度上並沒有辦法完整呈現山頭的資訊。第二張圖，將dem1.cpt的範圍改至1200後，並改成離散化的色階， 山頭的資訊有較明顯的呈現，但河川的訊息變得不太明顯，示範用黑白模式是由於地形圖往往是製圖的背景， 而黑白模式可以有效表達地形差異，又不會又不會搶走之後想表達主題的光彩。第三張圖， 則是針對200公尺以上的區域，較完整地呈現該地區的地形。

8.5 地形暈渲面

Hillshading暈渲法(或稱陰影法)，是一種地形圖的表示方式，應用光影的原裡， 以色調的明暗對比來展現地形上的高低起伏，此法是假設一個光源從一特定角度照射照射強度不變的平行光線， 地形的明暗取決於波面受光方向的夾角，迎光面會展線明亮的色調，反之背光面則陰暗，而坡度的變化， 則會因坡陡受光少，顏色較為深色；坡度較緩則因受光多，顏色較淡。

琉球海溝是菲律賓海板塊隱沒至歐亞大陸板塊所形成的版塊邊界，總長約2250公里，最大深度7507公尺。 本節將示範如何製作暈渲地形網格檔(編者習慣稱作陰影檔)，以及繪製暈渲地形圖。

使用的資料檔:

先來看看未使用陰影檔的成果圖與批次檔。

成果圖

批次檔

set ps=8_5_ryukyu_trench_n.ps
set data=D:\GMT_data\
set dcpt=colomia_d.cpt
set ucpt=colomia_u.cpt

# 1. Bathymetry
gmt grdinfo %data%ETOPO1_Bed_g_gmt5.grd -R121.2/132.0/22.88/31.0 -C -I1 > tmp
for /f %%i in ('awk "{print $6}" tmp') do set minz=%%i
gmt makecpt -C%dcpt% -T%minz%/0/1000 -D -Z > tmp.cpt
# grdinfo %data%ETOPO1_Bed_g_gmt5.grd -R -T500 > tmp
# set /p T=<tmp
# makecpt -C%cpt% %T% -Z > tmp.cpt
gmt grdimage %data%ETOPO1_Bed_g_gmt5.grd -R -JM17 -BWeSn -Ba ^
-Ctmp.cpt -K > %ps%
gmt psscale -Ctmp.cpt -Dx19/1.5+w10/.5+e+ml -Bxa1000+l"Bathymetry" -By+l"m" -K -O >> %ps%

# 2. Topography
gmt pscoast -R -JM -Di -W1 -G189/204/150 -K -O >> %ps%
gmt pscoast -R -JM -Df -Gc -K -O >> %ps%
gmt grdinfo %data%tw_40.grd -R -C -I1 > tmp
for /f %%i in ('awk "{print $7}" tmp') do set maxz=%%i
gmt makecpt -C%ucpt% -T0/%maxz%/500 -D -Z > tmp.cpt
# gmt grd2cpt %data%tw_40.grd -C%cpt% -R > tmp.cpt
gmt grdimage %data%tw_40.grd -R -JM -Ctmp.cpt -K -O >> %ps%
gmt pscoast -R -JM -Df -Q -K -O >> %ps%
gmt psscale -Ctmp.cpt -Dx22.5/1.5+w10/.5+e+ml -Bxa500+l"Topography" -By+l"m" -K -O >> %ps%

gmt psxy -R -JM -T -O >> %ps%
gmt psconvert %ps% -Tg -A -P
del tmp*

本節學習的新指令:

1繪製海底地形

2繪製陸地地形

這次的批次檔中，將grdinfo -T及grd2cpt變為註釋，是因為想利用高度0公尺來區分陸地及海洋使用不同的色階檔， 如果單純使用一種，可以直接使用該指令。GMT提供了多種方式來獲取網格檔的訊息，以及提供方便的grd2cpt指令， 列出這些的使用方法，供作參考。

接下來，將介紹陰影檔的製作方式，使用的指令是grdgradient，範例如下:

grdgradient ETOPO1_Bed_g_gmt5.grd -Nt1 -A300 -GETOPO1_Bed_g_gmt5_shad.grd

本節學習的新指令:

接著只要將grdimage模組中加入-IETOPO1_Bed_g_gmt5_shad.grd，就可以將剛剛做好的陰影檔一併呈現出來， 就來看看兩者的差別吧。

成果圖

8.6 習題

大西洋中洋脊從北緯87度延伸至南緯54度，在北大西洋的部份，分離了北美洲板塊與歐亞大陸板塊，屬張裂型板塊邊界， 透過這章學到的技巧，來繪製一張北大西洋的中洋脊地形圖吧！

範圍在-70/0/0/50，使用的色階檔ibcao.cpt， 順便複習一下蘭伯特投影的用法-JL。

完成圖如下:

8.7 參考批次檔

列出本章節使用的批次檔，供讀者參考使用，檔案路經可能會有些許不同，再自行修改。

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