Самые красивые места в мире редко бывают плоскими. Я хорошо знаю, о чем говорю: вокруг моего города 600 километров степи во всех направлениях и нет ни одного красивого места.
Кроме разных проекций и искажений в картографии есть ещё одна проблема — это передача объема на плоскости. В старейших картах горы рисовали по-детски, куполами. Они обозначали лишь факт наличия гор в определенном месте. В течении следующих столетий составители карт делали только легкие оформительские изменения, меняя размер и форму гор, например, чтобы показать что одни выше других.
В эпоху Возрождения (ну конечно) картография стала намного точнее. Один из методов, hachuring (что-то типа "штриховки", точного аналога в русском нет), использует штрихи для указания направления и крутизны склона. Поздний пример такой техники есть на карте мексиканского вулкана Пико де Орисаба 1807 года. Сегодня картографы называют такое изображение гор "шерстяные гусеницы":
Фрагмент карты 1807 года с вулканом Пико де Орисаба, Мексика
Более тонкий способ передачи особенностей топографии — shaded relief (затененный рельеф), при котором используется затенение. Оно симулирует тени, отбрасываемые горами и другими вертикальными элементами местности. Хороший способ, но надо было уметь неплохо рисовать. Пример такой техники — карта Тосканы, работы Леонардо да Винчи.
Леонардо да Винчи составил эту карту Тосканы примерно в 1502 году
Искусство использования затененного рельефа достигло вершины (каков каламбур) в середине XX века в Швейцарии. Исторически швейцарцы были мастерами отображения поверхности земли, потому что они постоянно с этим сталкивались. Ребята из организаций типа Службы национальных парков США и National Geographic до сих пор ездят в Швейцарию, для обучения и работы над совместными проектами.
Карта Эвереста швейцарского картографа Эдуарда Имгофа. Сочетание сочетание затененного рельефа, цвета и слабо прорисованных горизонталей хорошо показывает глубину.
В то время швейцарцы применили несколько инноваций, которые до сих пор используются картографами. Многие из них были придуманы Эдуардом Имгофом, профессором Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Имгоф буквально написал книгу затененного рельефа — его "Cartographic Relief Presentation", впервые опубликованная в Германии в 1965 все еще обязательна к прочтению для картографов.
Имгоф обращал внимание на воздушную перспективу и хотел сымитировать её на картах. Конечно не в привычном, горизонатльном направлении взгляда, а в проекции сверху. Более высокие пики ближе к зрителю, поэтому они более контрастные, а глубокие долины расположены дальше и изображаются с меньшей контрастностью.
Первый масштабный пример такой техники есть в работе Имгова над рельефом Граубюндене, Швейцария.
Эдуард Имгоф создал этот рельеф более пятидесяти лет назад.
Имгов и его швейцарские коллеги так же были мастерами освещения. На изображении выше, основной источник освещения находится на северо–западе. Если вы задумается об это хотя бы на минуту, то это покажется очень странным. Швейцария расположена в Северном полушарии, что означает, что Солнце всегда появляется в южной части неба. Но швейцарские картографы знали, что человеческий мозг легко путает хребты и долины если источник света находится не на северо–западе. Причину этого я пока не смог выяснить, но вот пример:
Красные метки расположены на вершинах хребта с северо–западной освещенностью.
Они оказываются на дне долины если свет падает с юго–востока.
Интересно, что если менять угол динамически, то мозг перестает путать горы и долины: можно провести закат солнца вручную .
Два исследователя из Швейцарии, Джулиан Биланд и Арзу Кёлтекин, показывали изображение местности с разными углами освещенности 27 добровольцам и пришли к удивительно точной оценке оптимального угла, который уменьшеает эффект этой оптической иллюзии — 337.5° или 27.5° к вертикали. Это лишь немного северней традиционно используемых картографами 315°.
Дэниэл Хаффман использует 3D моделирование всей поверхности ландшафта для расчетов того, как свет распространяется внутри сцены. "Натуральное освещение включает в себя и отражение света от различных поверхностей. Использование этой игры света позволит сделать изображение территории еще более реалистичным," — говорит он.
В 1920–е годы применялся метод моделирования Wenschow. Он заключался в вырезании гипсовой модели местности и последующем ее фотографировании. По словам Дженни, он не прижился, потому что использовал статичный угол освещения, часто не дающий лучшего результата. Например, на карте Граубюндена Имгофа выше короткий хребет простирающийся вниз от верхнего левого угла изображения будет одинаково освещен с обеих сторон источником света расположенным на северо–западе, что делает его более плоским, чем на самом деле. Чтобы решить эту проблему Имгоф сместил освещение на запад только для этой части карты, тем самым тень переместилась на восточную часть хребта, что помогает ему выглядеть более рельефным.
Картограф Службы Национальных Парков Билл фон Аллмен нарисовал затененный рельеф Каньона Глен (справа) используя удаляемые голубые горизонтали с топографической карты (на фрагменте слева).
Создание карт с затененным рельефом в докомпьютерное время было невероятно трудоемко, говорит Том Паттерсон, старший картограф с Национальной службы парков. Одна карта могла занимать больше месяца. Один из предшественников Паттерсона в службе Национальных парков, Билл фон Аллмен, разработал технику временного переноса контурных линий (горизонталей) — линий соединяющих точки с одинаковой высотой — с топографической карты на чистый лист. Затем, используя горизонтали как направляющие, фон Аллмен несколько недель с помощью аэрографа наносил тени на склоны холмов. Оставшись доволен результатом, он обрабатывал бумагу химикатами, которые удаляли линии, оставляя только затененный рельеф.
Более века картографы пытались использовать цвет для отображения высот рельефа на карте. В середине 1800–х австрийские картографы составили заботливо раскрашенную карту Альп и других горных областей Европы, как та что показана ниже. НО их было очень сложно прочитать из–за использования безумной цветовой схемы. Градиентная цветовая схема от светлого к темному, как на карте Национального парка Глейшер Тома Паттерсона (сразу под картой австрийцев), как правило работает намного лучше, особенно если соотнести цветовую шкалу с местностью (голубые озера и белые ледники понятны большинству людей, тогда как психоделическая австрийская схема требует больших усилий для восприятия).
Австрийский картограф Огюст Паппен составил эту карту во второй половине 1850–х. Она производит впечатление, но сложно соотнести цвета с высотами, без тщательного изучения легенды
Фрагмент карты Национального парка Глейшер Тома Паттерсона включая живописный маршрут к Sun Road
Эксперименты продолжаются и сегодня. Дженни работает с движением как с ключом к улучшению восприятия глубины. Он создал сайт Elastic Terrain , где можно пошатать горы, что дает почти головокружительное ощущение глубины. Надо шатать их, взявшись курсором прямо за карту. Это похоже на то, когда поворачиваешь голову во время быстрой езды, пытаясь поймать проносящуюся местность: ближние объекты движутся быстрее, а удаленные медленней.
