Глава 2. Основы теневого изображения рельефа на картах

Успех при выполнении светотеневого изображения рельефа на карте зависит от многих факторов:

ü знаний геоморфологии и особенностей отображаемого рельефа;

ü умение создавать мысленный образ рельефной модели после изучения материалов (карт, фото и аэроснимков, литературы);

ü владения теорией светотеневого изображения и умение мысленно предоставлять расположение теней на модели местности;

ü умение выбирать наиболее рациональный технический способ теневого изображения и грамотно его применить и исполнять.

Эти условия немыслимы без картографических знаний и учета назначения, содержания и способа использования создаваемой карты.

В предыдущем разделе были упомянуты виды освещений, применяемые при светотеневом изображении рельефа - зенитальное, боковое и комбинированное.

Зенитальное освещение - освещение поверхности прямым источником света (солнце, лампа и т.п.) параллельными лучами, падающими из зенита. Это освещение называется также отвесным, вертикальным, ортогональным по той причине, что лучи перпендикулярны к горизонтальной плоскости. При рассматривании карты зенитальное освещение совпадает с направлением луча зрения.

Рис.2.1 Освещение зенитальное

Степень освещенности поверхности зависит главным образом от крутизны склонов рельефа. Чем круче склон, тем меньше угол падения зенитальных лучей на поверхность склона. В результате освещенность крутого склона меньше. Отсюда и правило распределения светотени при зенитальном освещении: "чем круче - тем темнее".

При зенитальном освещении тени не образуются. Образуются освещенные ("свет") и полуосвещенные ("полусвет") участки поверхности рельефа. Поэтому при отмывке интенсивность полутона небольшая. В настоящее время отмывка на картах при условии зенитального освещения, как правило, не применяется. Условие зенитального освещения использовалось тогда, когда требовалось наглядно показать крутизну скатов. "Штрихи крутизны" из шкал Лемана, А.П. Болотова, Главного штаба Военно-топографического отдела, Мюфлинга успешно позволяли решать эту задачу, свидетельством чему являются топографические карты первой половины и середины 19 века.

Освещение, не совпадающее с направлением луча зрения, называют боковым или косым (рис. 2.2). В настоящее время это основной вид освещения при светотеневом изображении рельефа, так как обусловлено определенным преимуществом такого вида освещения перед зенитальным освещением - богатством градаций светотени в изображении, большей пластичности и наглядности форм рельефа. Высокое качество изображения достигается здесь за счет освещения предмета не только прямым направленным светом, но также рассеянным и отраженным. Детали рельефа в тенях различаются друг от друга интенсивностью светотени вследствие различного освещения их рассеянным и отраженным светом.

Рис.2.2 Освещение боковое

Светотеневое изображение рельефа при условии бокового освещения принимается под таким углом наклона прямых лучей света к поверхности, при котором обязательно образуются теневые участки. На практике исполнитель отмывки мысленно намечает освещенные и теневые склоны рельефа, не задумываясь об угле наклона освещения.

При боковом освещении предмета образуются собственные и падающие тени. Собственная тень - тень на самом предмете. Она передает размер и форму предмета, обращена в противоположную сторону от источника прямого света.(рис.2.3)

Рис 2.3 Виды света и теней. Элементы светотени при боковом освещении: С - свет; ПС - полусвет; Т - тень; ПТ -полутень.

Освещенный прямыми лучами света предмет отбрасывает свои непрозрачным телом на соседний предмет падающую тень. В горном рельефе падающая тень покрывает соседний склон, обращенный в сторону источника света, или полностью или частично.

В тех случаях, когда падающая тень закрывает склон частично, образуется край падающей тени. На ровном склоне край падающей тени повторяет очертания продольного профиля горного хребта. На расчлененном склоне очертания падающей тени приобретают очень сложный характер, порой ничем не напоминающий продольный профиль хребта, от которого отбрасывается падающая тень. В практике отмывки падающая тень, как правило, не применяется и, в первую очередь, в целях достижения хорошей читаемости другого содержания карты.

Различные виды освещения создают на поверхности предмета целую гамму полутеней от светлого до темного. Определяющим фактором образования теней на предмете является свет, который изменяет свои свойства в зависимости от среды, через которую он проходит или на которую падает. В связи с этим выделяют свет прямой, рассеянный и отраженный (рис. 2.3).

Прямой свет исходит от источника света (солнце, лампа и т.п.). При отмывке рельефа предполагается, что на него падает параллельный пучок лучей прямого света. Прямой свет обладает наибольшей интенсивностью. Прямые лучи солнца, проходя через атмосферу, представляющую собой мутную среду, рассеиваются или отражаются. Мутная среда состоит в верхней части атмосферы из газов, в нижней, кроме газов, еще и из частиц пыли и влаги. Молекулы газов, частицы пыли и прочее составляют аэрозоль, так как находятся в атмосфере во взвешенном состоянии.

Известно, что в зависимости от размеров частиц, заполняющих атмосферу, изменяется и сам характер рассеяния (отражения) проходящего через атмосферу света. Это относится к преобладающему направлению рассеянного света. Рассеяние от молекул газа с размерами менее 0,1 нм происходит равномерно, в результате чего в верхних слоях атмосферы это рассеяние создает для поверхности Земли равномерное освещение - общий рассеянный свет (рис. 2.3). Такое освещение мы обычно наблюдаем в пасмурную погоду.

В нижних слоях атмосферы, где имеется много частиц пыли и влаги, рассеяние происходит преимущественно по направлению прямого света. Создается косой рассеянный свет.

Прямой и рассеянный свет, освещая поверхность, частично поглощается этой поверхностью, а частью отражается. Поэтому отраженный свет слабее прямого света. Степень и характер отражения света зависят от фактуры поверхности. Не случайно поэтому при изготовлении фоторельефа поверхность рельефной модели во избежание бликов делают матовой. При отмывке рельефа отраженный свет учитывается, если он подсвечивает собственную тень - рефлекс. Обычно это происходит в системе горных хребтов.

Таким образом, прямой, рассеянный и отраженный свет, освещая предмет, создают целую гамму светотени от максимально освещенных участков до глубоких теней. При этом прямой и рассеянный свет участвует в освещении стороны предмета, обращенной к источнику прямого света (освещенная сторона); общий рассеянный свет - стороны предмета, обращенной в противоположную сторону от источника прямого света (собственная тень). Тень, обращенная в сторону источника света, но закрытая от прямых лучей впереди стоящим предметом, называется падающей.

Гамма полутоновых переходов от светлого до черного представляет собой набор элементов светотени. Беря за основу интенсивность полутона, а не условия его происхождения, выделяют также элементы светотени как "свет", "полусвет","тень",полутень" (рис. 2.3).

"Свет" - участок поверхности, максимально освещенный прямым светом. Этот элемент светотени образуется прямыми лучами света, падающими на поверхность перпендикулярно или близко к этому. Он относится ко всем видам освещения (зенитальному, боковому и комбинированному), к освещенной стороне предмета.

"Полусвет" - это участок поверхности, освещенный наклонными лучами прямого света. Поэтому от "света" он отличается меньшей освещенностью, хотя и относится к освещенной стороне предмета. Четкой границы между "светом" и "полусветом" нет, поскольку угол наклона луча к поверхности принимается условно.

Элемент светотени "тень" освещается общим рассеянным светом. Ни прямые лучи, ни косые рассеянные не попадают на этот участок. Это самый темный элемент. Образуется в зоне собственной тени, т.е. на склонах рельефа, обращенных в противоположную сторону от источника прямого света. Относится к боковому и комбинированному освещению.

"Полутень" - элемент светотени, который светлее "тени", но темнее "полусвета". Образуется в трех случаях. Во-первых, в зоне падающей тени, где "полутень" освещается одновременно общим и косым рассеянным светом (т.е. на склонах рельефа, обращенных к источнику прямого света). Во вторых, "полутень" образуется в зоне собственной тени у подножия склона, где она выступает в качестве осветленной "тени" вследствие влияния воздушной перспективы (см. раздел 3). В третьих, "полутень" образуется рефлексом за счет подсвечивания собственной тени отраженным от соседнего хребта светом.(рис. 2.3).

При выполнении светотеневого изображения нельзя не учитывать также проявление оптических иллюзий. Например, известно, одинаковые по величине белые и темные пятна соответсвенно на темном и белом фонах при равном удалении от глаза наблюдателя кажутся разных размеров. Так проявляет себя явление "иррадиации".

Более существенно при отмывке рельефа проявляет себя явление светлотного контраста, когда одинаковые по светлоте пятна, находясь на фонах разной светлоты, кажутся разносветлотными. Находящиеся на светлом фоне - темнее, а на темном фоне - светлее.

Так же полезно напомнить о краевом светлотном контрасте, особенно при отмывке горного рельефа. Но об этом подробнее в главе 4.

Светотеневое изображение рельефа на картах по сравнению с живописью (рисунком) имеет, в силу специфики, ряд условностей. Например, освещение принимается при условии безоблачности, а поверхность Земли - однотонной и светлой. Не учитывается удаленность источника света от освещаемой поверхности.