Formalisierung kartographischen Wissens zur Schriftplazierung in topographischen Karten

Abstract

Schrift ist als Ausdrucksmittel in Karten unverzichtbar. Sie ermöglicht die Übermittlung von Informationen, die durch die Geometrie der Kartenobjekte nicht ausgedrückt werden können. In ihrer Funktion dient die Schrift sowohl zur Beschreibung der Kartenobjekte, als auch zur Orientierung des Kartenbetrachters. Die Plazierung der Schrift muß viele Aspekte berücksichtigen, weil man einerseits der Funktion der Schrift Rechnung tragen muß und andererseits Zwänge zu berücksichtigen sind, die durch die Konkurrenz der Schriftzüge mit der Kartengraphik und untereinander um den begrenzten Platz in der Karte entstehen.<br /> Durch die heutigen schnellen und leistungsfähigen Rechner ist die Voraussetzung gegeben, um die komplexe Aufgabe der Schriftplazierung zu automatisieren. Anwendungsfelder für die automatische Schriftplazierung sind sowohl die Ausgabe analoger Karten nach bisherigem Muster aus einer digitalen Datenbasis, als auch die automatische Beschriftung von Bildschirmkarten in Echtzeit.<br /> Die Entwicklung eines Schriftplazierungssystems gliedert sich in drei Phasen: Konzeption, Implementation und Konfiguration. Wenn sich das Ergebnis der Schriftplazierung an der guten Qualität analoger Produkte orientieren soll, so muß bereits in der Konzeptionsphase die detaillierte Formalisierung entsprechenden kartographischen Wissens erfolgen. Dies wurde bei bisherigen Systemen häufig nicht ausreichend berücksichtigt.<br /> Die Schriftplazierung erfolgt in mehreren Arbeitsschritten. Zunächst müssen durch geometrische Regeln in Abhängigkeit von der Geometrie des Kartenobjektes mehrere Schriftpositionen erzeugt werden. Die geometrischen Regeln können für jede Objektart unterschiedlich sein. Es werden Regeln für sechs in topographischen Karten häufig anzutreffende Objektarten aufgestellt: Orte mit punkthaftem Geometrietyp, Berggipfel, fliessende Gewässer, Orte mit flächenhaftem Geometrietyp, geographische Räume und stehende Gewässer.<br /> Im zweiten Schritt sind die möglichen Schriftpositionen jedes Kartenobjektes zu bewerten. Hierzu werden die Kriterien eindeutige Zuordnung von Schrift und Objekt, Beschriftung in bevorzugter Position, korrekte Lage der Schrift in bezug auf ein Objekt mit topologischer Trenneigenschaft sowie Verdeckung topologischer und geometrischer Karteninformation untersucht. Die Kriterien lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Die objektbezogenen Kriterien sind in Abhängigkeit von der Objektart unterschiedlich ausgeprägt und bewerten die Schriftposition in bezug auf ihre Lage zur Geometrie einzelner Kartenobjeke. Die Beurteilung der Verdeckung von topologischer und geometrischer Karteninformation erfolgt anhand der durch eine Schriftposition verdeckten Kartengraphik und ist für alle Objektarten prinzipiell gleich. Die Verdeckung von Karteninformation spielt bei der Bewertung von Schriftpositionen eine wichtige Rolle. Die Bewertung erfolgt anhand von Modellen, die es ermöglichen den Informationsverlust, der aus der Verdeckung von Kartengraphik durch Schrift entsteht, zu quantifizieren.<br /> Im dritten Schritt erfolgt die Auswahl einer Gesamtschriftanordnung aus der Menge der bewerteten Schriftpositionen im Sinne einer Optimierungsaufgabe. Dieses Problem war schon vielfach Untersuchungsgegenstand und wird durch die vorhandene Literatur abgedeckt.<br /> Wesentliche Aspekte der theoretischen Modelle zur Erzeugung und Bewertung von Schriftpositionen wurden durch die Implementation eines Prototyps verifiziert.

<strong>Formalization of Cartographic Knowledge for Name Placement in Topographical Maps</strong><br /> Names are essential auxiliary means in maps. They permit the transmission of information which cannot be expressed by the geometry of map features. Names serve for the description of features and are helpful to the viewer in questions of orientation. In label-placement one has to consider a lot of aspects: on the one hand one has to consider the functional aspects of text, on the other hand one has to take into account the constraints which either arise from the competition between textlabels and mapgraphics or the competition of textlabels among each other over the limited space in the map. Avoiding spatial overlap of text labels and display features as well as text labels among each other. <br /> Today's fast high-performance computers provide the basis for managing the complex task of automated label-placement. The output of analogue maps out of a digital database and the automated labeling of onscreen maps in real time are the fields of application for automated label-placement. <br /> The development of a map-label-placement-system can be reduced to three main stages: conception, implementation and configuration. If the result of map-label-placement is to compete with analogue maps concerning quality, the formalization of corresponding cartographic knowledge has to take place in the stage of conception already. This has not been sufficiently considered in the development of present systems.<br /> Label-placement takes place in three steps. Firstly, several candidate positions have to be generated depending on the geometry of the corresponding map feature according to different geometrical rules. These depend on the type of the feature. Geometrical rules for six major feature types - cities as point-features, summits, rivers, cities as area-features, geographical sites and lakes - are then introduced.<br /> Secondly, the candidate positions for each map-feature have to be evaluated. Therefore the following criteria are examined: non-ambiguous assignment, preferred label-position, relation to a map feature with topological dividing capability as well as occlusion of topological and geometrical map information. The criteria can be subdivided into two groups. Feature-related criteria evaluate the label-position in relation to position and geometry of individual features and differ depending on the type of the feature. The evaluation of the occlusion of topological and geometrical map-information depends on the graphic information a label-position obscures and is basically equal for all types of features. The occlusion of map-information plays an important role in the evaluation of label-positions. The evaluation is performed by models which permit to quantify the loss of information resulting from the occlusion of display features. <br /> The final step in automated maplabel-placement is the selection of a composition out of the amount of positions evaluated before in terms of an optimization problem. This is a well studied matter and is covered by the current literature.<br /> Substantial aspects of the theoretical models of generating and evaluating label-positions have been verified by the implementation of a prototype.