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2주 강의 : 도형 및 영상정보의
자료구조 8. 도형 및 영상정보의 자료구조 컴퓨터에서 공간자료를 표현하기 위해서는 레스터(raster,
격자형)구조와 벡터(vector, 선추형) 구조 2가지 방식이 있다.
1)레스터구조: 이 구조의 가장 간단한 형태는 그리드(grid),
셀(cell), 픽셀(pixel)로 구성된 배열(array, raster, matrix or lattice)이다.
각 셀은 행과 열의 값으로 참조되며, 지도화 되는 속성의 값이나 유형을
나타내는 수치를 가지고 있다. 레스터 구조는 점은 하나의 셀로 표시되고,
선은 한 방향으로 배열되어 있는 인접하고 있는 셀들로 나타내며, 면(polygon)은
사방으로 인접하고 있는 셀의 집합이다. 2)레스터의 압축방법 각 셀이 하나의 값을 가질 때 각 지점은 X, Y 좌표의
속성 값을 가지므로 하나의 레이어는 n행 x m 열 x 3개의 값을 갖는
데, 수치지형모델에서 고도 값을 이루는 행렬이 예이다. 그러나 자료가
잘 설계되어 있고 지도단위의 모든 값들이 같다면, 자료저장용적을 효율적으로
줄일 수 있다. 자료를 압축하는 방법 체인코드(chain code), 런 랭스코드(run-length
code), 블락코드(block code), 사지수형(quadtree)등이 있다.
3) 벡터구조(vector structure) 기점좌표와 거기에 부수된 변위, 방향을 지닌 량으로
표현되는 벡터식 구조는 사상을 정확하게 나타내는 데 목적이 있다.
좌표공간을 레스터 공간과 같이 분할하는 것이 아니라, 위치 길이 차원을
정확하게 표현할 수 있는 연속적인 것으로 가정하고 복잡한 자료를 최소한의
공간에 저장시킬 수 있는 내재적 관련성(implicit relations)을 지닌다.
벡터구조에서는 위치적인 제약을 받지 않고 어떤 곳에서도 배치가 가능하며
임의의 정도(精度)로 위치를 정할 수 있으며, 원의 경우 레스터의 경우는
경계부의 셀을 모두 부호화해야 하나 이 구조에서는 원의 중심위치,
반경을 특정화함으로서 보존이 가능하다. 대부분의 GIS에서는 공간벡터데이터는
좌표 값을 부호화하여 입력처리하고 이를 점, 선, 면으로 편성하여 보존한다.
점(point)은 공간상의 어느 한 지점을 나타내며 측지좌표XY쌍
(예, 동경, 북위, x, y)으로 표현되어 면적을 가지지 않는다. 선(line)은
시작점과 끝점을 가지고 길이를 표시하며, 공간상의 한 부분은 두 개의
side를 나누는 역할을 하며 선상에서는 어떠한 공간객체도 위치하지
않는다. 면(area), 다각형(polygon)은 선 또는 아크가 연장되어 완전히
폐합(closed)됨으로써 면적을 지닐 때 형성된다. 폴리곤은 단순폴리곤과
복합폴리곤으로 구분된다.
4) 벡터구조의 종류 (1) 전폴리곤구조(whole polygon structure)
- 데이터베이스 중의 각 레이어는 폴리곤의 집합으로 분리됨 - 각 폴리곤을 독립한 도형으로 표시됨 - 체인코드 레스터와 비슷 - 폴리곤의 위상관계는 직접 보존되지 않음 - 폴리곤의 테두리를 이루는 선분은 선의 양측에 있는 각 폴리곤에 대해 총 2회 기록됨 - 데이터 구조를 파괴하지 않은 채 데이터베이스를
편집, 갱신하기 곤란 (2)DIME 구조(Dual dependent Map Encoding Structure)
- 미국 인구통계국에서 도시지구의 위상정보를 삽입하기 위해서 개발 - 기본적 요소: 2개의 끝점 내지는 노드로 정의되는 선분-->인접되는 다른 폴리곤에 의해 공유 - 각 선분의 3가지 기본요소: 선분을 정의하는 명칭(예, 도로의 명칭) 선분의 기점과 종점을 나타내는 식별인자 선분의 우측, 좌측의 폴리곤을 나타내는 식별인자 - 공간대상물의 부가적인 정보: 부가적인 속성이 부호화되어 보존(예, 도로, 전화국의 구역과 우편번호, 선거구역) - 단점: 복잡한 선군을 따라 작업할 때는 곤란(예, - 장점: 파일 주에 주소가 명시적으로 보존되어 있으므로
다른 파일과 공간객체의 주소 대조가 용이 (3)아크-노드구조(arc-node structure) - 데이터베이스중의 대상물은 계층적으로 조직됨 - 점(point)이 중요한 기본적인 요소-->아크(arc)는 일련의 xy좌표쌍으로 정의되어 독립한 선분 --> 아크의 교점은 노드(node)-->폴리곤은 복수의 아크로 둘러싸인 영역 - 시판되는 GIS의 데이터 형식(arc/info 등) - 장점: 데이터를 기하학적인 낭비 없이 부호화할 수 있고 데이터의 간단한 도입이 가능 - 데이터베이스 구축 시에 아크에 대한 통계적 자료가
동시에 보존됨 (4)상관적 구조(relational structure) - 위성정보와 속성정보가 분리, 독립--> 관리파일의 증가 - 속성정보 값은 상관적인 표에 보존함 (5)디지털 선 그래프 구조(digital line graph structure)
- 미국 지질조사소: 디지털 지도작성을 위하여 개발-->DLG(1:2백만 지도에 기초) - 상이한 주제의 데이터 내용: 레이어로 구성
5) 래스터구조와 백터구조 2가지 방법의 차이점은 다음과 같다. 첫째, 벡터는 정보를 저장하는 데 적은 공간이 필요하다. 둘째, 벡터는 레스터에 비해 외관상 보다 나은 형상이다. 셋째, 벡터를 수정하기 위해 직접공간탐색이 가능하다.
그러나 바꾸어야 할 경우에는 새로이 데이터를 입력해야 한다.
표 2. 벡터와 레스터의 비교 (1) 벡터 A. 벡터의 장점 ① 현상적 자료구조를 잘 표현할 수 있고 ② 자료구조가 축약되어 있으며 ③ 네트워크의 연계로 위상관계가 잘 구축되어 있으며 ④ 그래픽의 정확도가 높고 ⑤ 위치와 속성의 검색, 갱신 그리고 일반화가 가능하다.
B. 벡터의 단점 ① 자료구조가 복잡하고 ② 지도중첩이 복잡하며 ③ 각 단위가 다른 위상형태를 가지기 때문에 모의(simulation)가 어렵고 ④ 표시기기와 도화기가 비싸며 ⑤ 다각형내의 공간분석이나 필터링이 불가능하다.
(2)레스터 A. 레스터의 장점 ① 자료구조가 간단하고 ② 지도중첩이나 원격탐사자료와 연결시키기 쉬우며 ③ 다양한 공간분석을 쉽게 할 수 있고 ④ 공간단위가 같은 크기와 형태를 갖기 때문에 모의가 쉽고 ⑤ 기술자체가 비싸지 않기 때문에 발달속도가 빠르다.
B. 레스터의 단점 ① 그래픽자료의 양이 많으며 ② 자료를 줄이기 위해 셀을 크게 하면 현상적으로 파악할 수 있는 구조나 정보를 잃어버릴 가능성이 높으며 ③ 출력의 질이 나쁘고 ④ 네트워크 연계를 구축하기 어렵고 ⑤ 특수한 알고리즘이나 하드웨어를 사용하지 않으면 투영변환에 많은 시간이 소요된다. |