plot_vector_data.rst

繪製向量式資料

地理空間資料通常會以網格形式或向量形式儲存。所謂的向量式資料，其實就是描述「點、線、面」位置與形狀的資料。有關於如何繪製點資料的技巧，我們已經在「:doc:`scatter_plot`」一章中提及，因此在本章中，將會說明如何利用 GMT 繪製線段以及多邊形、簡介與 GMT 相容的向量式資料檔案格式，以及透明度的設定--這種填色技巧非常適合用在常常需要疊在一起呈現的向量式資料上。

目標

繪製一張七巧板的盤面，如下所示。七巧板是一種類似拼圖的玩具，遊玩目標通常是利用 7 個多邊形拼出指定的圖案。這邊拼出的是正方形，也是所有的圖案裡最基本的一種。

在此圖中，七個多邊形顏色均不相同，但都有黑色邊緣，而且在盤面上還有淡色的棋盤式格子，可以幫助你計算每個多邊形的大小。要讓這些線條與多邊形的顏色同時呈現，我們必須要在色階檔中加上透明度的設定，並且使用不同的出圖指令。

直接觀看指令稿

使用的指令與概念

• makecpt - 製作含有透明度設定的色階檔
• psxy - 繪製線段與多邊形、輸出檔頭與檔尾
• psconvert - 把 ps 檔轉成 png 檔並保留透明度設定

操作流程

讓我們先來看看 psxy 是怎麼處理線段和多邊形資料的。一般來說，這類型的資料會以文字格式儲存在個別的檔案中，然後我們再使用 psxy 來讀取他們，像是如下的示意語法：

$ psxy 輸入檔名稱 [選項...] > 輸出的 ps 檔

線段顧名思義，就是很多個頂點連起來的線條。GMT 可接受的線段檔案格式，如下所示：

> [線段 1 的設定]
線段 1 的頂點 1
線段 1 的頂點 2
...
> [線段 2 的設定]
線段 2 的頂點 1
線段 2 的頂點 2
...
> [線段 3 的設定]
...

如果是二維線段，頂點就是兩欄資料，分別為 X 座標和 Y 座標。因為是線段，所以每條線至少都要有 2 個頂點。不同線段之間預設以 > 符號隔開，符號後方可以接上 -W 或 -Z，代表者 psxy 在畫圖的時候會對這條線使用的繪圖選項：

• -W：指定畫筆樣式
• -Z：藉由給定色階檔的數值指定顏色

詳細的說明請參考這裡。我們就來研究一下，如果要畫出七巧板的背景網格，需要怎麼樣的線段檔案：

> -W3p,black,.
1 0
1 4
>
2 0
2 4
>
3 0
3 4
>
0 1
4 1
>
0 2
4 2
>
0 3
4 3

在此檔案中，總共有 6 條線段，前三條是直線，後三條是橫線。以第 1 條為例，它是從座標 (1, 0) 到 (1, 4) 的線段。第一條線段的 > 符號後面有 -W 設定，意味著這條線要使用黑色、點點樣式和 3p 寬度來繪製。之後所有的 > 符號後面都沒有任何設定， psxy 在繪圖的時候，會自動沿用之前已經設定過的參數值，因此後五條線畫出來的外觀會與第一條相同。把檔案存為 lines.txt，然後使用如下指令，就可以畫出背景網格。

$ psxy lines.txt -R0/4/0/4 -JX15c -P > lines.ps

看起來還不錯！接下來讓我們看一下要怎麼畫多邊形。其實多邊形資料與線段大同小異，就是把所有的頂點座標紀錄在檔案內而已；不過，多邊形的頂點數目最少要有 3 個。GMT 可接受的多邊形檔案格式，如下所示：

> [多邊形 1 的設定]
多邊形 1 的頂點 1
多邊形 1 的頂點 2
多邊形 1 的頂點 3
...
> [多邊形 2 的設定]
...

分隔符號後方可以接上 -W、-Z 或 -G (詳細的說明請參考這裡)：

• -W：指定多邊形的外框畫筆樣式
• -Z：藉由給定色階檔的數值指定多邊形填色
• -G：直接指定多邊形填色

例如，要畫出七巧板上的圖形，我們可以使用如下的檔案內容：

> -Z0
0 0
2 2
4 0
> -Z3
0 0
2 2
0 4
> -Z6
0 4
1 3
2 4
> -Z9
1 3
2 4
3 3
2 2
> -Z12
3 3
2 2
3 1
> -Z15
3 1
3 3
4 2
4 0
> -Z18
2 4
4 2
4 4

第一個多邊形是七巧板底部的大三角形，座標從 (0, 0)、(2, 2) 到 (4, 0)，各位可以試試看找出其他六個多邊形分別是什麼形狀。注意在每個多邊形的 > 後方都有 -Z 設定，代表著我們只要給定色階檔，GMT 就會自動的依照 Z 值與色階檔的對應，為每個多邊形填上不同的顏色。在 GMT 中，有一個稱為「wysiwyg[1]」的色階檔，最適合用來當這種依照數值指定不同種類顏色的參考色階。它的顏色如下所示：

把以上的文字檔案另存成 pieces.txt，然後使用如下的指令繪圖：

$ makecpt -Cwysiwyg > tangram.cpt
$ psxy pieces.txt -R0/4/0/4 -JX15c -P -L -Ctangram.cpt > pieces.ps

注意這裡的 -L，這個參數會告訴 psxy 我們畫的是多邊形，如此一來 psxy 才會強制封閉線段並在內部填色。

這下子七巧板也有模有樣了！我們順便來加上邊框：

$ psxy pieces.txt -R0/4/0/4 -JX15c -P -L -W2p,black -Ctangram.cpt > pieces.ps

看起來非常不錯，不過請注意到圖形的角落，例如左下角，有一些小小的線段突出來了。這是因為使用這種方式繪製的邊框是沿著多邊形邊邊描繪，因此原本的各個多邊形會稍稍放大一點點。如果你覺得這沒關係，那倒無妨；但如果你是個完美主義者，不想看到任何東西突出在正方形方框外面，可以選擇的替代方案，就是把多邊形邊框挪到 lines.txt 裡面做成線段資料，與網格線條一起繪製。因此，我們的 lines.txt 要多增加幾行資訊：

> -W1p,grey,.
1 0
1 4
>
2 0
2 4
>
3 0
3 4
>
0 1
4 1
>
0 2
4 2
>
0 3
4 3
> -W2p,black
0 0
4 0
4 4
0 4
0 0
>
0 4
4 0
>
0 0
3 3
>
3 1
3 3
>
1 3
2 4
>
2 4
4 2

後半從 > -W2p,black 開始的部份，就是七巧板邊框與拼圖的邊界線段。讓我們再試一次以下指令：

$ psxy lines.txt -R0/4/0/4 -JX15c -P > lines.ps

看起來賞心悅目多了！最後的問題，就是把多邊形和線條疊加在一起。在套疊許多地理資料時，透明度是一大利器，讓你可以同時瀏覽許多不同類型的資料，又不會擋到彼此。在本章中，我們就來試試看使用具有透明度的顏色。首先要從製作色階檔開始，makecpt 的 -A 選項是用來指定透明度的：

$ makecpt -Cwysiwyg -A70 > tangram.cpt
# -A: %70 透明

這時色階檔的內容會像是

0    64/0/64@70    1    64/0/64@70
1    64/0/192@70   2    64/0/192@70
... (以下略)

在 @ 符號後面的就是透明度，因此整個顏色的格式為：紅/綠/藍@透明度。使用此色階檔畫圖，所有的顏色就會被套上透明度設定。問題是，PostScript 格式其實是不支援透明度的，就算你設定了透明選項，直接打開 .ps 檔的話，仍然不會看到任何改變。幸好，GMT 提供了一個指令 psconvert，可以把 .ps 檔中不能顯示的透明度設定，轉檔成別的格式以成功顯示。它的語法為

$ psconvert 輸入的ps檔 -T輸出檔格式 [其他選項...]

輸出檔格式 使用單一字母來指定，例如 g 是 PNG，f 是 PDF 等等。在最終的指令稿中，我們使用的格式和選項如下所示：

$ psconvert tangram.ps -Tg -A -P
# -A: 裁剪至影像範圍
# -P: 強迫直向輸出 (我們的圖本來就是直向，所以在本例中這個不加也沒差，但一律加上的話對其他不同的情況很方便)

輸出檔會自動的把 .ps 改成 .png，主檔名則維持不變，但這下子你就能看到透明、粉嫩粉嫩的顏色了！

Attention!

在舊的 GMT 腳本中，這個功能是由 ps2raster 指令負責執行，但在 GMT 5 中，ps2raster 預計會被 psconvert 逐步取代。因此，如果你使用以下指令轉檔，會出現警告訊息，提醒你要把 ps2raster 換成 psconvert。

ps2raster tangram.ps -Tg -A -P

指令稿

本地圖的最終指令稿如下：

# ==== 設定變數 ====
out_ps="tangram.ps"
in_cpt="tangram.cpt"

# ==== 製作含有透明度的色階檔 ====
makecpt -Cwysiwyg -A70 > $in_cpt

# ==== 畫線、畫多邊形 ====
    # 寫入檔頭、-R 與 -J 的設定
psxy -R0/4/0/4 -JX15c -T -K -P > $out_ps
    # 注意線和多邊形的樣式設定其實是寫在各自的檔案中！
psxy lines.txt -R -J -O -K >> $out_ps
psxy pieces.txt -R -J -O -K -L -C$in_cpt >> $out_ps
    # 寫入 EOF
psxy -R -J -O -T >> $out_ps

# ==== 轉成 png 檔並保留透明度設定 ====
psconvert $out_ps -A -P -Tg

線段資料 lines.txt 內容如下，並:download:`可在這裡下載 <plot_vector_data/lines.txt>`。

> -W1p,grey,.
1 0
1 4
>
2 0
2 4
>
3 0
3 4
>
0 1
4 1
>
0 2
4 2
>
0 3
4 3
> -W2p,black
0 0
4 0
4 4
0 4
0 0
>
0 4
4 0
>
0 0
3 3
>
3 1
3 3
>
1 3
2 4
>
2 4
4 2

多邊形資料 pieces.txt 內容如下，並:download:`可在這裡下載 <plot_vector_data/pieces.txt>`。

> -Z0
0 0
2 2
4 0
> -Z3
0 0
2 2
0 4
> -Z6
0 4
1 3
2 4
> -Z9
1 3
2 4
3 3
2 2
> -Z12
3 3
2 2
3 1
> -Z15
3 1
3 3
4 2
4 0
> -Z18
2 4
4 2
4 4

Note

「使用 wysiwyg 色階建立具有透明度的色階檔，接下來繪製座標格線與七巧板邊線，再使用剛才產生的色階檔為每個板塊填色。為了使透明度可見，我們使用 psconvert 把輸出檔轉成 PNG 格式以成功顯示。」

觀看最終版圖片

習題

[1]	What You See Is What You Get, 即「所見即所得」。