Hillshade en QGIS: ¿cómo funciona?
Figura 1. Modelo de sombreado del valle de Požega (Croacia).
El modelado de sombreado es una forma estándar de representación del terreno en cartografía. La idea es simular la reflectancia de la luz de una superficie del terreno, cuando se ilumina desde una dirección específica (o múltiples direcciones). El método es bien conocido y se mejora constantemente en SIG como medio de visualización del terreno. Los principios básicos del método de sombreado son bastante simples (ver más abajo), pero comprender y manejar los resultados producidos lo es menos.
Los basicos
Figura 2. Al calcular un sombreado, necesitamos especificar la dirección del sol (acimut) y la altura del sol, en unidades angulares.
En pocas palabras, el algoritmo de sombreado asigna un valor de reflectancia teórico a cada elemento del terreno (un píxel de un modelo de terreno digital en la mayoría de los casos). Dada una fuente de luz definida, dicha reflectancia dependerá de la inclinación de cada elemento del terreno: aquellos que sean perpendiculares a la fuente de luz recibirán y, por lo tanto, reflejarán más luz que aquellos que estén orientados hacia otras direcciones (ver Fig. 3). En GIS, los algoritmos de sombreado normalmente no tienen como objetivo modelar escenas realmente realistas; no se tienen en cuenta factores como la textura de la superficie o diversas calidades de luz. Por esta razón, la salida inmediata es bastante artificial y generalmente necesita un tratamiento adicional para proporcionar una representación del terreno visualmente agradable.
Figura 3. La reflectancia de la superficie (es decir, la luminancia) depende del ángulo de incidencia de los rayos solares.
La fórmula comúnmente utilizada es la ideada por el matemático Johan Heinrich Lambert, que postula que el valor de reflectancia variará según la diferencia entre el ángulo de iluminación y el ángulo de superficie (Fig. 3). Más específicamente, la cantidad de luz reflejada será proporcional al coseno de tal diferencia angular (ver en Wikipedia ).
Para comprender el principio, imagine que coloca un trozo de papel frente a una lámpara de mesa. La sombra del papel en la tabla de abajo se contraerá a medida que la gira o la inclina, porque aumenta la diferencia angular entre la orientación de la superficie y la fuente de luz. Ahora, el tamaño de la sombra corresponde a la cantidad de luz que recibe el papel, por lo que aparecerá más oscura al capturar cantidades decrecientes de luz.
Implementación de sombreado en el módulo Terrain Shading para QGIS
Este enfoque simple ha demostrado ser útil en SIG, pero ciertamente tiene algunos inconvenientes. Las sombras a menudo se ven bastante artificiales y no se pueden usar para modelar escenarios de iluminación complejos y de la vida real. (La oclusión ambiental es una de esas: vea mi publicación anterior ).
El módulo Terrain Shading , desarrollado para QGIS, presenta un algoritmo de sombreado lambertiano, pero con una modificación importante. Permite exagerar artificialmente el ángulo de los elementos de la superficie, es decir, los píxeles (Figura 3). Esto se puede hacer en dos direcciones, a lo largo del eje de iluminación (eje longitudinal) y perpendicular al eje de iluminación (eje lateral: Figura 4). Estos parámetros nos permiten ajustar la calidad de la luz y generar más detalles que con la fórmula estándar de la ley del coseno.
Figura 4. La orientación de la superficie se puede dividir en dos ángulos (o vectores): longitudinal, paralelo a la dirección del sol, y lateral, perpendicular a los rayos del sol. El módulo Terrain Shading para QGIS proporciona ajustes separados para estos dos ángulos.
Figura 5. Módulo de sombreado del terreno para análisis de sombreado. Tenga en cuenta dos configuraciones para la exageración angular.
La exageración lateral acentuará las pendientes que pueden estar mal renderizadas con el sombreado lambertiano estándar, como cuando se superpone un modelo de sombreado con un modelo de pendiente. Este efecto puede ser útil para la detección y visualización de características del terreno tenues que son poco visibles en los modelos de sombreado estándar. Este enfoque también puede evitar la aparición de pendientes descoloridas y muy iluminadas, un efecto frecuente y no deseado (consulte la comparación de imágenes a continuación).
Figura 6. Comparación del modelo de sombreado estándar con uno con exageración del ángulo lateral (factor: 3,0, muy fuerte).
PD Para un seguimiento, consulte la publicación sobre la combinación de sombreados .
Bibliografía
Artículo sobre la ley del coseno de Lambert en Wikipedia .
BK Horn 1981: Sombreado de colinas y mapa de reflectancia. Actas del IEEE 69 (1), 14-47. ( descargar ).
Fuente: Traducido de https://landscapearchaeology.org/2020/hillshade/
