製圖的秘密：如何讓山峰赫然屹立於地圖上？

對於製圖師來說，在二維平面上創造出立體的感覺是一項很大的挑戰。下面就跟隨小編的腳步來了解一下：數個世紀以來製圖師是如何繪製出這種高難度地圖的吧。

1988年11月刊《國家地理》中珠穆朗瑪峰的備用圖。

供圖：NATIONAL GEOGRAPHIC MAP

撰文：Greg Miller

無限風光在險峰幾乎是放之四海而皆準的真理。無論是聳入雲霄的喜馬拉雅山，還是雄偉壯觀的大峽谷，地球上許多絕美的景點都是立體三維的。對於製圖師來說，這絕對是個頭疼的問題，畢竟通常情況下他們只能在二維平面上製作地圖。

好在聰明的製圖師們發明了一些體現高度的方法，其中許多方法都是在計算機出現之前通過反覆嘗試創造出來的。最具立體感的地圖將科學和藝術完美結合了起來，給人一種站在山峰上或從飛機窗向外看的感覺。

目前世界上最古老地圖之一位於出土於美索不達米亞的一個4000多年前的陶碟上，上面的山脈被描繪為一系列小圓頂。這是一個很有效的符號，至今小學生們在畫畫時仍會用到，甚至還被製作成智能手機的表情符號，不過這離準確的表現地形還相差甚遠。在接下來的幾百年里，製圖師們主要做了一些細微的改變，比如說，通過改變形狀和大小來表明一些山峰比另一些山峰高大。

不過，在文藝復興期間，地圖製作變得更為複雜。科學家們們首次開始使用羅盤、測量鏈和其它工具進行地形測量，因此高度測量結果也更為精確。與此同時，製圖師們還開發了新的描繪地形的方法。其中一種方法叫做地貌暈線法，這種方法用線條表示斜坡的方向和坡度。下面這張1807年的墨西哥奧里薩巴火山的地圖就是一個例子。今天的製圖師把以這種方式描繪的山峰稱為毛毛蟲。

圖為一張1807年的墨西哥奧里薩巴火山地圖。這張地圖利用線條描繪山峰，一些製圖師將用這種方式描繪的山峰稱為「毛毛蟲」。

攝影：David Rumsey，Map Collection，Stanford University

描繪地形的一種更為精細的方法是地貌暈渲法，該方法利用明暗差別來模擬山峰和其它垂直地形特徵投下的陰影。從列奧納多?達?芬奇曾經繪製的義大利托斯卡納區地圖中便可見一斑。

圖為列奧納多?達?芬奇於1502年前後繪製的義大利托斯卡納區地圖。

供圖：Fine Art Images，Heritage Images、Getty Images

20世紀中葉，地貌暈渲法的繪圖藝術在瑞士達到了頂峰。「瑞士人在歷史上一直是地形描繪方面的大師，因為瑞士的地形很複雜，製圖師無法迴避這個問題，」麥迪遜市的製圖師Daniel Huffman說道。諸如美國國家公園管理局和國家地理等機構的製圖師們經常前往瑞士取經，同時還與他們進行一些項目合作。

圖為瑞士製圖師Eduard Imhof繪製的珠穆朗瑪峰地圖，該地圖利用了地貌暈渲法、色彩和模糊的等高線來表示高度。

製圖：Swiss Secondary School Atlas

在那個時代，瑞士人對地圖繪製方法做了一些創新，今天的繪圖師仍在使用，墨爾本皇家理工大學的製圖師Bernhard Jenny說道。其中許多方法都是由蘇黎世聯邦理工學院的教授Eduard Imhof創造的。Imhof還出版了一本關於地貌暈渲法的著作——《地貌製圖表達》，最初於1965年在德國發表，至今仍是製圖師的必備讀物（還是上文中製圖史的主要參考資料）。

Jenny說，Imhof的最大貢獻之一是：他意識到，當你站在山頂向地平線看去時，你近處的山峰由於霧氣看起來似乎更陡峭。Imhof試圖利用俯視角度來模擬這種效果，看起來就好像從衛星或飛機里向下看地形。「最高的山峰距離觀察者最近，所以描繪的時候就使用最大的對比度；最低的山谷距離觀察者最遠，因此描繪的時候就使用最小的對比度，」Jenny說道。

下面這張瑞士格勞賓登州的地圖就可以清楚的看到Imhof採用的地貌暈渲法。

這張瑞士格勞賓登州的地圖是Eduard Imhof 50多年前繪製的，該地圖使用了地貌暈渲法。

供圖：shadedreliefarchive.com

Imhof和其同時代的瑞士人還是照明大師。在上圖中，主要的光源來自西北方。如果你認真思考一分鐘，你會發現有些奇怪。瑞士位於北半球，這也就意味著太陽總是出現在南方天空。不過，瑞士製圖師們知道除非光線來自西北方，否則人腦就會很容易被地圖和衛星圖像上的山谷山脊弄暈。個中緣由我們仍不清楚，不過你可以在下面這張並排的圖像中體驗下。

在今年早些時候發表的一篇研究中，兩位瑞士研究者Julien Biland和Arzu ??ltekin將不同角度照明源的地形照片展示給27位志願者看，結果找到了減少這種視錯覺的最佳角度：337.5°，只比製圖師們傳統使用的西北方向的315°稍微偏北了一點而已！

右圖使用的是西北方向的照明源，其中紅色字母標註的A、B、C位於一個山脊的頂部。左圖使用的是東南方向的照明源，看起來A、B、C似乎位於一個山谷中。

製圖：ulien Biland、Arzu ??ltekin

如今，照明角度和其它影響深度知覺的特徵可利用計算機輕易更改。Daniel Huffman則更進一步，他利用一個3D建模軟體模擬了光線在一幅場景上的變化情況。「現實生活中的照明還涉及光線從一個表面反射到另一個表面的問題。」捕捉到光線的變化規律能夠使地形圖看起來更加真實，他說道。

不過，在計算機問世之前，製圖師通常要費盡千辛萬苦才能把照明角度調整好。20世紀20年代，製圖師們發明了一種非常費力的Wenschow技術，這種方法需要先雕刻石膏地形模型，然後再拍攝下來。Jenny說，這種方法從未流行開來，一部分原因是始終堅持某個固定角度的照明通常不會產生最佳結果。以上面Imhof繪製的格勞賓登州地圖為例，圖中左上角向下延伸的山脊原本兩側都可得到西北方向光源的照射，這樣看起來山脊就會比實際上更加平緩。為了解決這個問題，Imhof將這一部分地形的光源轉向西側，如此一來山脊東部就投下了陰影，山脊看起來就更加突出。

國家公園管理局的製圖師Bill von Allmen利用一張地形圖（左圖）上的藍色等高線繪製了格倫峽谷（右圖）的暈渲地貌。

製圖：Bill von Allmen，National Park Service

在前計算機時代，繪製暈渲地貌的地圖極其費時費力，國家公園管理局的高級製圖師Tom Patterson說道。繪製一張地圖可能就要耗時一個月或更長時間。Bill von Allmen是Patterson的前任國家公園管理局製圖師，他發明了一種方法，該方法可將一張地形圖上的等高線臨時轉移到一張白紙上。接著，他會利用等高線做嚮導，花費數周時間用氣筆給山峰描上一層墨。地圖效果達到他的滿意之後，他會用一種化學物質處理紙上的線條使其消失，只留下暈渲地貌。

一個多世紀以來，製圖師們曾嘗試用顏色標註地圖上的高度。19世紀中期，奧地利製圖師們曾繪製了色彩鮮艷的阿爾卑斯山脈和其它歐洲山區的地圖，比如下面的一幅地圖。不過，這類地圖很難看懂，因為其中的配色方案不太直觀，Jenny說道。從暗到亮的漸進配色方案似乎效果更好，尤其是色彩與地形一致的時候（大多數人都能直觀的理解藍色的湖泊和白色的冰川，而19世紀奧地利人繪製的迷幻般的山峰則需要下一番功夫才能理解），比如Tom Patterson繪製的冰河國家公園地圖。

奧地利製圖師August Papen於19世紀50年代末期繪製了這張色彩斑斕的地圖。這張地圖令人印象深刻，但如果不仔細研究圖例，我們很難將顏色與地形的海拔聯繫起來。

供圖：Cartographica Helvectica

圖為Tom Patterson繪製的冰河國家公園，其中還標註了奔向太陽之路的線路。

製圖：Tom Patterson，National Park Service

人們還在努力繪製出更好地圖。Jenny一直在嘗試將運動作為增強深度知覺的一個線索。他創建了一個名為Elastic Terrain的網站，你可以用電腦滑鼠操縱瀏覽地圖，其中山峰會輕微的晃動，給人以眩暈的感覺。這種體驗有些類似開車時向窗外看的感覺，「近處的物體移動的更快，而遠處的物體移動的更為緩慢，」Jenny說道。

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