home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Small Blue Planet: The Cities Below / Small Blue Planet The Cities Below - The Aerial Atlas of America (Now What Software)(Version 1.3)(1994).ISO / USApaper.txt < prev    next >
Text File  |  1992-12-28  |  52KB  |  458 lines

  1. DEPARTMENT OF THE INTERIOR              TO ACCOMPANY MAP I-2206
  2. U.S. GEOLOGICAL SURVEY
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12.  
  13. LANDFORMS OF THE CONTERMINOUS UNITED STATES╤
  14. A DIGITAL SHADED-RELIEF PORTRAYAL
  15.  
  16.  
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21. by
  22.  
  23. GAIL P. THELIN AND RICHARD J. PIKE
  24.  
  25.  
  26.  
  27.  
  28.  
  29.  
  30. 1991
  31.  
  32.  
  33.  
  34.  
  35.  
  36.  
  37.  
  38.  
  39.  
  40.  
  41. Any use of trade, product, industry or firm names in this publication is for descriptive purposes only and does not imply endorsement by the U. S. Government.
  42.  
  43.  
  44. LANDFORMS OF THE CONTERMINOUS UNITED STATES╤
  45. A DIGITAL SHADED-RELIEF PORTRAYAL
  46.  
  47.  
  48. By Gail P. Thelin and Richard J. Pike
  49.  
  50.  
  51.  
  52. VISUALIZING THE LANDSCAPE
  53.  
  54. Realistic portrayal and mapping of topographic form is a centuries-old problem: to trick the eye into perceiving a two-dimensional graphic as a three-dimensional landscape.  All traditional solutions, including those partly implemented by machine, have been artistic (Imhof, 1965; Horn, 1981).  Among the cartographic devices invented by illustrators to supply the necessary visual depth cues are hachuring, hypsographic (elevation) tinting, contour density, parallel-profile density, pictorial relief, and shaded relief (Harrison, 1969; Alpha and Winter, 1971; Gilman, 1981).  The latter two manual techniques have been particularly successful.  Pictorial relief, which symbolizes topography by stylized morphologic types, was most fully developed in the 50 landform classes of Raisz (1931, 1939). Shaded relief, or hill shading, shows topography by the intensity of shadows cast by a light source (Imhof, 1965; Yoeli, 1965). First drafted by pencil, pen, or brush, shaded relief also has been executed by airbrush, dark-plate, and photography of raised-relief models. However, topographic detail is much too complex to be mapped both accurately and economically over large areas by any of these means.
  55.  
  56. Fast computers, analytical software, digital data, and graphic input/output devices have converged over the last three decades to largely mechanize the craft of map making (for example, Burrough, 1987, p. 4-6). This digital revolution has, among its many accomplishments, also solved the problem of mapping topographic form.  Machine visualization now frees terrain portrayal from long-standing limitations (Kennie and McLaren, 1988). Topography need no longer be mapped symbolically, by discrete hand-drawn morphologic types (Raisz, 1931), or subjectively, by manual shading (Imhof, 1965).  Where the necessary information is available in digital format, the computer can represent landforms as they actually are--within limitations of the source data--and portray terrain in the infinite variety of form that constitutes the true landscape.  No longer is it entirely correct that maps of landforms are "drawn by men and not turned out automatically by machines" (Wright, 1942).
  57.  
  58. Yet despite the digital revolution in cartography, much truth remains in Wright's (1942) admonition that map makers are humans, not machines. Design and production of landform maps will be increasingly automated and sophisticated (Kennie and McLaren, 1988; , 1989), but the conception of a map (Yoeli, 1965, 1967) is fundamentally an intellectual rather than a mechanical process. Moreover, the portrayal of topography using digital data only now is passing from an experimental to a production technique. The many steps to a machine-mad e map of landforms--from data formatting, editing and processing, through image generation and correction, to preparation of a repro ducible master--may be streamlined, if not wholly automated, but the sequence can involve much nonroutine trial-and-error. Such map s of topography, however technical in execution, will continue to remain the constructs of human vision and judgment.
  59.  
  60. MACHINE IMAGES OF TOPOGRAPHY
  61.  
  62. Digital image-processing and computer graphics have mechanized much of the art of landform representation by combining the t wo most effective traditional techniques, pictorial relief and hill shading (Yoeli, 1967; Batson and others, 1975). The resulting image is a shaded pictorial-relief (physiographic) map in vertical perspective. Although automated shaded-relief maps can look deceptively like satellite pictures, they are not acquired directly by Earth-orbiting spacecraft, nor are the data from which they are ma de. The images are computed from a large array of closely spaced terrain heights, usually in grid-cell (raster) format, called a digital elevation (or terrain) model (DEM/DTM) (Miller and LaFlamme, 1958).  Most DEMs still are made from conventional topographic ma ps (for details of a recent example see Hall and others, 1990).
  63.  
  64. Shaded relief is a complex derivative of terrain height (fig. 1). Digitally shaded maps of topography resemble cloud-free b lack-and-white aerial photographs taken at a low Sun angle, but actually they are large north- south/east-west arrays of minute gray squares (Yoeli, 1965). Each square, or picture element (pixel), represents a theoretical reflected-light intensity (brightness val ue) computed from a mathematical relation between ground slope, Sun position, and location of the observer (ground slope is estimate d from the corresponding point and its neighbors in a DEM). The lightest and darkest tones in the image show the steepest areas; in termediate grey tones are gentle terrain. The visually most pleasing image is obtained by experimenting with location of the simula ted Sun (conventionally from the northwest at 45o above the horizon) and illumination intensity. For more information, see the sect ion entitled "Technical Details" at the end of the discussion.
  65.  
  66. Mechanization of the shaded-relief technique for DEMs, pioneered by Yoeli (1967), has been widely applied. Batson and other s (1975) made the first synoptic shaded-relief images for parts of the western United States (at 1:500,000 scale), and Arvidson and others (1982) published the first image of the conterminous United States (albeit at 1:30,000,000). These were followed by small sh aded-relief maps of Australia (Moore and Simpson, 1982) and South Africa (Lamb and others, 1987), the first shaded-relief map of the Earth (Heirtzler, 1985), and a large map of Sweden (Elvhage and Lidman-Bergstrom, 1987). Among the latest synoptic images are thos e for the southwestern United States at 1:1,000,000 and 1:2,000,000 scale (Edwards and Batson, 1990a,b). Experimentation has furthe r refined the technique (U.S. Geological Survey, 1986; Scholz and others, 1987; Ware, 1989), which has been equally effective in portraying gravity, aeromagnetic, geoid, and other geophysical data for interpretation (for example, Arvidson and others, 1982; Verhoef and others, 1989; and Christou and others, 1989).
  67.  
  68. Computer-generated maps such as this offer several advantages for the visual study of topography. Above all, these images p ortray landforms accurately and disclose their true complexity (at a given resolution), two properties that often are lost in small- scale sketches, diagrams, or conventional maps. Perhaps equally important, surface features can be viewed in a broad regional conte xt. Unlike aerial photographs, image extent is limited only by size of the DEM. Digital shaded-relief maps also lack the distortio n inherent in photographs and radar images. They are free of the vegetation and cultural features that mask topographic form on ima ges from Landsat, SPOT, and other satellites (for example, National Geographic Society, 1976; U.S. Geological Survey, 1990). Stereopairs in shaded relief can be created digitally (Batson and others, 1975) and Sun position can be varied to obtain different views of the the same area (MOORE AND SIMPSON, 1982). Finally, shaded-relief images can be generated rapidly from digital files and do not require the time and art istic skill needed to prepare conventional relief maps.
  69.  
  70. APPLICATIONS OF DIGITAL LANDFORM MAPS
  71.  
  72. Computer maps of elevation derivatives have many uses. Applications of relief shading include, but by no means are limited to, resource evaluation (Burrough, 1987) and the interpretation of regional and structural geology (Moore and Simpson, 1982; Lamb an d others, 1987), global tectonics (Verhoef and others, 1989), and geomorphology (Elvhage and Lidmar-Bergstrom, 1987). Surface featu res in shaded relief can be studied by conventional techniques, including aerial photointerpretation. Automated relief-shading also provides an excellent cartographic base for mapping cultural an d Earth science information at any scale commensurate with resolution of the source data: local (Mark and Aitken, 1990), regional ( Edwards and Batson, 1990a,b), and global (Simkin and others, 1989). Shaded relief may be combined with such nontopographic informat ion by machine registration with another digital file, for example, a computer-coded version of King and Beikman's (1974) map of Uni ted States geology.
  73.  
  74. Relief shading is only one of several ways to map topography by computer. Other derivatives of elevation include slope angl e and aspect, slope curvature, local relief, and ridge and stream spacing and arrangement (Tobler, 1969; Evans, 1980; Dikau, 1988).  Maps of these measures can be combined statistically to derive numerical fingerprints or signatures that characterize topography ov er large areas (Pike, 1988; Pike and Acevedo, 1988; Weibel, 1989). For example, the statistics of slope angle are contributing to t he potential revision and elaboration of the Fenneman and Johnson (1946) physiographic units (fig. 2; Pike and Thelin, 1989). We expect that the regional geomorphology of the United States will be refined from these measures, as well as from the new shaded-relief map (for a Swedish example of such an analysis, see Elvhage and Lidman-Bergstrom, 1987). Also, maps of slope and other derivatives of elevation can be combined digitally with maps of rock type, soils, vegetation, climate, and demography, using Geographic Information Systems (GIS) technology (Burrough, 1987), to address practical problems, particularly those of land use and the environment (M cHarg, 1969). Such computer-intensive applications include mapping geologic hazards (Brabb, 1987; Pike, 1988), engineering geology (Wentworth and others, 1987), hydrologic analysis (Vieux, 1991), modeling air mass/terrain interactions for synoptic meteorology (Tesche and Bergstrom, 1978), and quantitative refinement of qualitative maps of the Nation's ecoregions (Gallant and others, 1989).
  75.  
  76. THE NEW DIGITAL SHADED-RELIEF MAP
  77.  
  78. This map is the largest single-sheet graphic of relief forms of the United States since the classic hand-drawn oblique map o f the same area by Raisz (1939). In concept and execution it most closely resembles Harrison's (1969) vertical dark-plate map of Un ited States shaded relief, but is intrinsically more detailed and accurate than either of the above maps. The new map clearly shows the regional terrain textures on which physiographic divisions of the United States were largely based (fig. 2; Fenneman and Johnso n, 1946). It nicely complements Hammond's (1964) map depicting numerical classes of land-surface form and satellite-image color mos aics (National Geographic Society, 1976; U.S. Geological Survey, 1990), which emphasize vegetation and hydrography. The Raisz (1939 ) map, which is still available (from Raisz Landform Maps, P.O. Box 2254, Jamaica Plain, MA, 02130: 1-800-242-3199 (in MA, 617-868-3199), may be used to locate named surface features.
  79.  
  80. Greater detail is evident in the digital shaded-relief image than could, in all practicability, be included in synoptic port rayals of the Nation's terrain at this resolution by any manual technique. Much of the detail derives from the high density of the dataset (and the computer's ability to rapidly process so many terrain heights), but much of it simply reflects the map's size, whic h is more than twice as large as its closest predecessor (Harrison, 1969). The 1:3,500,000 scale also is the largest scale consiste nt with visual merging of pixels into a continuous smooth surface (contrast with Bleed and Flowerday, 1990, p. 4). Data resolution on the map, the length of a pixel edge, is 0.23 mm (0.8 km on the ground), slightly better than the 0.25 mm/pixel maximum value proposed by Yoeli (1965) for shaded-relief portrayal by computer.
  81.  
  82. Resolution of the shaded-relief data is slightly too coarse to rid the map completely of evidence of its computer origin.  Minute pixel-sized regularities (aliasing) still are evident in the fine sawtooth edges of some narrow linear features.  Other flaws in our map are discussed below under the section entitled "Source Data". All of these are minor com pared to the information conveyed by the map and do not detract unduly from the portrayal.
  83.  
  84. Some Landforms of Interest
  85.  
  86. The new map shows geomorphic and tectonic phenomena of the United States in vivid detail. These features, which are so numerous that only a small sampling is included here (figs. 2-4), fall into two overall groups: landforms that are obvious or f amiliar and those that are less so.  Treatises on regional geomorphology of the United States (Graf, 1987, is the most recent exampl e) and certain small-scale maps of the country (for example, U.S. Geological Survey, 1990) may be consulted for further study of th ese and innumerable other features evident on the map.
  87.  
  88. The most obvious surface forms portrayed on this map are of three main types: large physiographic subdivisions, major contrasts in style of topographic expression, and small but unique landforms.
  89.  
  90. All the general surface characteristics listed on the standard map of United States physiographic units (fig. 2; Fenneman and Johnson, 1946) are crisply rendered here in shaded relief. Examples of distinctive morphologies include structural control of top ography in the folded Appalachian Mountains, the tilted Sierra Nevada fault block, and the domical Black Hills (fig. 4, Nos. 1-3, respectively).  The Basin and Range physiographic province can be viewed in its entirety in detail previously unavailable at this scale. Both the great rough ness and structural complexity of the Rocky Mountains system (fig. 2, Nos. 16-19) and Pacific Border province (No. 24) are portrayed convincingly by mechanized shaded relief .
  91.  
  92. Also conspicuous on the map are two important contrasts in overall geomorphic style. The more fundamental is that between the static eastern United States, a passive continental margin, and the active West, where the North American and Pacific crustal plates are colliding.  These differing tectonic regimes also are reflected in the Country's coastline: the Atlantic and Gulf coasts, which developed on a gently sloping continental shelf, differ markedly in detail from the Pacific coast, where the offshore profile is ste ep. The relief and fluvial texture of the Driftless section in southwestern Wisconsin (fig. 2, No. 12c and fig. 4, No. 4) contrast vividly on the n ew map with the muted drift-mantled terrain that surrounds it. This area exemplifies the many glacial/nonglacial differences in ter rain across much of the northern United States (fig. 4, No. 5).
  93.  
  94. Only slightly less obvious on our map are certain small features, if familiar to the viewer or unique in morphology.  Among those that can be located quickly are basalt ridges in the Connecticut River valley (fig. 4, No. 6), glacial moraines on Long Island and western Cape Cod (No. 7), two large caldera-forming volcanoes-- Valles (No. 8) and Crater Lake (No. 9), and the approximate trace of the San Andreas fault zone (No. 10).  Some small landforms of widespread interest, however, are found only if one knows the shape of the feature and just where to look. Most viewers seeking Mount St. Helens (No. 11), for ex ample, will require a locational aid (such as Raisz, 1939, or a good atlas) to find it among the many other peaks in the Cascade Range.
  95.  
  96. A major strength of the new map is not so much its expression of the obvious, but rather its depiction of features that are subtler or less familiar. We have chosen examples from four main types: landforms of the central United States, low-relief landform s elsewhere, families of linear features that may have major significance, and minor linear trends.
  97.  
  98. The new image is unique in its clear portrayal of topography in the United States midcontinent.  This large area contains landforms that are fully as interesting as the mountain chains to the east and west.  Among these low-relief features are the broad extent and extraordinary flatness of the Mississippi Alluvial Pla in (fig. 2, No. 3e) and the Llano Estacado of western Texas and eastern New Mexico (fig. 4, No. 12); the fine-grained hummocky texture of the Nebraska Sand Hills (fig. 4, No. 13)--the largest sand-dune area in the Western Hemisphere (Bleed and Flowerday, 1990); Crowleys Ridge (No. 14)--a late Pleistocene erosional remnant in the Mississippi River Embayment (near the epicenter of the 1811-1812 New Madrid earthquakes); and the many occurrences of unusual drainage patterns arising from advance and retreat of the last ice cap (No. 15).
  99.  
  100. Perhaps most striking of all midcontinent landforms shown on the map is the Coteau des Prairies (fig. 4, No. 16), "a flatiron-shaped plateau some 200 miles (300 km) long, pointing north" (Flint, 1955). The ice-scoured lowlands that flank the Coteau des Prairies in eastern South Dakota and neighboring States formerly were occupied by the James and Des Moines lobes of the last ice sheet.  These lowlands, which drained melting ice and various ice-dammed lakes during deglaciation of the region, bear a remarkable resemblance t o one type of channel observed on spacecraft images of the planet Mars (Kehew and Lord, 1986).
  101.  
  102. Subtle or only locally important landforms elsewhere in the country also are well shown on the new map.  These include the enigmatic Sutter Buttes volcano (fig. 4, No. 17) in California's Sacramento Valley, the many low volcanic shields on the Snake River plain (No. 18), Trail Ridge (No. 19, an important domestic source of the minerals ilmenite and zircon) and other long north-trending sandy ridges in Florida , the Clinton-Newbury (or Essex) fault zone (No. 20) and its extensions in eastern Massachusetts and Connecticut (a minor crustal suture), and the overall north-northeast-trending texture of the Appalachian Mountains in northern New England (No. 21).
  103.  
  104. Groups of throughgoing linear features, which may mark significant events in the tectonic evolution of the North American continent, are among the most remarkable patterns on this map.  Some of them, such as the west-trending lineament in the Rocky Mountains (fig. 4, No. 22), the east-northeast trend that aligns with the Garlock fault zone (No. 23), and an east-northeast trend (No. 24) that includes parts of the Gila and Salt Rivers (Arizona) and the Canada River (Texas), are perhaps seen clearly for the first time here.  The latter two trends parallel the Murray fracture zone and other inactive transform faults (not shown) of the eastern Pacific plate.  Major elongate features that are more familiar from previous study include the Olympic-Wallowa lineament (No. 25) and the many, possibly related, subparallel northwest trends in the Rocky Mountains (No. 26) to the southeast of it.  Some of the large lineaments on this map may include currently active faults .
  105.  
  106. Minor trends in some parts of the map also may reflect neotectonic activity. However, interpreting such trends requires restraint, as it does for aerial photographs and radar images in certain types of topography (Howard and Larsen, 1972; Yamaguchi, 1985) . On this map, the 300í lighting slightly exaggerates 325í-striking ridges and valleys, especially those that produce the remarkable north-northwest grain on the Great Plains (fig. 4, No. 27), which seems to be real nonetheless (unidirectional lighting at a low elevation angle may artificially enhance small linear features in preferential directions, typically 20í to 35í from that of the light source, while suppressing them in others, parallel to the light source).  The north-northwest trend may mark a regional fracture pattern imprinted on the middle one-third of the Country, reflecting its coupling a mobile West to a more stable East.  It suggests indeed "that the effect of plate collisions may extend across vast distances upon the surface of a continental plate" (Beckinsale and Beckinsale, 1989).
  107.  
  108. Future Prospects
  109.  
  110. Our shaded-relief image of the United States is not necessarily the ultimate digital portrait of the Nation.  Like any reconnaissance geologic map, or for that matter a good scientific hypothesis, it is an ongoing experiment (Yoeli, 1965). Because this map reflects a still-evolving technology, various improvements are under consideration.  Foremost among these are restoration of digital elevations for southern Canada and northern Mexico (see following section entitled "Technical Details"; Arvidson and others, 1982), inclusion of Ala ska and Hawaii, eliminating or reducing errors in the dataset through further editing and edge-matching of data blocks, and more hyd rography. The visual perception of elevation could be enhanced through the use of color (Harrison, 1969; Lamb and others, 1987).
  111.  
  112. Changes in the shaded-relief calculation might address some remaining shortcomings of the map, particularly tonal imbalance between steep and gentle terrain.  Detail in very mountainous areas is obscured because the steepest slopes are too dark or too light.  We have found that the desired balance in tone can not be achieved simply by transforming all elevation or slope values to logar ithms or square roots, and then computing brightnesses from the transformed values (U.S. Geological Survey, 1986).  The solution is likely to be more complex and may require incorporating special algorithms, called local operators, within the computer software to tailor reflectance values to specific conditions of elevation and slope (Brassel, 1974).
  113.  
  114. Lastly, the map could be best improved simply by increasing scale, data density, and image resolution (for example, Edwards and Batson, 1990a,b).  Such a map would provide the detail needed for a more effective relief portrait in many parts of the United S tates (for example, Bleed and Flowerday, 1990, p. 4). An improved map of the entire country, probably at 1:1,000,000 scale and nece ssarily in several sheets, would require a cleaned-up file of all the original digitized elevations and an image resolution of about 0.1 mm/pixel (130 m on the ground). Multiple editions of thi s map at several Sun azimuth and elevation settings (Moore and Simpson, 1982) would further exploit the research potential of digita l shaded-relief by accentuating terrain features that follow all the different trends in the Country's landscape.
  115.  
  116. TECHNICAL DETAILS
  117.  
  118. Image Processing and Hill Shading
  119.  
  120. Our map was made by digital image-processing, a technical specialty related to the broader fields of computer graphics and machine vision (Dawson, 1987; Kennie and McLaren, 1988). The technology includes the many spatially based operations first brought together and developed systematically to manipulate Ranger, Mariner, Landsat, and other images that are reassembled from spacecraft t elemetry in a raster or scan-line arrangement of square-grid elements (Nathan, 1966; Castleman, 1979; Sheldon, 1987). These compute r procedures have been successfully transferred to landform analysis from remote-sensing applications by substituting terrain height s or sea-floor depths for the customary values of electromagnetic radiation obtained from satellites and stored in digital arrays of pixels (Batson and others, 1975).
  121.  
  122. It is the 1 pixel=1 elevation equivalence that enables image-processing technology to so efficiently map elevation matrices and their derivatives over large areas. Recent examples are given by Arvidson and others (1982), Simpson and others (1986), and Ver hoef and others (1989). Slope angle and other quantitative measures of surface form can be rapidly calculated, compared, and  combined for display as shaded-relief and color images or stored as digital files for further study of topography and registration w ith nontopographic datasets (Batson and others, 1975; Moore and Mark, 1986; Pike and Acevedo, 1988; Pike and Thelin, 1989).
  123.  
  124. The image-processing tool applied here, relief shading, is more formally termed analytical hill shading. Although well known as an artistic and manual technique (Imhof, 1965), it was impractical for large areas until Yoeli (1965) developed a modern analytical version for square-grid matrices of terrain elevations and then automated it for the computer (Yoeli, 1967). Analytical hill s hading maps topographic form through variations in mathematically determined intensity of reflected light (I) at each elevation/pix el located on the ground (fig. 5).  This relation, known as the photometric function, has many variants (Brassel, 1974; Batson and o thers, 1975; Horn, 1981; Christou and others, 1989). The simplest case is the cosine law of Lambert
  125.  
  126.                 I = kd cos(i)                        (1)
  127.  
  128. where i is the angle between the incident light (the Sun) and a vector normal to the sloping ground, and kd is a coefficient describing reflectivity of the surface material (here, a perfect diffuser of incident light; Greenberg, 1989). Position of the viewer is directly overhead.  Ground slope may be estimated from a DEM in several ways, using three to nine adjacent height values (Ware, 1989; Mark and Aitken, 1990). Repetition of these calculations pixel-by-pixel over a large DEM yields a reflectance map, a continuous X,Y array of brightness values (Horn, 1981).
  129.  
  130. Many refinements to the basic approach itself can improve relief shading without having to add data from other sources (such as Landsat).  Besides direct illumination, reflectance maps generally include some ambient light, which strikes and reflects from a surface equally in all directions, to improve appearance of the final image (Greenberg, 1989; Christou and others, 1989).  Shadows cast by steep terrain also can be incorporated into the calculation (Ware, 1989), and even atmospheric effects can be simulated (Bra ssel, 1974). Finally, advanced techniques of computer graphics used in some industries to digitally depict virtually any object wit h photorealistic quality (Whitted, 1982; Greenberg, 1989) conceivably could be adapted to take shaded-relief portrayal to even higher levels of realism (Kennie and McLaren, 1988).
  131.  
  132. Source Data
  133.  
  134. The terrain heights from which our map was made do not owe their origin to remote sensing by Landsat or other spacecraft. R ather, the data result from the machine sampling--initially by contour-tracing, later by drum-scanning--of available contour maps, some of which were first compiled as early as 1947. These measurements have a complex history that spans a quarter of a century, st arting with the Defense Mapping Agency Topographic Center's (DMATC) creation of a nationwide set of gridded elevations in 1964 to 1972.  
  135.  
  136. DMATC digitized and labeled contour lines, and later spot heights and stream and ridge lines, on hundreds of 1:250,000-scale (1í by 2í) topographic sheets covering the United States and parts of Canada and Mexico.  Digitizing these maps by semi-automated methods at 0.01 in. (0.25 mm) resolution, 3 arcseconds or about 200 ft (63 m) on the ground, accounted for 1/6 of the elevations (Mays, 1966). The remaining 5/6 of the data we re interpolated between digitized contours by computer (Noma, 1966). The entire DEM, containing more than 2 billion elevations arra yed in a square grid of 3-arc- second resolution, has been available since 1974 in over 900 1o by 1o blocks from the U.S. Geological Survey (USGS), currently the Earth Science Information Center (Rm. 1C107, 507 USGS National Center, Reston VA 22092: 1-800-860-6045).
  137.  
  138. The original DMATC data were later resampled (thinned) and averaged down (see Godson, 1981, for some details) to the more manageable file used here and by Godson (1981) and by Arvidson and others (1982).  The resulting 12 million elevations are spaced 30 arc-seconds apart, nominally 0.805 km on the ground, north-south and east-west. The actual array (6,046 by 3,750) processed to make our map includes null (black) background values lying between the national boundary and the map border and thus is much larger. Although the initial DMATC data were read or interpolated to the nearest foot (Mays, 1966), the elevations were later rounded to 10 m ( map contour intervals were coarse: 100 ft or more). Accordingly, vertical accuracy of the data for this image may be no more than 30 m in smooth areas and 50 m in rough terrain. The 30- arc-second DEM is available from the National Oceanic and Atmospheric Admin istration's National Geophysical Data Center (Code E/GC1, 325 Broadway, Boulder CO 80303: 303 497-6128).
  139.  
  140. Errors in both the 3-arc-second and the 30-arc-second datasets, in addition to those inherent in the source maps, account fo r visible flaws in the map (Batson and others, 1975). Most of these errors are systematic. The flattened hills and the fine-scale rectilinear and stair-step textures on the map arise from round-off error and also from inaccurate interpolation between widely spaced contours, the result of too large a contour interval and a fast but suboptimal algorithm dicta ted by the slow computers available 25 years ago (Noma, 1966). Faint, widely spaced north-south and east-west lines mark defective splices between 1í data blocks. Less systematic errors include additional flattened hilltops, unexplained textures, and randomly located zero or unduly high elevations arising from unknown causes.
  141.  
  142. Computation and Production
  143.  
  144. We created this map by processing all of the 30-arc-second height data through proprietary software, the Interactive Digital Image Manipulation System (IDIMS; Electromagnetic Systems Laboratory, Inc., 1983), installed on a DEC VAX 11/780 computer. After registering the location of each of the 12 million elevations to an Albers Equal-Area Conic projection (standard parallels at 29.5í N and 45.5í N; central meridian at 96.0í W, and latitude of projection's origin at 23.0í N), we produced a new grid of 0.805-km-resolution pixels from bilinear resampling. Topography beyond the national boundary, in two strips across southern Canada and northern M exico, was excluded from the dataset by a 1:2,000,000-scale United States outline obtained from a USGS digital line graph.
  145.  
  146. The SUNSHADE routine within IDIMS computed strike and dip angles of terrain slope, by algebraic manipulation of the four elevations immediately north, south, east, and west of each sample point in the DEM (fig. 6), and from them assigned brightness values ranging from 0 (deeply shadowed areas) to 255 (fully illuminated surfaces) to all 12 million pixels (these calculations took about 17 minutes of CPU time on the VAX 11/780).   The algorithm (Electromagnetic Systems Laboratory, Inc., 1983) is built around a much-modified Lambertian photometric function (Horn, 1981) that uses diffuse scattering to simulate the effects of solar illumination,
  147.  
  148.                 I = kd [L cos(i)] + A                    (2)
  149.  
  150. where L is a scaling factor for the intensity of illumination, and A is an additive ambient light factor (the remaining terms are defined for equation 1, above). The calculation does not provide for cast shadows (Ware, 1989). Various parameters to the SUNSHADE routine control image contrast and thus final appearance of the shaded relief. We found that the following values gave the most cr isp and visually appealing portrayal overall: vertical exaggeration, 2X; Sun azimuth, 300í; Sun elevation, 25í; scaling factor for the intensity transformation, 1.2 units; ambient-light factor, 0.7 units.
  151.  
  152. Errors in the DEM were located from both statistical analysis of the elevations (Pike and Thelin, 1989) and visual identific ation of aberrant patterns in the image. We repaired some of the most visible artifacts by editing flawed portions of the map and c hanging brightness values on a pixel-by-pixel basis, using a Hewlett-Packard 9000 Series-360 Turbo workstation. To retain maximum local de tail in the map, we did not attempt to correct or change any of the erroneous elevations globally, by applying a digital filter to t he entire DEM.
  153.  
  154. Preparation of the final image required several steps. To increase tonal contrast in smooth topography and diminish it in a reas of high relief, we remapped the intensity values output from SUNSHADE, using a piecewise linear transformation, to new values based on breakpoints that we defined in the original shaded-relief image from a histogram of its brightnesses.  Over 70 of the largest (over 20 mi2 in area) natural lakes--plus the coastline and national boundary-- were obtained from an analog 1;2,500,000-scale United States map and used to mask the shaded-relief file photomechanically as a nondigital overlay (shown in black on the map).
  155.  
  156. The printed map was created from three separate negatives made on a Scitex Response-300 computerized cartographic system.  To obtain the desired tonal contrast and balance, each negative emphasizes a different range of brightness.  The full range of light intensities in each negative was computed for the 12 million pixels to generate a printing screen of 175 lines/inch (an image resolution of 0.15 mm) on the Scitex system's laser drum plotter.  The final map was printed in black ink, from five lithographic plates╤three made from the shaded-relief negatives and two made from the nondigital overlay to insure a deep black for the background.
  157.  
  158. ACKNOWLEDGMENTS
  159.  
  160. Gail P. Thelin compiled the map in 1989-90.  We thank William Acevedo, C.M. Wentworth, T. R. Alpha, and R. W. Simpson (all USGS) for comments on drafts of this report.  We are grateful to the many exhibit attendees, starting with those at the 1988 Geological Society of America Centennial meeting in Denver, Colo. for insights and observations on surface features shown by our map.  This report was edited by S.M. Stone.  C.P. Stevens, V.N. Badal,. and Stuart Allan (Allan Cartography) helped in the production of the map.  J.F. Vigil and L.MN. Larsen produced the pamphlet.
  161.  
  162.  
  163. REFERENCES CITED
  164.  
  165. Alpha, T.R., and Winter, R.E., 1971, Quantitative physiographic method of landform portrayal: Canadian Cartographer, v. 8, no. 2, p. 126-136.
  166.  
  167. Arvidson, R.E., Guinness, E.A., Strebeck, J.W., Davies, G.F., and Schulz, K.J., 1982, Image-processing applied to gravity and topography data covering the continental U.S.: Eos (American Geophysical Union Transactions), v. 63, no. 18, p. 257, 261-265.
  168.  
  169. Batson, R.M., Edwards, Kathleen, and Eliason, E.M., 1975, Computer-generated shaded-relief images: U.S. Geological Survey Journal of Research, v. 3, no. 4, p. 401-408.
  170.  
  171. Beckinsale, R.P., and Beckinsale, R.D., 1989, Eustasy to plate tectonics: unifying ideas on the evolution of the major features of the earth's surface, in Tinkler, K.J., ed., History of geomorphology: Boston, Unwin Hyman, p. 205-221.
  172.  
  173. Bleed, Ann, and Flowerday, Charles, eds., 1990, An atlas of the Sand Hills: University of Nebraska, Conservation and Survey Division, Institute of Agriculture and Natural Resources, Resource Atlas No. 5, 265 p.
  174.  
  175. Brabb, E.E., 1987, Analyzing and portraying geologic and cartographic information for land-use planning, emergency response, and decisionmaking in San Mateo County, California, in v. 1 of GIS '87-San Francisco, International Conference, Exhibits, and Workshops on Geographic Information Systems, 2nd, San Francisco, October 26-30, 1987, Proceedings: American Society for Photogrammetry and Remote Sensing and American Congress on Surveying and Mapping, p. 362-374.
  176.  
  177. Brassel, Kurt, 1974, A model for automatic hill-shading: American Cartographer, v. 1, no. 1, p. 15-27.
  178.  
  179. Burrough, P.A., 1987, Principles of geographical information systems for land resources assessment (corrected reprinting): Oxford, Clarendon Press, 193 p.
  180.  
  181. Castleman, K.R., 1979, Digital Image Processing: Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall, 429 p.
  182.  
  183. Christou, Nikolaos, Vanicek, Petr, and Ware, Colin, 1989, Geoid and density anomalies: Eos (American Geophysical Union Transactions) , v. 70, no. 22, p. 625 and 631.
  184.  
  185. Dawson, B. M., 1987, Introduction to image processing algorithms: BYTE, v. 12, no. 3, p. 169-186.
  186.  
  187. Dikau, Richard, 1989, The application of a digital relief model to landform analysis in geomorphology, in Raper, Jonathan, ed., Three dimensional applications in geographical information systems: London, Taylor and Francis, p. 51-77.
  188.  
  189. Edwards, Kathleen, and Batson, R.M., 1990a, Experimental digital shaded-relief map of California: U.S. Geological Survey Miscellaneous Investigations map I-1848, 2 sheets, scale 1:1,000,000. [Similar maps of Arizona, Nevada, Utah, and Wyoming are published in the same series.]
  190.  
  191. ______1990b, Experimental digital shaded-relief map of Southwestern United States: U.S. Geological Survey Miscellaneous Investigations Map I-1850, 2 sheets, scale 1:2,000,000.
  192.  
  193. Electromagnetic Systems Laboratory, Inc. (ESL), 1983, Interactive digital image manipulation system, User's Guide, v. 1: Sunnyvale, Calif., variously paged.
  194.  
  195. Elvhage, Christian, and Lidmar-BergstrÜm, Karna, 1987, Some working hypotheses on the geomorphology of Sweden in the light of a new relief map: Geografiska Annaler, v. 69, ser. A, p. 343-358.
  196.  
  197. Evans, I.S., 1980, An integrated system of terrain analysis and slope mapping:  Zeitschrift fƒr Geomorphologie Supplementband 36, p. 274-295.
  198.  
  199. Fenneman, N.M., and Johnson, D.W., 1946, Physical divisions of the United States: U.S. Geological Survey, scale 1:7,000,000.
  200.  
  201. Flint, R.F., 1955, Pleistocene geology of eastern South Dakota: U.S.  Geological Survey Professional Paper 262, 173 p.
  202.  
  203. Gallant, A.L., Whittier, T.R., Larsen, D.P., Omernik, J.M., and Hughes, R.M., 1989, Regionalization as a tool for managing environmental resources: Corvallis, Oreg., U.S. Environmental Protection Agency document EPA/600/3- 89/060, 152 p.
  204.  
  205. Gilman, C.R., 1981, The manual/photomechanical and other methods for relief shading: American Cartographer, v. 8, no. 1, p. 41-53.
  206.  
  207. Godson, R.H., 1981, Digital terrain map of the United States: U.S. Geological Survey Miscellaneous Investigations Map I-1318, scale 1:7,500,000.
  208.  
  209. Graf, W.L., ed., 1987, Geomorphic systems of North America: Geological Society of America, Centennial Special v. 2, 643 p.
  210.  
  211. Greenberg, D.P., 1989, Light reflection models for computer graphics: Science, v. 244, no. 4901, p. 166-173.
  212.  
  213. Hall, J.K., Schwartz, Eric, and Cleave, R.L.W., 1990, The Israeli DTM (digital terrain map) project, in, Hanley, J.T., and Merriam , D.F., eds., Microcomputer Applications in Geology, II: Oxford, Pergamon Press, p. 111-118, plates 1A-1D.
  214.  
  215. Hammond, E.H., 1964, Classes of land surface form in the forty eight states, U.S.A.: Annals of the Association of American Geographers, v. 54, no. 1, Map Supplement Series no. 4, scale 1:5,000,000. [Adapted version published as Hammond, E.H., 1969, Classes of land -surface form, in The National Atlas of the United States of America: U.S. Geological Survey, scale 1:7,500,000, p. 62-63.] 3U
  216.  
  217. Harrison, R.E., 1969, Shaded relief, in The National Atlas of the United States of America: U.S. Geological Survey, scale 1:7,500, 000, p. 56-57.
  218.  
  219. Heirtzler, J.R., ed., 1985, Relief of the surface of the Earth, computer generated shaded relief: Boulder, Colo., U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration National Geophysical Data Center Report MGG-2, scale 1:39,000,000.
  220.  
  221. Horn, B.K.P., 1981, Hill shading and the reflectance map: Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, v. 6 9, no. 1, p. 14-47. [Reprinted in Geo-processing, v. 2, no. 1, p. 65-146.]
  222.  
  223. Howard, K.A., and Larsen, B.R., 1972, Lineaments that are artifacts of lighting, in Apollo 15 preliminary science report: Washington, U.S. National Aeronautics and Space Administration Special Publication 289, p. 25-58 to 25-62.
  224.  
  225. Imhof, Eduard, 1965, Kartographische Gelèndedarstellung: Berlin, Walter de Gruyter, 425 p. [English translation published as Steward , H.J., ed., 1982, Eduard Imhof, Cartographic Relief Representation: New York, Walter de Gruyter, 389 p.]
  226.  
  227. Kehew, A.E., and Lord, M.L., 1986, Origin and large-scale erosional features of glacial-lake spillways in the northern Great Plains: Geological Society of America Bulletin, v. 97, no. 2, p. 162-177.
  228.  
  229. Kennie, T.J.M., and McLaren, R.A., 1988, Modelling for digital terrain and landscape visualization: Photogrammetric Record, v. 12, n o. 72, p. 711- 745.
  230.  
  231. King, P.B., and Beikman, H.M., 1974, Explanatory text to accompany the geologic map of the United States: U.S. Geological Survey Professional Paper 901, 40 p.
  232.  
  233. Lamb, A.D., Malan, O.G., and Merry, C.L., 1987, Application of image processing techniques to digital elevation models of southern Africa: South African Journal of Science, v. 83, no. 1, p. 43-47.
  234.  
  235. Mark, R.K., and Aitken, D.S., 1990, Shaded-relief topographic map of San Mateo County, California: U.S. Geological Survey Miscellaneous Investigations Map I-1257-K, scale 1:62,500.
  236.  
  237. Mays, R.R., 1966, Production of numerical maps, in Conference--Numerical Topographic Data and Other New Map Products, Fort Belvoir , Va., May 3-5, 1966, Proceedings: Washington, Department of the Army, Office of the Chief of Engineers, p. 38-41K.
  238.  
  239. McHarg, I.L., 1969, Design with nature: Garden City, N.Y., Natural History Press, 198 p.
  240.  
  241. Miller, C.L., and LaFlamme, R.A., 1958, The digital terrain model--theory and application: Photogrammetric Engineering, v. 24, no. 3 , p. 433-442.
  242.  
  243. Moore, J.G., and Mark, R.K., 1986, World slope map: Eos (American Geophysical Union Transactions), v. 67, no. 48, p. 1353, 1360-1362 .
  244.  
  245. Moore, R.F., and Simpson, C.J., 1982, Computer manipulation of a digital terrain Model (DTM) of Australia: BMR Journal of Australian Geology and Geophysics, v. 7, no. 3, p. 63-67.
  246.  
  247. Nathan, Robert, 1966, Digital video-data handling: Pasadena, Calif., Jet Propulsion Laboratory Technical Report no. 32-877. [Also published as Nathan, Robert, 1968, Picture enhancement for the Moon, Mars, and man, in Cheng, G.C., Ledley, R.S., Pollock, D.K., and Rosenfeld, Azriel, eds., Pictorial pattern recognition: Washington, Thompson Book Co., p. 239-266.]
  248.  
  249. National Geographic Society, 1976, Portrait U.S.A. the first color (Landsat) photomosaic of the 48 contiguous United States: Washington, scale 1:4,560,000.
  250.  
  251. Noma, A.A., 1966, Current AMS computer processing of numerical topo data, in Conference--Numerical topographic data and other new map products, Fort Belvoir, Va., May 3-5, 1966, Proceedings: Washington, Department of the Army, Office of the Chief of Engineers, p . 42-48.
  252.  
  253. Pike, R.J., 1988, The geometric signature: quantifying landslide-terrain types from digital elevation models: Mathematical Geology, v. 20, no. 5, p. 491- 5113X
  254.  
  255. Pike, R.J., and Acevedo, William, 1988, Image-processed maps of southern New England topography: Geological Society of America Abstracts with Programs, v. 20, no. 1, p. 62.
  256.  
  257. Pike, R.J., and Thelin, G.P., 1989, Cartographic analysis of U.S. topography from digital data, in Auto-Carto 9, International Symposium on Computer- Assisted Cartography, 9th, Baltimore, April 2-7, 1989, Proceedings: American Society of Photogrammetry and Remote Sensing and American Congress on Surveying and Mapping, p. 631-640.
  258.  
  259. Raisz, Erwin, 1931, The physiographic method of representing scenery on maps:  Geographical Review, v. 21, no. 2, p. 297-304.
  260.  
  261. ______1939, Landforms of the United States, in Atwood, W.W., 1940, The physiographic provinces of North America: New York, Bla isdell, scale about 1:4,500,000.
  262.  
  263. Scholz, D.K., Doescher, S.W., and Hoover, R.A., 1987, Automated generation of shaded relief in aeronautical charts, in Cartography : American Society of Photogrammetry and Remote Sensing and American Congress of Surveying and Mapping, Annual Convention, Baltimore , March 29-April 3, 1987, Technical Papers, v. 4, p. 212-219.
  264.  
  265. Sheldon, Ken, 1987, Probing space by camera, the development of image processing at NASA's Jet Propulsion Laboratory: BYTE, v. 12, no. 3, p. 143-148.
  266.  
  267. Simkin, Tom, Tilling, R.I., Taggart, J.N., Jones, W.J., and Spall, Henry, 1989, This dynamic planet, world map of volcanoes, earthquakes, and plate tectonics: U.S. Geological Survey, scale 1:30,000,000.
  268.  
  269. Simpson, R.W., Jachens, R.C., Blakely, R.J., and Saltus, R.W., 1986, A new isostatic residual gravity map of the conterminous United States with a discussion on the significance of isostatic residual anomalies: Journal of Geophysical Research, v. 91, no. B8, p. 83 48-8372.
  270.  
  271. Tesche, T.W., and Bergstrom, R.W., 1978, Use of digital terrain data in meteorological and air quality modeling: Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, v. 44, no. 12, p. 1549-1559.
  272.  
  273. Tobler, W.R., 1969, An analysis of a digitalized surface, in, Davis, C.M., A study of the land type: Ann Arbor, University of Mich igan Department of Geography, Final Report on Contract No. DA-31-124-ARO-D-456 to U.S. Army Research Office, Durham, North Carolina, p. 59-83.
  274.  
  275. U.S. Geological Survey, 1986, Production of shaded-relief products: U.S. Geological Survey Yearbook 1986, p. 37-38.
  276.  
  277. ______1990, U.S. satellite view: The National Atlas of the United States of America (separate sheet), scale 1:7,500,000.
  278.  
  279. Verhoef, J., Roest, W.R., and Srivastava, S.P., 1989, Plate reconstructions and gridded data: Eos (American Geophysical Union Transactions), v. 70, no. 21, p. 609 and 618.
  280.  
  281. Vieux, B.E., 1991, Geographic information systems and non-point source water quality and quantity modelling, in Moore, Ian, ed., Digital Terrain Modelling in Hydrology, special issue of Hydrological Processes, v. 5, no. 1, p. 101-113.
  282.  
  283. Ware, Colin, 1989, Fast hill shading with cast shadows: Computers and Geosciences, v. 15, no. 8, p. 1327-1334.
  284.  
  285. Weibel, Robert, ed., 1989, Contributions to digital terrain modeling and display: University of Zƒrich, Department of Geography, Geoprocessing Series, v. 12, 100 p.
  286.  
  287. Wentworth, C.M., Ellen, S.D., and Mark, R.K., 1987, Improved analysis of regional engineering geology using geographic information systems, in, v. 2 of GIS '87-San Francisco, International Conference, Exhibits, and Workshops on Geographic Information Systems, 2nd, San Francisco, October 26-30, 1987, Proceedings: American Society for Photogrammetry and Remote Sensing and American Congress on Surveying and Mapping, p. 636-649.
  288.  
  289. Whitted, Turner, 1982, Some recent advances in computer graphics: Science, v. 215, no. 4534, p. 767-774.
  290.  
  291. Wright, J.K., 1942, Map makers are human: comments on the subjective in maps:  Geographical Review, v. 32, no. 4, p. 527-544.
  292.  
  293. Yamaguchi, Yasushi, 1985, Image-scale and look-direction effects on the detectability of lineaments in radar images: Remote Sensing of Environment, v. 17, no. 2, p. 117-127.
  294.  
  295. Yoeli, Pinhas, 1965, Analytical hill shading (A cartographic experiment):  Surveying and Mapping, v. 25, no. 4, p. 573-579.
  296.  
  297. ______1967, The mechanisation of analytical hill shading: Cartographic Journal, v. 4, no. 2, p. 82-88.
  298.  
  299.  
  300. FIGURE CAPTIONS
  301.  
  302. Figure 1.   Basic steps in the generation of a shaded-relief map (modified from Brassel, 1974; and Horn, 1981).
  303.  
  304.  
  305. Figure 2.   Physiographic divisions (heavy lines), provinces (numbers), and sections (letters) of the conterminous United States (from Fenneman and Johnson, 1946).
  306. EXPLANATION
  307. LAURENTIAN UPLAND
  308.     1 Superior Upland
  309. ATLANTIC PLAIN
  310.     2 Continental Shelf (not on map)
  311.     3 Coastal Plain
  312.          a Embayed section
  313.          b Sea Island section
  314.          c Floridian section
  315.          d East Gulf Coastal Plain
  316.          e Mississippi Alluvial Plain
  317.          f West Gulf Coastal Plain
  318.  APPALACHIAN HIGHLANDS
  319.     4 Piedmont province
  320.          a Piedmont Upland
  321.          b Piedmont Lowlands
  322.      5 Blue Ridge province
  323.          a Northern section
  324.          b Southern section
  325.      6 Valley and Ridge province
  326.          a Tennessee section
  327.          b Middle section c Hudson Valley
  328.      7 St. Lawrence Valley
  329.          a Champlain section
  330.          b Northern section (not on map)
  331.      8 Appalachian Plateaus province
  332.          a Mohawk section
  333.          b Catskill section
  334.          c Southern New York section
  335.          d Allegheny Mountain section
  336.          e Kanawha section
  337.          f Cumberland Plateau section
  338.          g Cumberland Mountain section
  339.     9 New England Province
  340.          a Seaboard Lowland section 
  341.         b New England Upland section
  342.          c White Mountain section
  343.          d Green Mountain section
  344.          e Taconic section
  345.      10 Adirondack province
  346. INTERIOR PLAINS
  347.     11 Interior Low Plateaus
  348.          a Highland Rim section
  349.          b Lexington Plain
  350.          c Nashville Basin
  351.      12 Central Lowland
  352.          a Eastern Lake section
  353.          b Western Lake section
  354.          c Wisconsin Driftless section
  355.          d Till Plains
  356.          e Dissected Till Plains
  357.     `     f Osage Plains
  358.      13 Great Plains province
  359.          a Missouri Plateau, glaciated
  360.          b Missouri Plateau, unglaciated
  361.          c Black Hills
  362.          d High Plains
  363.          e Plains Border
  364.          f Colorado Piedmont
  365.          g Raton section
  366.          h Pecos Valley
  367.          i Edwards Plateau
  368.          k Central Texas section
  369. INTERIOR HIGHLANDS
  370.      14 Ozark Plateaus
  371.          a Springfield-Salem plateaus
  372.          b Boston "Mountains"
  373.      15 Ouachita province
  374.          a Arkansas Valley
  375.          b Ouachita Mountains
  376.  ROCKY MOUNTAIN SYSTEM
  377.      16 Southern Rocky Mountains
  378.      17 Wyoming Basin
  379.      18 Middle Rocky Mountains
  380.      19 Northern Rocky Mountains
  381. INTERMONTANE PLATEAUS
  382.      20 Columbia Plateau
  383.          a Walla Walla Plateau
  384.          b Blue Mountain section
  385.          c Payette section
  386.          d Snake River Plain
  387.          e Harney section
  388.     21 Colorado Plateaus
  389.          a High Plateaus of Utah
  390.          b Uinta Basin
  391.          c Canyon Lands
  392.          d Navajo section
  393.          e Grand Canyon section
  394.          f Datil section
  395.     22 Basin and Range province
  396.          a Great Basin
  397.          b Sonoran Desert
  398.          c Salton Trough
  399.          d Mexican Highland
  400.          e Sacramento section
  401. PACIFIC MOUNTAIN SYSTEM
  402.      23 Cascade-Sierra Mountains
  403.          a Northern Cascade Mountains
  404.          b Middle Cascade Mountains
  405.          c Southern Cascade Mountains
  406.          d Sierra Nevada
  407.      24 Pacific Border province
  408.          a Puget Trough
  409.          b Olympic Mountains
  410.          c Oregon Coast Range
  411.          d Klamath Mountains
  412.          e California Trough
  413.          f California Coast Ranges
  414.          g Los Angeles Ranges
  415.     25 Lower California province
  416.  
  417.  
  418. Figure 3.   Boundaries of the conterminous 48 United States.
  419.  
  420.  
  421. Figure 4.   Topographic features cited in discussion of shaded-relief map of conterminous United States.
  422.  
  423. EXPLANATION
  424.  
  425. 1 Folded Appalachian Mountains
  426. 2 Sierra Nevada
  427. 3 Black Hills
  428. 4 Driftless area
  429. 5 Southern limit of Pleistocene continental glacial deposits
  430. 6 Basalt ridges in the Connecticut River valley
  431. 7 Terminal moraines on Long Island and Cape Cod
  432. 8 Valles caldera
  433. 9 Crater Lake caldera
  434. 10 San Andreas fault zone
  435. 11 Mount St. Helens
  436. 12 Llano Estacado
  437. 13 Nebraska Sand Hills
  438. 14 Crowleys Ridge
  439. 15 Unusual drainage patterns emplaced during Pleistocene
  440. 16 Coteau des Prairies
  441. 17 Sutter Buttes
  442. 18 Low volcanic shields on Snake River plain
  443. 19 Trail Ridge
  444. 20 Clinton-Newbury (Essex) fault zone
  445. 21 Linear texture in northern New England
  446. 22 West-trending lineaments in Rocky Mountains
  447. 23 Extension of Garlock fault zone
  448. 24 Linear trend following Gila, Salt, and Canada Rivers
  449. 25 Olympic-Wallowa lineament
  450. 26 Northwest trends in Rocky Mountains
  451. 27 North-northwest grain on High Plains
  452.  
  453.  
  454. Figure 5.   Geometric relation between ground slope and Sun position that is basic to reflected-intensity (brightness) calculations for shaded-relief mapping (modified from Batson and others, 1975).  See equations (1) and (2) in text. Point O is center terrain height in five-point sample of the digital elevation model (see fig. 6).
  455.  
  456. Figure 6.   Obtaining values of strike and dip for local terrain slope within a square-grid digital elevation model (subset of 24 heights shown here by open circles) from a five-point sample design (filled circles).  Calculation for center terrain height, O (see fig. 5), averages east-west and north-south slope values defined by neighboring heights X1 and X2 and Y1 and Y2, respectively (Electromagnetic Systems Laboratory, Inc., 1983).  Sample point O is relocated at each height value throughout the DEM and the calculation repeated.  Resulting values of strike and dip are used to compute the slope normal and then angle i (fig. 5) for text equations (1) and (2).
  457.  
  458.