数字地面模型 第九章 数字地形的可视化
第9章-数字地形模型与地形分析-第一讲
▪ DEM数据的高程分层设色显示 ▪ DEM数据与影像数据联结三维场景显示 ▪ 三维静态场景的输出功能 ▪ 三维动态飞行场景的录制与播放功能 ▪ 简单DEM模型分析功能
GIS 电子沙盘 ——高程分层设色
GIS DEM应用举例 ——城市景观
城市景观系统通过运用数字技术构造出某一区域的 虚拟场景来辅助人们进行观测, 是一个可视现实和虚拟 现实集成的系统。
垂直线 典型线
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
GIS 3.DEM的表示法
数学方法 整体拟合方法, 即根据区域所有的高程点
数据, 用傅立叶级数和高次多项式拟合统 一的地面高程曲面 局部拟合方法, 将地表复杂表面分成正方 形规则区域或面积大致相等的不规则区 域进行分块搜索, 根据有限个点进行拟合 形成高程曲面
➢DEM的表示方法
➢一个地区的地表 高程的变化可以
采用多种方法表
达
DEM 表示方法
➢用数学定义的表 面或点、线、影 像都可用来表示 DEM
数学方法 图形法
整体 局部 点数据
线数据
傅立叶级数 高次多项式
规则数学分块
不规则数学分块
密度一致
规则
密度不一致
不规则 典型特征 水平线
三角网 邻近网 山峰、洼坑
隘口、边界
点信息
ID
边1 边2 边3
1
E1
E3
E9
2
E2
E3
E4 面
3
E4
E5
E6
信 息
4
E6
E7
E8
5
E7
E9
E10
ID
起点
终点
左多 边形
右多 边形
数字地形模型(DTM) ppt课件
5.1.3 通视分析
5类通视问题 已知一个或一组观察点，找出某一地形的可见区 域。 欲观察到某一区域的全部地形表面，计算最少观 察点数量。 在观察点数量一定的前提下，计算能获得的最大 观察区域。 以最小代价建造观察塔，要求全部区域可见。 在给定建造代价的前提下，求最大可见区。
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基于网格dem的通视算法
1）点对点通视 2）点对线通视 3）点对区域通视
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1）点对点通视
已知视点V坐标为（x0,y0,z0），以及P点坐标（x1,y1,z1）。 DEM为二维数组Z[M][N]，则V为（m0,n0,Z[m0,n0]），P为 （m1,n1,Z[m1,n1]）。计算过程如下： 使用Bresenham直线算法，生成V到P的投影直线点集{x , y}，K=||{x , y}||, 并得到直线点集{x , y}对应的高程 数据{Z[k], ( k=1,...K-1 )}，这样形成V到P的DEM剖面 曲线。 以V到P的投影直线为X轴，V的投影点为原点，求出视线在 X-Z坐标系的直线方程： H [k ] Z [m0 ][n0 ] Z [m1 ][n1 ] k Z [m ][n
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2.2 等高线模型
每一条等高线对应一个已知的高程值，这样一系 列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种 地面高程模型—等高线模型。 等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列 需要一种插值方法来计算落在等高线外的其它点 的高程 等高线通常可以用二维的链表或图来存储
ppt课件
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不规则三角网（TIN）数据存储方式
• TIN的数据存储方式比格网DEM复杂，不仅要存储 每个点的高程，还要存储其平面坐标、节点连接 的拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。 TIN模 型在概念上类似于多边形网络的矢量拓扑结构， 只是TIN模型不需要定义“岛”和“洞”的拓扑关 2 1 1 X Y Z 系。 顶点 邻接三角形
GIS原理——数字地形模型(DTM)与地形分析
是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元 的曲面面积与其水平面上的投影面积之比。
Grid DEM上制作坡度、坡向图
（二）等高线的绘制
在格网DEM上自动绘制等高线主要包括两个步骤： 1、等高线追踪，利用DEM矩形格网点的高程内插出格网边上的等 高线点，并将这些等高线点排序； 2、等高线光滑，进一步加密等高线点并绘制光滑曲线。
此外，从DEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、 等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色 图等。
二、DEM建立
1、数据获取与处理 1）数据采集
选点采集 沿断面采集
2) 数据处理
2、DEM 生成
1）人工网格法
在地形图上蒙上格网，逐 格读取中心点或交点的高程 值。
2）三角网法
对有限个离散点，每三个邻近点 联结成三角形，每个三角形代表一个 局部平面，再根据每个平面方程，可 计算各格网点高程，生成DEM。
2、D3E）M曲生面成拟合法
根据有限个离散点的高程，采用多项式或样条函数求 得拟合公式，再逐个计算各点的高程，得到拟合的DEM。 可反映总的地势，但局部误差较大。
DTM：当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地 面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等 其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM（Digital Terrain Models）。
一、DEM 概述
2、表示法
1） 等高线法
等高线通常被存储成一个有序的坐标点 序列，可以认为是一条带有高程值属性的简 单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只 是表达了区域的部分高程值，往往需要一种 插值方法来计算落在等高线以外的其他点的 高程。
01-第九章 DEM与数字地形分析12小节PPT
第9章DEM与数字地形分析GIS原理第9章DEM与数字地形分析9.1 基本概念9.2 DEM的主要表示模型9.3 DEM建立9.4数字地形分析The End9.1 基本概念9.1.1 数字高程模型三维空间数据表示:地球表面的高低起伏（高程数据），表面离散点（x,y）上的任何属性值，如：可能采样点的降雨量，地壤的酸碱度，人口密度等。
三维地形空间数据模型一般用数字地形模型DTM最常见的三维空间模型是DTMDigital Terrain Model是利用一个任意坐标场中大量选择的已知(x,y,z)的坐标点对连续地面的一个简单统计表示，或者说DTM是地形表面简单的数字表示。
DTM提出是Miller, 1956,高速公路自动设计。
用于线路选线的设计以及工程面积、体积、坡度计算。
测绘中：等高线，坡度坡向图，立体地图，正射影像图。
DTM的研究：精度，地形分类，数据采集、数据压缩、不规则及规则DTM的建立与应用1 DTM 和DEM从数学的角度，高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数:Z = f(x, y)一般是高程模型连续函数的离散表示；DTM是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
DTM中地形属性为高程时称为DEM；DEM的相近术语：德国DHM, Digital Height Model英国DGM, Digital Ground Model美国地质测量局USGS DTEM, Digital Terrain Elevation Model、DEM, Digital Elevation Model2 DEM的表示法地表高程的变化可以采用多种方法表达:用数学定义的表面或点、线、影像；1）数学方法采用整体拟合方法；傅立叶级数高次多项式2）图形方法线模式：等高线点模式：GRID；TIN9.1.2 数字地形分析数字地形分析（digital terrain analysis, DTA）是指在DEM 上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。
如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化
如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是通过对地球表面进行测量和数据处理而生成的三维地形模型。
它提供了地形地貌的详细描述，为地质学、地理学、城市规划等学科的研究和实践提供了重要且丰富的数据来源。
本文将介绍如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化。
一、数字高程模型的获取与处理数字高程模型可以通过多种方法获取，包括激光雷达测量、航空测绘、卫星遥感等技术手段。
获取到的原始DEM数据需要进行处理和加工，以便更好地应用于地形分析和可视化。
常见的DEM处理方法包括数据插值、滤波、剖面分析等。
1.数据插值数据插值是将不连续的离散高程数据拟合成连续的地形表面。
常用的插值方法有反距离加权插值（IDW）、克里金插值等。
插值结果将提供高程数据的连续性和平滑度，为地形分析提供了基础。
2.滤波滤波是用来去除DEM数据中的噪声和异常值，以提高地形数据的准确性和可靠性。
常用的滤波方法有中值滤波、高斯滤波等。
滤波后的DEM数据更加真实和可靠，减少了误差和不确定性。
3.剖面分析剖面分析是通过选择不同的地理剖面线，提取DEM数据的高程数值，以便更好地了解地形地貌的特征和变化趋势。
剖面分析可以帮助我们理解地质构造、水文河流等地理现象，提供更深入的地形信息。
二、地形分析与可视化方法使用数字高程模型进行地形分析和可视化的方法有很多，以下将介绍几种常见的方法。
1.坡度与坡向分析坡度与坡向分析可以帮助我们了解地表的倾斜程度和朝向。
通过计算每个像元（栅格单元）的坡度和坡向数值，可以构建坡度和坡向分布图，进而分析地形地貌的起伏和走向。
这对于地质勘探、土地利用规划等方面具有重要意义。
2.流域分析与水系提取流域分析是指根据数字高程模型的数据，确定地表上的集水区和河流网络。
通过提取DEM中的河流网络，可以了解地表水文过程的分布与特征。
流域分析对于洪水预警、水资源管理等方面具有重要意义。
数字地形模型
方格网数字地形模型
3
在方格网数模中内插待定点，其内插方法的选择对高 程精度影响很小，因此可以选择一种比较简单的、运算速 度高的方法。常用的方法有分块多项式法和双线性内插法 分块多项式法
在方格形数据点条件下，用完整双三次多项式以每个方格 作为一个分块单元，则每个分块四个角点所构成的曲面为：
Z f ( X , Y ) a00 a10 X a01Y a20 X 2 a11 XY a02Y 2 a30 X 3 a21 X 2Y a12 XY 2 a03Y 3 a31 X 3Y a22 X 2Y 2 a22 X 2Y 2 a13 XY 3 a32 X 3Y 2 a23 X 2Y 3 a33 X 3Y 3
方格网数字地形模型
若已知任意一点P的平面坐标为，P点所在网格及该网格左 下角A点的平面坐标可按下式计算： J ( xP x0 ) / L 1
I ( y P y0 ) / L 1 x A x0 ( J 1) L y A y0 ( I 1) L
式中：I、J——分别为P点所在网眼左下角点所在行、列数；
数字地形模型（DTM,DigitalTerrainModel）最 初是为了 高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。此后，它 被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各 种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及 任意断面图绘制。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、 立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。在遥感应用 中可作为分类的辅助数据。它还是地理信息系统的基础数据， 可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。 在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。对DTM 的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、DTM 的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三 角网DTM的建立与应用等。
测量学 第九章数字测图
第二节 测图前准备工作
外业准备工作
为了顺利完成某一测区的数字测图任务，就必须做好充 分的准备工作。内容包括“人员安排、仪器工具的选择、仪 器检验、测区踏勘、已有成果资料收集”，并根据工作量的 大小、人员情况和仪器情况拟定作业计划，并编制数字测图 技术设计书来指导数字测图工作，确保数字测图的有序展开。
1、编码应遵循的原则：
• (1) 符合国标图式分类，符合地形图绘图规则； • (2) 简练，便于操作和记忆。 • (3) 便于计算机处理； • (4) 便于GIS等软件的使用； • (5) 要有系统性、科学性和可扩充性。
第三节 野外数据采集
2、地形图要素分类
•
按照GB14804-93《1：500，l： l000；
第三节 野外数据采集
3、数据记录格式
• 下图数据记录格式，分为8个数据段。
• A1表示记录类别，后面的记录按类别表示相应 的内容。例如一条碎部点记录，A2表示点号，A3 表示连接点号，A4表示线型和线序，A5表示地形 要素代码，A6 、A7 、A8分别表示碎部点的x、y
坐标和高程。
第三节 野外数据采集
3.数字摄影测量模式
利用全站仪进行数据采集时，每次只能测定一个点，而 利用摄影测量的方法则可同时测定多个点，这是摄影测量方 法的最大优点。
3D激光扫描仪采用主动式激光发射，所以它不受周围 光线的影响，可以实现白天和黑夜作业，被广泛应用于军事 侦察、变形监测、地质灾害防治等方面，它必将在目标数据 的采集及快速成图方面愈发显示出其它测量方法不可替代的 优势。
一、删除三角形 二、过滤三角形 三、增加三角形 四、三角形内插点 五、删三角形顶点 六、重组三角形 七、删三角网 八、修改结果寸盘 注意：修改了三角网后一定要进行此操作，否则修改无效。
GIS课件第9章 DEM与数字地形分析
第9章 DEM 与数字地形分析数字地面模型于1958年提出，特别是基于DEM 的GIS 空间分析方法的出现，使传统的地形分析方法产生了革命性的变化，数字地形分析方法逐步形成和完善。
目前，基于DEM 的数字地形分析已经成为GIS 空间分析中最具特色的部分，在测绘、遥感及资源调查、环境保护、城市规划、灾害防治及地学研究各方面发挥越来越重要的作用。
本章首先介绍了数字高程模型的基本概念和建立步骤，然后从基本坡面因子、特征地形因子、水文因子和可视域等方面简述数字地形分析的主要内容和研究方法。
9.1 基本概念9.1.1 数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model ，简称DEM ）是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表示），它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。
由于高程数据常常采用绝对高程（即从大地水准面起算的高度），DEM 也常常称为DTM （Digital Terrain Model ）。
“Terrain”一词的含义比较广泛，不同专业背景对“Terrain”的理解也不一样，因此DTM 趋向于表达比DEM 更为广泛的内容。
从研究对象与应用范畴角度出发，DEM 可以归纳为狭义和广义两种定义。
从狭义角度定义，DEM 是区域表面海拔高程的数字化表达。
这种定义将描述的范畴集中地限制在“地表”、“海拔高程”及“数字化表达”内，观念较为明确。
从广义角度定义，DEM 是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。
这是随着DEM 的应用不断向海底、地下岩层以及某些不可见的地理现象（如空中的等气压面等）延伸，而提出的更广义的概念。
该定义将描述对象不再限定在“地表面”，因而具有更大的包容性，有海底DEM 、下伏岩层DEM 、大气等压面DEM 等。
数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的连续函数),(y x f H =。
由于连续函数的无限性，DEM 通常是将有限的采样点用某种规则连接成一系列的曲面或平面片来逼近原始曲面，因此DEM 的数学定义为区域D 的采样点或内插点Pj 按某种规则ζ连接成的面片M 的集合：},,1,,1,),,()({m i n j D H y x P P M DEM j j j j j i ==∈==ζ （9.1）DEM 按照其结构，可分为规则格网DEM 、TIN 、基于点的DEM 和基于等高线的DEM 等。
如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化
如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种以数字格式表示地表或地球表面高程的模型。
DEMs广泛应用于地形分析与可视化领域，为研究人员和决策者提供了有关地形特征和地表变化的重要信息。
本文将探讨如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化，以及相关的应用领域和工具。
一、数字高程模型简介数字高程模型是根据地形测量数据和遥感数据创建的数字化地表模型。
它以矩阵形式存储高程数据，每个单元格代表一个特定地点的高程值。
DEM的制作可以通过多种技术手段实现，如激光雷达测量、航空摄影测量和卫星测量等。
数字高程模型是地形分析与可视化的基础数据，可以用于生成三维地形模型、计算坡度和坡向、提取水流网络和流域边界等。
此外，DEM还可结合其他数据，如遥感影像和地质地球化学数据，实现更精确的地表分析和模拟。
二、地形分析地形分析是通过数字高程模型对地形特征进行定量描述和解释的过程。
它可以帮助人们了解地形的变化、揭示地质构造和地貌形成机制，并为环境保护、城市规划和资源管理等领域提供科学依据。
以下是常见的地形分析方法：1. 坡度和坡向坡度是指地表在水平方向上的倾斜程度，通过计算相邻格点之间的高程差得到。
坡度的大小可以反映地表的陡缓情况，对于土地利用、水文模拟等有重要影响。
坡向是指地表在水平方向上的朝向，可以用于制作景观图和风向分析。
2. 流域分析流域是在地貌上具有一定独立性的地理单元，它由一系列相互联系的水流组成。
通过分析数字高程模型，可以提取出流域的边界、水流路径和集水区的范围。
这对于水资源管理、洪水预测和水文模型的建立非常重要。
3. 剖面分析剖面分析是通过选择两个地点在数字高程模型上绘制高程剖面图，以了解地表的起伏和变化情况。
这对于道路设计、地震研究和地形变形监测具有重要意义。
三、地形可视化地形可视化是将数字高程模型中的高程数据转化为可视化效果的过程。
通过地形可视化，人们可以更直观地观察地形特征和地貌变化。
第九章 数字地形模型(DEM)与地形分析
南北美洲三角的西端，都有北南走向的山脉。
山脉面积大约占总面积的三分之一，其余的三分之二在东部，是一块大平原。
平原被两座低矮的山脉把它与大海隔离开来。
在北美洲，是拉布拉多山和阿巴拉契亚山；南美洲则是圭亚那山脉和巴西高原。
房龙横看成岭侧成峰，远近高低各不同。
苏轼第九章数字地形模型（DTM）与地形分析导读：DEM和DTM主要用于描述地面起伏状况，可以用于提取各种地形参数，如坡度、坡向、粗糙度等，并进行通视分析、流域结构生成等应用分析。
因此，DEM在各个领域中被广泛使用。
DEM可以有多种表达方法，包括网格、等高线、三角网等，本章同时介绍了这些表达方法之间的相互转换算法，如由三角网生成等高线，网格DEM生成三角网等等。
1．概述数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是为了高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。
此后，它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。
在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。
在遥感应用中可作为分类的辅助数据。
它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。
在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。
对DTM的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、DTM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM 应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等。
1．1 DTM和DEM从数学的角度，高程模型是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数，数字高程模型（DEM）只是它的一个有限的离散表示。
高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或某个参考平面的相对高度，所以高程模型又叫地形模型。
实际上地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。
数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
如何进行数字地球模型的构建与可视化
如何进行数字地球模型的构建与可视化数字地球模型的构建与可视化在当今数字技术日新月异的背景下，数字地球模型的构建与可视化已成为一项备受关注的研究领域。
数字地球模型是指通过各种技术手段将地球的地形、气候、人口分布等各类信息进行数字化处理，并以图像、动画等形式展示出来的模型。
它不仅是地理学、地质学等学科研究的重要工具，也在城市规划、灾害防控等领域发挥着重要作用。
要进行数字地球模型的构建与可视化，首先需要收集各种地理信息数据。
这些数据可以通过卫星遥感、地貌测量、地面观测等多种手段获取。
其中，卫星遥感是最常用的数据获取方式之一。
通过卫星拍摄的影像数据可以提供地表的真实信息，再经过图像处理和几何校正，就可以得到高分辨率的地表图像。
此外，地质勘探、气象观测、人口普查等数据也是构建数字地球模型的重要数据源。
在数据收集完成后，接下来就是进行数据处理和建模。
首先，各类数据需要进行预处理，去除噪声、填补缺失值，以确保数据的准确性和完整性。
然后，将处理后的数据进行分类、分层，以便在可视化过程中更好地展示地球的各个要素。
同时，还可以针对特定需求进行数据融合，将不同类型的数据整合到一起，增加模型的真实性和可靠性。
在数据处理和建模的基础上，就可以开始进行数字地球模型的可视化工作了。
可视化是将抽象的数据以直观的图像形式表达出来的过程，可以通过3D建模、虚拟实境、地理信息系统等技术手段来实现。
其中，3D建模是最为常用的一种方式。
通过使用计算机软件，将地球的地理信息数据进行三维重建，并加入纹理、光影、运动等效果，使模型更加逼真。
虚拟实境技术则可以让使用者沉浸在一个虚拟的地球环境中，通过头戴式显示器等设备，享受身临其境的感觉。
地理信息系统则可以将地球模型与其他地理信息数据进行集成，实现多源数据的统一管理和可视化展示。
数字地球模型的可视化不仅可以用于学术研究，还有许多实际应用价值。
在城市规划中，可以通过数字地球模型对城市的地形、道路、建筑等信息进行模拟和分析，为城市规划提供决策支持。
测绘技术中的数字地球模型构建和可视化方法
测绘技术中的数字地球模型构建和可视化方法1. 引言数字地球模型是一种结合了地理信息系统（GIS）、遥感技术和全球定位系统（GPS）等技术的三维地球表层表达和可视化的方法。
它以数字化的方式对地球表面进行建模，并通过可视化的手段呈现给用户。
数字地球模型的构建和可视化方法在测绘技术中扮演着重要的角色，本文将探讨其基本原理和应用。
2. 数字地球模型构建方法数字地球模型的构建主要基于遥感数据、地理信息系统和测绘数据等信息源。
常见的构建方法包括以下几种：2.1 遥感影像解译遥感影像是构建数字地球模型的重要数据来源。
通过解译遥感影像，可以提取出地表的各种特征，如地形、植被、水域等。
这些特征可以用于构建数字地球模型的表面属性。
2.2 测绘数据融合测绘数据包括地形地貌、地理标志等信息。
将测绘数据与遥感数据进行融合，可以进一步丰富数字地球模型的表达能力。
例如，将高程数据与遥感影像融合，可以生成真实的三维地表模型。
2.3 全球定位系统（GPS）测量全球定位系统（GPS）提供精确的位置信息，可以用于构建数字地球模型的空间坐标系。
通过GPS测量，可以获取到地球表面点的三维坐标，从而实现数字地球模型的地理定位。
3. 数字地球模型可视化方法数字地球模型的可视化是将模型数据以视觉方式呈现给用户的过程。
常见的可视化方法包括以下几种：3.1 三维成像三维成像是将数字地球模型以三维的方式呈现给用户。
通过使用透视投影和光影效果，可以让用户感受到真实的地理环境。
例如，将地形数据与纹理贴图相结合，可以呈现出逼真的山水风貌。
3.2 虚拟现实技术虚拟现实技术可以将用户带入数字地球模型的虚拟环境中。
通过头戴式显示器和手持设备等交互设备，用户可以自由地探索和交互数字地球模型。
例如，用户可以通过手势或控制器来导航、放大或缩小地图等。
3.3 交互式可视化交互式可视化是通过用户与数字地球模型的交互来实现数据呈现。
用户可以通过鼠标、触摸屏或手持设备等方式与模型进行交互操作，例如选择、查询、标记等。
如何进行数字地形建模与可视化展示
如何进行数字地形建模与可视化展示数字地形建模与可视化展示是地理信息科学领域的一个重要研究方向。
随着计算机技术的不断发展和地理数据获取手段的不断完善，数字地形建模与可视化展示在地理信息系统、城市规划、环境评估等领域发挥着重要作用。
本文将从数据采集、地形建模方法以及可视化展示等方面进行探讨。
一、数据采集数字地形建模与可视化展示的前提是需要大量的地理数据作为基础。
目前常用的数据采集方法主要有遥感技术和测绘技术。
遥感技术可以通过卫星、无人机等平台获取大范围的地理数据，包括高程数据、影像数据等。
测绘技术则通过地面测量仪器进行数据采集，可以获取精确的地形数据。
对于数字地形建模与可视化展示来说，高程数据是最重要的数据类型之一。
高程数据可以通过全球定位系统（GPS）等技术进行测量，也可以通过数字高程模型（DEM）获取。
DEM是以栅格形式存储的地形数据，可以通过插值算法对离散高程点进行网格化，得到全局范围内的高程数据。
二、地形建模方法数字地形建模方法主要包括三角网格方法、光滑曲面方法和物理模拟方法等。
三角网格方法是一种常用的地形建模方法，其基本思想是将地形表面划分为一系列相邻的三角形，每个三角形以三个顶点的高程值表示。
通过在相邻三角形共享的边上进行插值，可以得到整个地形的连续性。
光滑曲面方法将地形表面视为一个连续光滑的曲面，通过拟合高程点的曲面特征来进行地形建模。
光滑曲面方法可以通过多项式、径向基函数等进行拟合，得到连续性更好的地形模型。
物理模拟方法则通过模拟地形形成的物理过程来进行地形建模。
该方法可以模拟地壳运动、河流侵蚀、风蚀作用等自然地理过程，从而得到更真实的地形模型。
物理模拟方法需要基于地理学和物理学的知识，一般应用于科学研究和环境模拟等领域。
三、可视化展示数字地形建模不仅仅是为了得到一个高程模型，更重要的是将地形数据以可视化的形式展示出来。
可视化展示可以通过地形图、立体模型、虚拟现实等形式呈现。
地形图是最常见的地形展示形式，通过等高线、色阶等方式将高程信息转化为视觉表达，使人们可以直观地理解地形的变化。
如何使用测绘技术进行数字地球建模和可视化
如何使用测绘技术进行数字地球建模和可视化数字地球建模和可视化是测绘技术的一项重要应用。
随着科技的不断发展和测绘技术的更新升级，数字地球建模和可视化已经成为地理信息领域的热门话题，为人们提供了更加精准、立体的地理信息数据。
一、测绘技术的发展与数字地球建模随着卫星技术和航空摄影的不断进步，测绘技术可以获取到更加精确的地理信息数据，这为数字地球建模提供了坚实的基础。
测绘技术的应用范围也逐渐扩大，从传统的地形地貌测绘到城市规划、交通管理、资源开发等各个领域。
在数字地球建模中，测绘技术可以通过获取三维地理数据，为可视化呈现提供精确的数据支持。
二、数字地球建模的概念与意义数字地球建模是指将地理信息数据进行高精度的测量、获取和整理，然后使用计算机技术进行处理和模拟，最终生成具有真实感的三维地球模型的过程。
数字地球建模的主要目的是为了更好地理解地球表面的地理现象和地理要素，为决策者提供准确、直观的地理信息数据，同时也为普通民众提供虚拟旅游和仿真体验的机会。
数字地球建模的意义在于它可以为各个领域提供决策支持。
比如在城市规划和建设中，利用数字地球建模可以模拟城市的发展趋势和空间布局，为决策者提供可视化的参考。
在资源开发中，数字地球建模可以帮助寻找最佳的开发方案和位置。
在环境保护和灾害管理中，数字地球建模可以模拟各类自然灾害的情景，并为应急预案提供准确的数据。
三、测绘技术在数字地球建模中的应用1. 卫星遥感技术卫星遥感技术是数字地球建模中的重要组成部分。
通过卫星遥感技术，可以获取到地球表面的高分辨率遥感影像，这些影像可以用于构建地球模型的贴图。
同时，卫星遥感技术还可以获取地球表面的高程数据，这些数据可以用于地形和地貌的模拟。
2. 摄影测量技术摄影测量技术是数字地球建模中不可或缺的技术手段。
通过摄影测量技术，可以获取地球表面的三维几何信息。
这些几何信息可以用于建立地球模型的三维结构，以及各类地理要素的精确模拟。
3. 雷达测绘技术雷达测绘技术可以通过发射和接收雷达信号，获取地球表面的高程数据。
数字地面模型
DEM模型是DTM模型的一种特例。
从测绘的角度看 DEM模型是新一代的地形图，它通过存储在 介质上的大量地面点空间数据和地形属性数 据，以数字形式来描述地形地貌。 为了表示地形起伏必需存储三维数据，这首先 必需研究三维数字地面模型。
整体 数学方法 局部
傅立叶级数 高次多项式 规则数学分块 不规则数学分块 规则 密度一致 密度不一致 三角网 邻近网
单元或数组元素对应一个高程值。
用规则采样点数据（或把不规则采样点数据内插成 规则点数据），而后，以矩阵形式来表地面形状。 它已成为栅格数据结构中DEM的通用形式。
1.模型的表示
按平面上等间距规则采样，或内插所建立的数字地面 模型，称为基于栅格的数字地面模型，可以写成以下 形式:
DTM＝│Zi,j│,i=l,2,…,m; j=1,2,n
DEM表示方法
点数据 图形法
不规则 典型特征 水平线
山峰、洼坑 隘口、边界
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
线数据
垂直线
典型线
DEM的表示方法
7.2 DEM的常用数据模型
一、规则格网(grid)模型
规则格网模型将空间区域分成规则的等距离单元，
每个单元对应一个数值，通常在数学上表示为一个
矩阵，在计算机中表现为一个二维数组，每个格网
根据各局部等值线上的高程点，通过插值 公式计算各点的高程，得到DEM。
2）数据头
DEM数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数 等。 3）数据体 行列数分布的数据阵列。
4、规则格网的优缺点 规则格网数据模型的优点：
1）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作
和存储。尤其适合在栅格数据结构的GIS系统中。 2）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域 地形等。 规则格网是DEM最广泛使用的格式。目前，很多 国家都以规则格网的数据矩阵作为DEM提供方式。
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背景知识：空间信息可视化技术与虚拟现实技术
可视化是从计算机图形学领域产生的概念，对地图学和GIS来说，它并
不是一个新概念，地图和GIS本身就是可视化产品；但在信息时代，它
有全新的意义和重要性，可视化是一种高级的空间数据分析行为，而 不是传统意义上的地图表示，它的特点集中体现在动态性、交互探索
性。Taylor(1993)认为可视化将成为地图学和GIS的中心。
同的科学目的服务把可视化分为三类：描述性的可视化、分析性的可视
化和探索性的可视化。 从技术复杂性的角度，科学可视化可分为两类：基本可视化，如图像、
等值线、矢量场(流)以及二维地图，影像及它们的组合；高级可视化，
Brown 等介绍了几种与地学有关的高级可视化方案，如立体涂刷 (Volume Rendering)、动画、多维可视化、虚拟现实、几何模型模拟。
9.1
可视化技术简介
人类大脑半数以上的神经元细胞主要处理光学信息，这意味着人们具
有识别和理解视觉图像的高度能力。 “可视化”指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象和自
然景观，甚至十分抽象的概念图形化，便于理解现象、发现规律和传
播知识。
背景知识：可视化
可视化技术起源于科学计算可视化。Haber等(1990)认为可视化是利用计
会无法表达出来。
随着光栅图形显示硬件及计算机图形学技术的发展，以真实感图形
为代表的光栅图形技术逐渐成为主流。但由于自然地形是经过极其 复杂的地球物理、化学、生物学作用及人为作用的结果，一般都非
常不规则且十分复杂，加上数据量和费用的现值，各种实际地面勘
测工作无法完全翔实地获取关于地表各种微小细节的数据，而总是 有所取舍的综合表示。所以一直面临着逼真表现的难题。
9.2
地形可视化方法(参见1.1)
目前主要采用的计算机表达方法主要是：
三维线框透视投影图
地表景观逼真显示技术
三维线框透视投影图
长期以来，线框形式的透视投影图一直被用来表达三维地形模型，以
支持计算机辅助设计。由于地形采样点的数量非常有限，加上只在线
划经过的地方才传递了图形信息，所以线框透视图往往过度平滑了地 形表面的许多细节信息，特别是象断层这样重要的线性地表特征往往
可视化理论和技术用于地图学与GIS，始于90年代初，ICA(国际制图学 协会 )1993 年召开的第十六届学术讨论会上宣告成立可视化委员会
(Commission on Visualization) ，其主要任务是定期交流可视化技
术在地图学领域中的发展状况和研究热点，并加强与计算机领域的协 作。
1996年该委员会与美国计算机协会图形学专业组(ACMSIGGRAGH)进行了
数字地面模型 Digital Terrain Model
第九章
数字地形的可视化
简
介
目前，备受各界重视和青睐的是数字地形的模拟技术，采用可视化技
术在计算机空间模拟和仿真再现三维地形景观。这种技术在军事、飞 行、环境规划等诸多领域得到了飞速地发展。
讲 授 提 纲
9.1 可视化技术简介
9.2 9.3 9.4 9.5 地形可视化方法 计算机三维线框透视投影图的生成 真实感图形学在地形可视化中的应用 数字地形的三维动态显示
变量表示法的水平，而进入了在动态、时空变换、多维的可交互的地
图条件下探索视觉效果和提高视觉和提高视觉工具功能的阶段，它的 重点是将那些通常难以设想和接近的环境与事物，以动态直观的方式 表现出来。
地图学与GIS中的可视化最重要的是一种空间认知行为，是有助于强化
心像地图的能力，这种能力有助于理解、发现自然界存在的现象相关 关系和启发形象思维的能力。
跨学科的协作，制订了一项称为“CartoProject”的行动计划，旨在探
索计算机图形学领域的理论和技术如何有效地应用于空间数据可视化 中，同时也探讨怎样从地图学的观点和方法来促进计算机图形学的发
展。计划的第一个主题是“桌面虚拟现实和地图学–––在三维空间中探
索世界”。 可见，对地图学来说，可视化技术已远远超出了传统的符号化及视觉
算机的想象技术来理解由模拟或物理量测而得到的数据。Gershon(1994) 认为可视化不仅仅是计算机计算的一种方法，而是把信息传递到视觉形
式的过程，使得用户能观察到信息。现在可视化已变成了一些较独立但
相对集中的领域如计算机图形学、三维可视化、立体涂刷、图像处理、 动画和虚拟现实的一个集体名词(Brown等，1995)。Keller(1993)按为不
将航空像片或卫星影像数据映射到数字地面模型上，建立实际地形的 逼真显示。 这种方法可以较真实地显示地面各种地物和人工建筑的颜色、纹理特 征，但表现地形起伏产生的几何纹理特征时却不明显。因此，常用来 表达地面较平缓，而地物丰富和人类活动较频繁的城镇等的地形。
地面光照模型+数学模拟技术
用一定的光照模型模拟光线照射到地面时所产生的视觉效果，经过明 暗处理产生具有深度质感和灰度浓淡图像，并用纯数学方法模拟地形 表面的各种微起伏特征(几何纹理)和色彩纹理。
虚拟现实(VR) ，也称虚拟环境或人工现实，是一种由计算机生成的高
级人人机交互系统，即构成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉、 嗅觉的可感受环境，演练者通过专门的设备可在这个环境中实现观察、
触摸、操作、检测等试验，有身临其境之感。所以，VR技术就是可视
化最有效的应用，当然，它也促进了可视化技术的发展。
Hale Waihona Puke 地图学与GIS可视化方面的研究主要集中在五个方面：
应用动画技术制作动态地图； 运用VR 技术进行地形环境仿真，真实再现和交互式观察、分析地景； 运用图形显示技术进行空间数据的不确定性和可靠性的检查，把抽 象数据可视化； 交互式电子地图设计、编辑和制作； 用于视觉感受及空间认知理论的研究。
实现三维可视化地形的构建过程
3050 2900 2750 2600 2450 2300 2150 2000 1850 1770 1500
Front Range, Colorado
地表景观逼真显示技术
地表景观逼真显示技术目前主要有两种：
DTM与遥感影像的复合显示技术
DTM + 地面光照模型 + 数学模拟技术
遥感影像与DTM的复合显示技术