实验4 DEM地形可视化

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测绘技术中的DEM数据处理方法和技巧

测绘技术中的DEM数据处理方法和技巧随着科技的发展，遥感技术在测绘领域中扮演着至关重要的角色。

其中，通过数字地形模型（DEM）数据进行地理信息系统（GIS）分析成为了测绘专家们的常用方法。

DEM数据可以提供高程和地形信息，进而为地质勘探、水资源管理、土地利用规划等领域提供支持。

然而，在处理DEM数据时，我们需要注意一些方法和技巧，以确保数据的准确性和可信度。

首先，数据获取是进行DEM数据处理的第一步。

目前，DEM数据的获取主要有两种方法：高空航拍与地面测量。

高空航拍通常利用卫星或航空器获取，获取到的数据一般分为分辨率较高的全球DEM和分辨率较低但更详细的局部DEM。

地面测量则需要使用专业的测绘仪器，如全站仪或GPS设备，在地面上进行精确测量。

在数据获取时，我们需要注意选择合适的方法，以获取高质量的DEM数据。

接下来是数据处理的步骤。

首先，我们需要对采集到的数据进行预处理。

这一步骤包括数据的去噪和纠正等工作。

由于采集的DEM数据可能存在噪声和误差，我们需要使用滤波算法进行去噪处理，以剔除异常值和噪声干扰。

同时，我们还需要进行数据的纠正，比如校正大气效应和几何变形等，以提高数据的质量和准确性。

在数据预处理完成后，接着是数据分析和建模。

在DEM数据处理中，常见的分析工具有可视化分析、坡度分析、等高线提取等。

可视化分析可以将DEM数据转化为可视化的三维地形模型，以便更好地观察地形特征和变化趋势；坡度分析可计算地表的坡度情况，为土地利用规划和自然灾害预测提供数据支持；等高线提取则可以将DEM数据转化为等高线图，以呈现地形高程变化的分布情况。

通过这些分析工具，我们可以更好地理解和利用DEM数据。

此外，在DEM数据处理中，还有一些常用的技巧和方法。

例如，局部放大和缩小是一种常用的方法，可以用来更详细地观察特定区域的地形特征和变化。

同时，数据插值方法也是必不可少的技巧之一。

由于DEM数据的采样间隔可能不均匀，我们需要使用插值方法来填补数据空缺，以得到连续和平滑的DEM数据。

dem数据的主要应用及原理

DEM数据的主要应用及原理1. 什么是DEM数据DEM（Digital Elevation Model）是数字高程模型的缩写，指代地理信息系统中描述地球或其他天体表面的数字化表达方式。

DEM数据常用于地形分析、地貌模拟、山脉建模等应用。

DEM数据以栅格形式表示，每个栅格单元都有一个高度值，表示该点的地面高度或海底深度。

2. DEM数据的主要应用2.1 地形分析DEM数据在地形分析中起到了至关重要的作用。

通过DEM数据，可以计算地表坡度、坡向、流域分析等。

这些分析结果对于土地利用规划、水文模拟、自然灾害评估等工作具有重要的参考价值。

2.2 地形模拟DEM数据能够用于地形建模和地貌模拟。

通过DEM数据，可以生成真实的三维地形模型，用于景观设计、视觉效果展示等领域。

2.3 自然资源管理DEM数据可用于自然资源管理。

通过分析DEM数据，可以确定适宜农业、林业、牧业等利用的地区，优化资源配置。

此外，DEM数据也可用于分析地下水资源分布和流向，指导水资源利用规划和管理。

2.4 地理信息系统应用DEM数据是地理信息系统中的重要数据源之一。

在地理信息系统应用中，DEM数据常用于地形分析、可视化、导航、地图制作等领域。

3. DEM数据的获取原理DEM数据的获取方法多种多样，常见的包括： - 3.1 传统测量方法传统测量方法是通过实地测量手段来获取地面海拔高度数据。

这些方法包括全站仪、测量仪器等。

• 3.2 遥感技术遥感技术是通过遥感卫星或飞机等载体，利用传感器对地球表面进行观测，并获取DEM数据。

遥感技术可以快速获取大范围的高程数据，对于地形分析和地形模拟具有重要的作用。

• 3.3 激光雷达技术激光雷达技术利用激光束对地表进行扫描和测量，获取地面高程数据。

这种技术具有高精度、高分辨率的特点，广泛应用于城市建设、交通规划、防灾减灾等领域。

• 3.4 其他方法除了上述方法，还有一些其他方法可以用于获取DEM 数据，如GPS测量、高程插值算法等。

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。

基于DEM的可视化分析

基于DEM的可视化分析基于DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）的可视化分析是地理信息系统（GIS）中常用的一种方法。

DEM是一种以离散网络的形式描述地形高程信息的数学模型，通过将地表分割成一个个网格单元，每个单元上记录了地表的高程数值。

首先，数据获取与处理是基于DEM的可视化分析的基础。

DEM数据可以通过多种途径获取，包括测量、遥感和插值方法。

一般来说，测量方法是最准确的，但成本较高，适用于小范围的地形数据获取。

遥感方法可以通过卫星或航空影像获取地形数据，适用于大范围的地形数据获取。

而插值方法是利用已有的地形数据进行插值计算，得到更密集的DEM数据。

获取到DEM数据后，还需要进行数据处理，包括数据清洗、填充空洞和滤波处理，以获得更可靠和准确的地形数据。

其次，可视化方法是基于DEM的可视化分析的核心技术。

常用的可视化方法包括等高线图、阴影图、颜色编码图和三维渲染图。

等高线图通过连接相同高程数值的点，形成等高线，直观展示地面起伏。

阴影图是通过根据地形的坡度和方向计算光照效果，产生形象逼真的地表高程图像。

颜色编码图是通过将不同高程数值映射到不同颜色上，展示地形的空间分布特征。

三维渲染图则是将DEM数据转换为三维模型，通过模型的旋转和缩放等操作，使用户能够更直观地了解地形的立体形态。

最后，基于DEM的可视化分析具有广泛的应用领域。

在地理学领域，DEM可视化分析可以用于绘制地形图、地貌分析和水资源管理等。

在城市规划和土地利用方面，DEM可视化分析可以用于评估用地适宜性、地形和土地可持续性分析等。

在环境科学领域，DEM可视化分析可以用于洪水模拟、土地侵蚀评估和自然灾害风险预测等。

此外，基于DEM的可视化分析还在军事、交通、电力等领域具有重要应用价值。

总的来说，基于DEM的可视化分析是一种重要的地理信息处理方法，通过将DEM数据转化为可视化图像，使用户能够更直观地了解地形的特征和分布。

使用测绘软件进行DEM数据处理的方法

使用测绘软件进行DEM数据处理的方法随着科技的发展和数字测绘技术的应用，地形数据的获取和处理变得更加精确和高效。

在测绘软件的帮助下，数字高程模型（DEM）的处理变得更加容易和准确。

本文将介绍使用测绘软件进行DEM数据处理的一些方法和技巧，帮助读者更好地理解和应用这些技术。

首先，导入DEM数据是开始处理的第一步。

测绘软件通常支持多种格式的DEM数据，如GeoTIFF、ASCII等。

用户可以根据实际需要选择相应的格式。

一旦数据导入成功，接下来就可以进行数据处理了。

数据处理的第一项任务是数据预处理。

这包括数据的滤波和修正，以消除因采集或传输过程中的噪音引起的误差。

常见的滤波方法包括低通滤波和中值滤波。

低通滤波可以平滑DEM表面并减少噪音，而中值滤波可用于去除异常值。

在数据预处理完成后，接下来可以进行DEM表面分析。

这一步可以帮助用户深入了解地形表面的特征和变化趋势。

常见的DEM表面分析方法包括高程剖面分析、坡度计算和坡向分析等。

这些分析可以帮助用户提取地形信息，为后续的地形分析和可视化提供基础。

另一个重要的DEM数据处理方法是洼地填充。

洼地填充可以填平DEM中的洼地，使地表更加光滑和连续。

这一步骤对于水文模拟和流动路径分析非常重要，因为它可以减少地表水的滞留并提供准确的流动路径。

在进行洼地填充时，用户可以根据输入DEM的分辨率和求解要求设置阈值和其他参数。

此外，DEM数据的可视化也是测绘软件中重要的功能之一。

将DEM数据可视化可以更直观地展示地形特征和地表变化。

常见的DEM可视化方法包括等值线图和三维地形图。

等值线图通过连接等高线来展示DEM数据的高程变化，而三维地形图则可以直观地展示地形的立体效果。

用户可以根据需要选择合适的可视化方法，并调整显示参数以达到最佳效果。

最后，利用测绘软件进行DEM数据处理还可以进行地形分析和模拟。

地形分析可以帮助用户深入研究和理解地表的特征和变化趋势。

在地形分析的基础上，用户还可以进行水文模拟和土壤侵蚀模拟等模拟研究。

测绘技术如何进行DEM生成与分析

测绘技术如何进行DEM生成与分析测绘技术在地理信息系统（GIS）和遥感领域中起着重要的作用。

其中，数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）的生成和分析是测绘技术应用的重要方面之一。

本文将介绍DEM的生成和分析的基本原理和方法。

一、DEM生成DEM是地球表面高程信息的数字化表示，可以呈现出地面的起伏和形状。

常见的DEM生成方法有光学影像法、激光雷达法和雷达干涉法等。

1. 光学影像法光学影像法是利用航空或卫星遥感影像来生成DEM的一种方法。

通过对图像进行几何矫正和配准，可以获取地面上的特征点的坐标，并计算出其高程信息。

这种方法常用于大面积的地形测量和地貌分析。

2. 激光雷达法激光雷达法是利用激光器向地面发射激光束，通过测量激光束的反射时间和回波强度来计算地面点的坐标和高程信息。

这种方法具有高精度和高分辨率的优势，常用于山地地形的测量和建模。

3. 雷达干涉法雷达干涉法是利用合成孔径雷达（SAR）的干涉图像来生成DEM的一种方法。

通过对两幅或多幅干涉图像进行差分操作，可以获取地表的高程变化信息。

这种方法适用于大范围的地表变形监测和地震研究。

二、DEM分析DEM生成后，可以进行各种地形参数的分析和应用。

下面介绍几种常见的DEM分析方法。

1. 地形剖面分析地形剖面分析是对DEM数据进行剖面提取，以了解地面的起伏变化情况。

通过剖面分析，可以获取地面的高程变化曲线，并进一步计算地形参数，如坡度、坡向、高程差等。

这些参数对地质研究、水文模拟和土地规划等领域具有重要意义。

2. 流域提取和水流模拟利用DEM数据可以提取出流域范围，并计算出流域的面积、长度和周长等属性。

同时，基于DEM数据，还可以进行水流模拟和洪水预测。

通过建立流域模型，模拟水流在地表的流动过程，从而预测洪水灾害的发生和影响。

3. 三维可视化和地形重建利用DEM数据可以进行三维地形模型的可视化和地形重建。

通过DEM数据，可以构建真实的地形模型，使人们能够直观地了解地貌特征和地形变化。

使用DEM制作明暗等高线的技术流程

使用DEM制作明暗等高线的技术流程引言数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地球表面地形高度信息的数字表示，通常用于地形分析和地形建模。

利用DEM数据可以制作出明暗等高线图，这是一种常见的地形可视化方法。

本文将介绍使用DEM数据制作明暗等高线的技术流程。

准备工作在开始制作明暗等高线之前，需要进行一些准备工作。

以下是准备工作的步骤：1.获取DEM数据：首先需要获取所需地区的DEM数据。

可以从公开的地理信息数据平台或地理信息系统中获取该数据。

2.检查DEM数据质量：在使用DEM数据之前，需要进行数据质量检查，包括检查数据的分辨率、精度和准确性。

确保所使用的DEM数据质量良好。

3.安装DEM处理软件：为了处理DEM数据并生成明暗等高线图，需要安装合适的DEM处理软件。

常见的DEM处理软件包括ArcGIS、QGIS等。

技术流程制作明暗等高线的技术流程分为以下几个步骤：步骤一：导入DEM数据首先需要将所获取的DEM数据导入到DEM处理软件中。

具体步骤如下：1.打开DEM处理软件，创建一个新的项目。

2.导入DEM数据文件，通常以栅格数据的形式表示。

可以在软件的导入菜单中选择导入DEM数据。

3.确定DEM数据的投影坐标系，以便后续分析和处理。

步骤二：预处理DEM数据在制作明暗等高线之前，需要对DEM数据进行预处理，以准备好后续的等高线生成工作。

预处理包括以下几个步骤：1.去除DEM数据中的异常值和噪声。

可以使用滤波算法进行平滑处理，以减小数据中的噪声。

2.进行DEM数据的填洼和去无效值处理。

填洼可以填补DEM数据中的空洞，去无效值处理可以去除DEM数据中的无效像素。

3.进行DEM数据的剖面分析，得到地形剖面图。

这可以帮助我们更好地理解地形特征和地形变化。

步骤三：生成等高线在进行明暗等高线制作之前，需要先生成原始的等高线。

具体步骤如下：1.使用DEM处理软件的等高线生成工具，根据预处理后的DEM数据生成等高线。

如何使用数字高程模型进行地形分析

如何使用数字高程模型进行地形分析数字高程模型(Digital Elevation Model, 简称DEM)是一种用于地形表达和地形分析的数字化数据模型。

它通过测量和记录地表的高程数据，将地表的各个点组织成数字化的离散数据，从而反映了地形起伏、山脉、河流等地貌特征。

利用DEM 进行地形分析可以帮助我们深入理解和研究地球表面的地形特征、地质结构和水资源等方面。

一、DEM的获取1. 大地测量方法：传统的大地测量方法包括全球定位系统(GPS)和全站仪测量等。

这些方法需要在实地进行测量并获取地点高程数据，然后通过计算和处理来生成DEM。

2. 遥感方法：遥感技术利用航空影像和卫星图像中的高程信息，通过解析和计算来生成DEM。

这种方法可以快速获取大范围地区的地形数据，广泛应用于地形分析和地理信息系统(GIS)。

二、DEM的应用1. 地形测量和制图：DEM可以作为底层数据用于地形测量和制图。

通过对DEM进行可视化处理，可以直观地显示地形特征，帮助地理学家、测量学家和地质学家等研究人员快速了解地表地貌和地质结构。

2. 地形分析：DEM可以用于地形分析，如计算坡度、坡向、流域分割、地形曲率等。

这些分析结果可以帮助我们了解地表地貌的复杂性和变化趋势，为自然资源管理、土地规划和生态环境保护等领域提供有力的支持。

3. 洪水模拟和灾害评估：DEM可以用于洪水模拟和灾害评估。

通过结合DEM 和水流模型，可以模拟洪水的传播路径和深度，为洪水预警和防洪工程提供科学依据。

此外，DEM还可以用于评估地质灾害，如滑坡、泥石流等，分析潜在的灾害风险。

4. 水资源管理：DEM可以用于水资源管理，如模拟水流路径、计算流域的水量、研究水资源分布等。

这些结果对水资源的合理开发和利用具有重要意义。

三、DEM数据处理与分析方法1. 数据获取和处理：首先，需要获取原始的DEM数据，可以从地理信息系统(GIS)数据库或一些公开的数据集中获取。

然后，对DEM数据进行预处理，包括去除噪声、填充空缺值和修正高程异常等。

dem应用案例

dem应用案例DEM（数字高程模型）是一种基于数字技术生成的地形模型，它利用地理空间数据进行三维可视化，可以提供三维网格数据、数字图像以及地形功能分析。

DEM应用案例多种多样，以下就几个比较典型的案例进行介绍。

一、DEM在土地利用规划中的应用中国自然资源部、国土资源部共同发布的土地利用现状分类标准中，要求使用降尺度方法将Landsat TM遥感影像数据制作成1:10万或更小比例尺的土地利用现状数据和土地覆盖数据，而DEM便是实现此任务的重要工具之一。

DEM可用于生成坡度、坡向、高程、流域等空间分析用的参数，而这些数据的加入有助于土地利用规划的有效实现。

DEM在土地利用规划中的应用，能够实现可视化的、多维度的数据展示，使规划人员在规划过程中更好的把握地形、水力等信息，拓展规划的视野。

二、DEM在城市规划中的应用DEM可以较为清晰的反映城市地面地形的真实情况。

地形地貌是影响城市规划的重要要素之一，采用DEM计算高程、坡度、水路网络、土地利用等数据，可对城市规划、道路规划、变电站选址等工作提供科学的数据支撑。

DEM在城市规划中的应用，亦可辅助城市市政工程的调查及设计。

比如，在提升城市道路的排水能力时，创建DEM的高程数据、坡度数据，可为相关工程提供高效准确的参考。

三、DEM在农业生态方面的应用DEM可结合其他生态地理信息系统，利用空间分析技术，分析土地的适宜程度，提高耕地的利用效率。

农业生态信息系统的生成过程中，可通过DEM生成数字高程模型，根据高程地形、坡度、坡向、景观指数及生态因素、气象因素等，模拟群落/植被生态系统等生态过程，为农业生态平衡提供有力支持。

因此，DEM在农业生态方面的应用不仅可以确保水土保持、防止水土流失，减轻农作物的生育过程；同时可以在节约资源的基础上使整个饲养产业生态化和科学化。

总之，DEM具有广泛的应用领域，它能够帮助相关领域的研究人员有效地探索数据之间的关系，并进行更准确的预测。

第5章DEM的可视化

基于遥感影像基于纹理影像三种方法的实现过程相似，由于纹理来源不同，其纹理匹配和几何变换过程不同。
5.2地形一维可视化表达
地形一维可视化表达的基本形式是地形剖面。地形剖面刻画沿一条直线或曲线在垂直方向上的地形起伏情况。是工程中常用的一种地形起伏表达形式，特别是现状工程如公路、铁路、渠道等。制作过程：（1）在等高线图上画一条线；（2）标记等高线与剖面线的交叉点，并记录其高程；（3）以高程为纵轴，距离为横轴，做图。
科学计算可视化的核心是将三维数据转换为图像，实现三维数据场的可视化，它涉及到标量、矢量的可视化、流场的可视化、数值模拟及计算的交互控制、海量数据的存储、处理及传输、图形及图像处理的向量及并行算法等。科学计算可视化的应用：医学医疗、地震勘探、气象预报、分子结构、流体力学、有限元分析、天体物理、海洋观察、地理信息、洪水预报、环境保护等社会经济与自然的各个方面，并发挥着重要的作用。
5.1.2地形可视化地形可视化主要研究基于DEM的地形显示、简化、仿真等内容，是计算机图形学的一个分支，属于科学计算可视化的范畴。其发展过程如下图。
5.1.2地形可视化传统的表达方式：等高线地形图、剖面线、沙盘等---直观性差、制作费时。近代地形表达：以三维地形模拟和表达为基本特征，伴随着计算机技术的发展而发展 — 经历了三维地形图、实体型（模拟灰度图）三维地形图、高度真实感三维地形图三个阶段。
可视化研究的意义：
目前大量的数据没有被有效的利用，原因之一就是这些数据以其他的形式（如比特）存放，这就需要可视化的手段和知识得到普及。实现人与人和人与机之间的图象通讯，而不是目前的文字或数字通讯，从而使人们观察到传统方法难以观察到的现象和规律。可视化技术可以使人类不仅被动地得到计算结果，而且知道在计算过程中发生了什么现象，并可通过改变参数，观察其影响，对计算过程实现引导和控制。

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。

DEM的三维可视化技术及应用

光照
一般三维引擎光照模型将光归纳为两类：环境光和直射光。环境光，和自然界中的一样，没有实际的方向和光源，只有颜色和光强。它给各处提供一个较低级别的光强。直射光是场景中的光源产生的光，它总是具有颜色和强度，并沿特定的方向传播。直射光类型：点光源、聚光灯和平行光。
材质
材质表现了物体表面对灯光的反射属性。在D3D和 OpenGL中材质还有一个自发光属性－Emissive ，它用来描述物体自身发出的光的颜色和透明度的。
地形可视化
传统的地学分析图形中，三维地形立体图通常是用一组经投影变换的剖面线或网线构造的，图形简单，内容单一，缺乏实体感，实用价值受到限制。而三维地形模型的动态显示是区域地形等多种要素三维景观的综合体现，具有信息丰富、层次分明、真实感强的特点。我们可通过获取地形等高线及地表属性多边形等信息，采用适当的内插拟合方法，生成真实描述实际地表特征的数字高程模型，并用栅格化技术建立相应的描述区域地表类型的属性栅格，经透视投影变换和属性叠加后，采用恰当的消隐处理和光照模型进行显示，再现区域的三维地形形态，取得真实、鲜明、直观的图像效果。
三维渲染图元
顶点法向量
3D中使用顶点法向量计算光源和表面间的夹角，对多边形进行着色。
平面正方向
3D中每个面有一个垂直的法向量。该向量的方向由定义面顶点的顺序及坐标系统是左手系还是右手系决定。表面法向量从表面上指向正向面那一侧，如果把表面水平放置，正向面朝上，背向面朝下，那么表面法向量为垂直于表面从下方指向上方，这个就是平面正方向
视觉平滑
模型层次切换时，采用几何形状过渡方法形成视觉的光滑过渡 ,即将新增点随视点的拉近从起始位置逐渐移动到最终位置。
层次细节模型示例

《数字地形分析》本科课程教学大纲

《数字地形分析》本科课程教学大纲一、《数字地形分析》课程说明（一）课程代码：Q1320272（二）课程英文名称：Digital terrain analysis（三）开课对象：地理信息科学专业（四）课程性质和地位：《数字地形分析》是地理信息科学专业的专业选修课。

数字地形分析是地理信息系统（GIS）的核心之一，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。

本课程的教学就是以DEM数字模型为重点讲述数字地形的分析方法与应用手段。

（五）课程教学基本要求：本课程阐述数字地形分析的基本概念、地形的数字特征以及地形的数学建模；数字地形分析的基本技术，包括基本地形参数计算、地形形态特征分析、地形统计特征分析、复合地形属性和地形可视化及分析；数字地形分析中的误差处理方法，以及数字地形分析的技术走向和发展趋势。

（六）教学内容、学时数、学分数及学时数具体分配学时数：32学时学分数：2学分（七）教学方式课堂讲授式、上机软件操作、案例演示与讨论。

（八）教学方法以多媒体理论讲授式为主，并部分软件操作与案例讨论结合的课堂教学。

（九）考核方式和成绩记载说明1.考核要求：考试课2.考核方式：卷面考试3.考试成绩：严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。

综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占15%，期中成绩占15%，期末成绩占70%。

二、讲授大纲与各章的基本要求第1章绪论教学要点：通过图片、文字等多媒体的展示，让学生对数字地形分析有一个初步的认识和了解，降低学生对本门课程的陌生感，并增加其学习的兴趣和热情。

重点要求掌握数字地形分析的发展现状，对前沿问题进行探讨和领会。

教学时数：4学时教学内容：第1章绪论1.1 地形图与地形分析1.2 数字高程模型与数字地形分析1.3 数字地形分析的技术内涵1.4 数字地形分析的主要内容1.5 数字地形分析的主要应用范畴1.6 地形的数学描述1.7 地形曲面的基本参数1.8 基本地貌形态特征的数学定义教学重点和难点：1.数字高程模型与数字地形分析2.数字地形分析的主要应用范畴第2章数字高程模型与地面形态表达教学要点：对数字高程模型（DEM）进行进一步了解，并重点掌握DEM的表示方法和DEM 分辨率和原始数据尺度的匹配，通过用相关案例、图片、视频等教学方式的展示，加深学生对抽象知识的了解。

第五章 DEM的可视化表达

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5.3 地形二维可视化表达
明暗等高线法明暗等高线法：又称为波乌林法，由波乌林于1895年提出，基本理论为：根据斜坡所对的光线方向确定等高线的明暗程度（阴坡面和阳坡面）；将受光部分的等高线饰为白色，背光部分的等高线饰为黑色；地图的底色为灰色。这种等高线地图利用受光面和背光面的白黑明暗对比，产生阶梯状的三维视觉效果
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5.3 地形二维可视化表达
等高线法格网DEM和TIN提取等高线基本步骤： ① 内插等高点：线性内插－在所有格网边或三
角形边内插判断出所有的等值点（指定等高线的高程）。
② 追踪等高线：也称为等值点追踪：是指按一
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5.3 地形二维可视化表达
明暗等高线法
明暗等高线的两个关键问题： ① 利用明暗等高线法表示地貌，坡向是决定明暗变化的唯一因素； ② 明暗等高线地图以灰色为底色,以黑、白二色为等高线的着色。
四、地形三维可视化表达
五、地形三维景观模型
六、地形场景漫游与动画
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5.1概述
地形可视化概念地形可视化主要研究基于DEM的地形显示、简化、仿真等内容，是计算机图形学的一个分支，属于科学计算可视化的范畴。

测绘技术中如何进行地形模拟与可视化

测绘技术中如何进行地形模拟与可视化地形模拟与可视化是现代测绘技术中的重要内容，通过模拟和可视化地形，可以更好地理解地貌特征与地理环境，达到有效利用地理信息的目的。

本文将介绍测绘技术中地形模拟与可视化的方法和应用。

一、数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是进行地形模拟与可视化的基础数据。

DEM是基于地表高程数据构建的数字化地形模型，可以用来表示地表的高程信息。

DEM的建模方法包括光学影像摄影测量、激光雷达测量和雷达测高等。

地面上的每个点都可以通过DEM来表示其高程值，从而构建出地形的数字化模型。

二、地形模拟方法1. 蓝图模型法蓝图模型法是一种常用的地形模拟方法，通过将地形绘制在平面上，实现对地形特征的准确描述。

该方法需要测量地形的精确数据，并根据比例尺绘制在蓝图上，使人们可以直观地了解地形的形貌与分布。

蓝图模型法广泛应用于城市规划、土地管理和环境监测等领域。

2. 三维可视化技术三维可视化技术是一种将地形数据进行数字化处理，生成三维模型，并通过计算机图形技术实现真实感显示的方法。

该方法可以直观地展示地形的立体特征，使人们能够更好地理解和分析地势变化。

三维可视化技术广泛应用于地质勘探、地理教育和城市规划等领域。

三、地形可视化应用1. 地形分析地形模拟与可视化能够帮助人们更好地分析地形的特征和规律。

通过DEM和三维可视化技术，可以实时显示地形数据，并进行地形分析与研究。

地形分析在地质勘探、环境评估和水资源管理等领域有着广泛的应用，可以帮助人们更好地了解地形的变化和发展趋势。

2. 地形导航地形模拟与可视化在地形导航中起到重要作用。

通过实时显示地形数据，人们可以更好地理解地势的起伏和道路的走向，从而提高导航的准确性和安全性。

地形导航广泛应用于军事作战、地理探测和交通规划等领域，对社会的发展和决策具有重要意义。

3. 城市规划地形模拟与可视化对城市规划有着重要影响。

地理信息系统导论实验指导

地理信息系统导论实验指导实验1 桌面GIS的功能与菜单操作一、实验内容了解ArcView、MapInfo、ArcGIS等GIS软件界面、功能与菜单操作。

二、实验目的通过GIS软件(如：MapInfo、ArcView、ArcGIS等)的实例演示与操作，初步掌握主要菜单、工具栏、按钮等的使用，加深对课堂学习的GIS基本概念和基本功能的理解。

三、实验指导（一）了解主流GIS软件平台基础1.熟悉并标注ArcView的工作界面、菜单及命令功能。

2.熟悉并标注MapInfo的工作界面、菜单及命令功能。

（二）地理数据可视化操作1.所需数据：GIS_data\Data12.使用软件：MapInfo GIS3.实验内容：①打开中国省区图。

②浏览人口数据。

③显示人口密度的分布。

④创建中国人口年龄结构图。

（三）电子地图操作1.所需数据：GIS_data\Data12.使用软件：MapInfo GIS3.实验内容：①使用漫游工具。

②使用放大和缩小工具。

③使用控制图层在缩放范围内显示。

④使用所提供的数据，通过图层控制对话框完成操作。

⑤使用Info工具查询地图信息。

实验2 数据采集一、实验内容1．数字化操作。

2．投影与坐标系设置。

二、实验目的1.通过实践，掌握采集数据的主要过程。

2.通过操作，掌握ArcView的Shape文件格式如何通过自身的实用工具创建，以及投影、坐标等设置。

三、实验指导（一）构建数据库（1）实验内容：利用ArcView构建GIS数据库。

（2）实验目的：进一步了解GIS与一般数据库以及图形软件的区别和联系。

（3）实验数据：收集数据或利用身边的数据。

（4）实验指导：通过ArcView了解GIS的建库。

①ArcView GIS建库。

②数字化。

③数据编辑。

（二）屏幕跟踪矢量化1.实验内容：屏幕跟踪矢量化。

2.实验目的：通过实验，了解数字化的含义和操作步骤。

3.所需数据：GIS_data\Data2目录下的FUZHOU.jpg图像。

DEM分析与可视化

一.软件平台ArcGIS或MapGIS（软件测试部分）：（1）数据处理：拓扑构建、误差校正、地图投影（2）数据管理：属性表创建、属性表关联、图形与属性数据挂接、属性表导出（3）空间分析：查询检索、叠加分析、缓冲区分析（4）数字高程模型：GRID及TIN模型创建，DEM分析（包括坡度、坡向、粗糙度、可视性、洪水淹没、流域地貌等分析）（5）数据转换：ArcGIS、MapGIS、MapInfo、AutoCAD等数据间格式转换实验四基于ArcGIS的DEM分析与可视化一、实验目的1、掌握利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面的基本方法2、掌握地形特征信息的提取方法，能利用ArcGIS软件基于DEM对山脊线和山谷线的提取，显示粗糙度3、掌握三维场景中表面及矢量要素的立体显示其原理与方法，熟练掌握ArcGIS软件表面及矢量要素杂场景中的三维显示及其叠加显示4、熟练掌握ArcScene三维场景中要素、表面的多种可视化方法。

二、主要实验器材（软硬件、实验数据等）计算机硬件：性能较高的PC；计算机软件：ArcGIS9.3软件；实验数据：《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘或其他中三、实验内容与要求1、地形特征信息提取实验数据：dem要求：利用所给区域DEM数据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。

具体操作：1.打开arcmap，添加dem数据，点击DEM数据，打开Arctoolbox，使用Spatial Analysis tools\Surface Analysis\Aspect工具，提取DEM的坡向数据层，命名为A。

2.点击数据层A，使用Spatial Analysis tools\Surface Analysis\Slope工具，提取数据层A的坡度数据，命名为SOA1。

（地面坡向变率，是指在地表的坡向提取基础之上，进行对坡向变化率值的二次提取，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect, SOA）。

DEM分析与可视化

分割合并算法逐点插入算法三角网生长算法14分割合并算法分治算法shamos和hoey首先提出了分割合并算法的思想leeschachter将分治算法思想应用于d三角网的生成并表明该算法的时间复杂度为onlogn分割归并法的基本思路是递归地分割点集至足够小使其易于生成三角网然后把子集中的三角网合并经优化生成最终的三角网
3）空外接圆性质：没有任何点在三角形的外接圆内部，反
之，如果一个三角网满足此条件，那么它就是Delaunay三角网。
4）最大的最小角度性质：在由点集V所能形成的三角网中，D-三角网中三角形的最小角度是最大的。
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由于D-三角网的性质，决定了D-三角网具有极大的应用价值。同时，它也是二维平面三角网中唯一的、最好的。
但由于结构的不同, Grid的许多成熟的技术并不能完全移植到TIN中。
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从结构上讲, TIN是一典型的矢量数据结构。它主要通过节点(地形采样点)、三角形边和三角形面之间的关系来显式或隐式地表达地形散点的拓扑关系,因此设计一个高效的、结构紧凑的、维护方便的TIN存储与组织结构对TIN的应用与库的维护是至关重要的。
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二、TIN转成格网DEM
TIN转成格网DEM可以有两种方法：将TIN看作普通的不规则数据点生成规则格网DEM按照要求的分辨率大小和方向生成规则格网，对每一个格网搜索最近的TIN数据点，按线性或非线性插值函数计算格网点高程。将规则格网覆盖在TIN上，计算每个格网点落在哪个TIN三角形内（面），根据该三角面格顶点的高程进行线性内插，得到格网点的高程。
三角形文件
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4-1 TIN的理论体系构成
一、TIN的三角化原则
与Grid结构相比, TIN能以更加灵活的方式在不同层次和空间上表达更复杂的地形表面,当地形数据中含有特征线如山脊线、山谷线、断裂线等时, TIN比Grid更能方便地表示之。