基于AE的等高线三维地形建模与实现

万方数据
第１８卷第３期
李伦：基于ＡＥ的等高线三维地形建模与实现
ＣＭｍｎＦｒａｍｅ。ｐＦｒａｎ砣＝（ＣＭａｉｎＦｒａｍｅ＊）ＡｆｘＧｅｔＭｍｎＷｎｄ（）； ＣＭｙ３ＤＧＩＳＶｉｅｗ＋ｐＶｉｅｗ＝（ＣＭｙ３ＤＧＩＳＶｉｅｗ＊）ｐＦｒａｍｅ一＞ＧｅｔＡｃｔｉｖｅＶｉｅｗ（）；
／／构造ＴＩＮ图层 ＩＴｉｎＬａｙｅｒＰｔｒ ｐＴＬａｙｅｒ（ＣＬＳＩＤ＿ＴｉｎＬａｙｅｒ）； ｈｒ＝ｐＴＬａｙｅｒ－＞ｐｕｔｒｅｆ－Ｄａｔａｓｅｔ（ｉｐＴｉｎ）；
在编程肝发过程中，利用Ｖｃ＋＋６．０环境和ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ平台等资源的优势，允分利用集成二次开发的思想，进行 独立程序的开发。在开发过成中，主要用到ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ平台中的ＴＯＣＣｏｎｔｒｏｌ、ＴｏｏｌｂａｒＣｏｎｍｆｌ、ＳｃｅｎｅＣｏｎｔｒｏｌ等控件；生成 ＴＩＮ对话框（如图１（ａ））以及三维场景垂直拉伸参数设置，如图１（ｂ）。
ＩＧｅｏＤａｔａｓｅｔＰｔｒ ｐＧｅｏＤａｔａｓｅｔ（ｉｐｆｅａｔ）；
来自百度文库
’
ＩＥｎｖｅｌｏｐｅＰｔｒ ｐＥｘｔｅｎｔ；
ＨＲＫＳＵＬＴ ｈｒ＝ｐＧｅｏＤａｔａｓｅｔ一＞ｇｅｔ＿Ｅｘｔｅｎｔ（＆ｐＥｘｔｅｎｔ）； ／／ＴＩＮ将使用通过ｐＥｘｔｅｎ，设置的空间引用 ｐＧｅｏＤａｔａｓｅｔ一＞ｇｅｔ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅ（＆ｉｐＳｐａｒｒ）； ｐＥｘｔｅｎｔ一＞ｐｕｔｔｅｒ＿ＳｐａｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅ（ｉｐＳｐａｔＲ）； ／／创建ＴＩＮ对象并且得到１ＴｉｎＥｄｉｔ接口 ＩＴｉｎＦＭｉｔＰｔｒ ｐＴｉｎＥｄｉｔ（ＣＬＳＩＤ＿Ｔｉｎ）； ／／初始化ＴＩＮ
摘要： 数字高程模型（ＤＥＭ）是地理信息系统的一种基础数据。等高线地图作为生成ＤＥＭ的重要的
数据来源，具有十分重要的研究价值。文章以Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋为开发乎台，以ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ为开
发组件，建立了基于等高线矢量数据的三维真实感地形模型，结合实例开发分析每一个步骤
的实现过程。并给出所生成的三维地形图实例。
图２基于等高线的三维地形图
河南城建学院学报
２００９年５月
基于等高线生成三维地形模型的方法，是实际工作中使用最多的一类方法，技术比较简单，容易实现。而且对于系 统平台的硬件和软件要求较低，特别适合于应用在一些中小规模的桌面地理信息系统软件的开发中。
从上面实际运行的结果可以看出，利用等高线构造的三维地形，能够在一定程度上满足识别具体地形地貌的要求。 本文介绍了通过等高线地图生成三维地形并进行显示的实现方法、技术。并用等高线数据验证该二次开发实现的结果， 保留了等高线包含的地形特征，较好地实现了地形和地貌特征的表现。
（ａ）１－ＩＮ对话框
（ｂ Ｊ场景对话框
图１参数设置
在生成唧的过程中，分成的三角形有两种选择：Ｉ懈ｐｏｉｎｔ和ｌｉｎｅ。ＶＣ＋＋环境下实现ＴＩＮ操作关键流程ｒｓ］ｒｓｌ：
ＣｒｅａｔｅＴＩＮｆｒｏｍＣｏｕｎｔｏｕｒ（ＩＦｅａｔｕｒｅＣｌａｓｓ＊ｉ止嫩）
／／获得Ｆｅａｔｕｒｅ Ｃｌａｓｓ的空间引用来构建ＴＩＮ
（ａ）ｍａｓｓ ｐｏｉｎｔ：处理
（ｂ）ｌｉｎｅ处理
图３拉伸处理后的三维地形图 参考文献 ［１］翁巧琳，姜昱明．基于等高线的三角网建模及真实感地形重建［Ｊ］．计算机仿真，２００７，２４（１０）：１８８—１９１． ［２］张凯选，潘梦清，方辉．利用等高线生成ＤＥＭ方法的研究［Ｊ］．测绘工程，２００７，１６（３）：１５—１８．
关键词：数字高程模型；等高线；不规则三角网；ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｓｉｎｅ；三维地形
中图分类号：ＴＰ３１
文献标识码：Ａ
Ｏ引言 地形是自然界复杂的景物，三维地形是模拟自然环境中不可缺少的重要组成部分。利用等高线矢量数据来直接内
插生成相应的ＤＥＭ（数字高程模型）数据是一种经常采用的方法。将地图等高线层提取出来的最终目的是进行三维显示 并在此基础上进行地形分析。
三维真实感地图能高度逼真地反映外部真实世界，相对于传统纸制地图和计算机生成的二维平面地图，可以增加新 的视角，能够为我们提供更多的知识，而这些知识是很难从二维平面地图上得到的。利用等高线数据构造三维地形不仅 能保证一定的几何精度，而且数据易于获得，包含有丰富的地形地貌特征…。因此近年来，对等高线地图进行三维建模 与可视化的研究。成为地图学和地理信息系统的研究热点，其目的就是使地形特征和地理信息表现地更加直观，使地形 的三维可视化程度更高、动态感更强，无须再从等高线的结构来推断诸如山谷、山脊等信息，通过三维可视化可以实际地 看到山谷的存在，并且清楚地看到山谷和山脊的差异。本文介绍了一种在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上，利用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０环境和
ｚ＾棚勘４５００１１，Ｃｈ／ｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ（ＤＥＭ）ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｙｐｅ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｄａｔａ ｉｎ ＧＩＳ．Ｔｈｅ ｅｏｎｔｏｔｔｒｓ ｍａｐ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄａｔａ ｏｆ ＤＥＭ
ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ平台作为工具，开发实现已知平面等高线矢量数据来产生三维真实感地形的方法。 １研究的技术路线
１．１ Ｇ舳模型和ＴＩＮ模型的对比 目前，利用等高线生成ＤＥＭ的方法很多：等高线数据既可直接生成不规则三角网模型（删），又可直接生成规则格
网模型（ＧＲⅢ），规则格阿也可以由等高线先生成ＴＩＮ再内插而获得幢Ｊ。 从数学方法的角度，ＧＲＩＤ通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则格网。规则格网将区域空间切分为规则的格
Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ３ Ｄ ｒｅｌｉｅｆ ｍａｐｓ ｆｒｏｍ ｃｏｎｔｏｕｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＥ
Ｃｏ－－ｉｏｎ。Ｎｏｒｔｈ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ａ础Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ
ＬＩ ｌｕｎ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ，
［３］韩鹏，徐占华，褚海丰，姜文亮．地理信息系统开发——肌０ｂｊｅｃｔｓ方法［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社，２００５．
［４］刘仁义，刘南．ＡｒｃＧＩＳ开发宝典——从入门到精通［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６． ［５］Ｖｃ＋＋Ｈｅｌｐ ｆｏｒ ＶＳ２００５． ［６］汤国安，杨昕．ＡｒｅＧＩＳ地理信息系统空间分析实验教程［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６．
ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ平台是ＥＳＲＩ公司ＡｒｃＧＩＳ ９系列中的一个面向开发的嵌入式开发包，ＥＳＲＩ的ＡｒｅＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ是一个用于 建立自定义独立地理信息系统应用程序的平台，支持多种应用程序接口（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，ＡＰＩ），拥有许多高 级ＧＩＳ功能，而且构建在工业标准基础之上［４｜。ＡｒｃＧＩＳ Ｅｒｌｇｉｍ可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ，ＵＮＩＸ和Ｌｉｎｕｘ桌面上运行并支持一系列 的应用软件开发环境，包括：ｖｉ飘ｌａｌ Ｂａｓｉｃ６，Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ。ＮＥＩ＇和各种Ｊａｖａ开发环境，见表１。
第１８卷第３期 ２００９年５月
河南城走学院学报
Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ面Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
文章编号：１６７１—９６６２１２００９）０３—００４３—０４
Ｖｄ．１８ Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２００９
基于ＡＥ的等高线三维地形建模与实现
李伦
（华北水利水电学院土木与交通学院，河南郑州４５００１１）
ＨＲＥＳＵＬＴ ｈｒ；
ＣＭａｉｎＦｒａｍｅ。ｐＦｒａｍｅ＝（ＣＭａｉｎＦｒａｍｅ＊）ＡｆｘＧｅｔＭｍｎＷｎｄ（）；／／获得主框架指针 ＣＭｙ３ＤＧＬＳＶｉｅｗ。ｐＶｉｅｗ＝（ＣＭｙ３ＤＧＩＳＶｉｅｗ＊）ｐＦｒａｍｅ一＞ＧｅｔＡｃｔｉｖｅＶｉｅｗ（）；／／获视图指针
ＩＳｅｅｎｅＰｔｒ ｉｐＳｃｅｎｅ；
原始等高线数据（如图２（ａ））。经ｍａｓｓ ｐｏｉｎｔ二三角形处理后如图２（ｂ），经ｌｉｎｅ三角形处理后如图２（ｃ）。最后增加三维 参数拉仲设置后，实现三维地形更加直观的表现（图３（ａ）（ｂ）），并叮从任意角度观察地形。
（ａ）等离线地形图 ４结束语
万方数据
（ｂ）ｆｌｌＳＳＳ Ｏｏｉｎｔ处理
（ｃ）ｌ ｉｎｅ处理
｝ 三维场景的基本参数设置实现流程： ＳｅｔＢａｓｅＥｘａＦａｅｔｏｒ（ｄｏｕｂｌｅ ｆａｃｔｏｒ） ｛
ｉｎｔ ｉｎｄｅｘ＝ＩＩＬ ｃｏｍｂｏ＿ｃｕｒｒｅｎｔｌａｙｅｒ．ＧｅｔＣｕｒＳｅｌ（）；
ＩＬａｙｅｒＰｔｒ
ｐＣｕｎｅｎｔＬｙｅｒ＝（ＩＬａｙｅｒ＊）札ｃｏｆＩｌｈ ｃｕｒｒｅｎｔｌａｙｅｒ．ＧｅｔｌｔｅｍＤａｔａＰｔｒ（ｉｎｄｅｘ）； ／／先得到Ｓｃｅｎｅ
ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ包括两个产品：ＥｎｇｉＦｉｅ开发包，是组件、ＡＰＩ和工具的集合，是创建白定义的ＧＩＳ和制Ｊ奎ｌ应用的上具包； Ｅｎｇｉｎｅ运行时，是为了运行自定义的Ｅｎｇｉｎｅ应用的可分发的ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ。开发人员可以使用ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ将ＧＩＳ功能嵌 入到现有的应用程序中，它的出现给开发带来了极大的便利。 ２开发实现过程
取！ｐＶｉｅｗ一＞ＧｅｔＳｃｅｎｅＦｒｏｍＶｉｅｗ（＆ｉｐＳｃｅｎｅ）） ｛
ＡｆｘＭｅｓｓａｇｅＢｏｘ（“不能得到Ｓｃｅｎｅ”）；
ｌ肥ｔｕｎｌ；
｝ ｈｒ＝ｉｐＳｅｅｎｅ一＞ｐｕｔ－ＥｘａｇｇｅｒａｔｉｏｎＦａｃｔｏｒ（ｆａｃｔｏｒ）；
｝
作者在开发过程中，建立了ＣＤｌｇＣｒｅａｔｅＴＩＮｆｒｏｍＣｏｕｎｔｏｕｒ和ＣＤｌｇＳｅｔＳｃｅｎｅ类，其中，三角网生成过程由ＣＤｌｇＣｒｅａｔｅＴ— ＩＮｆｒｏｍＣｏｕｎｔｏｕｒ：：ＣｒｅａｔｅＴＩＮｆｒｏｍＣｏｕｎｔｏｕｒ（ＩＦｅａｔｔａ＇ｅＣｌａｓｓ＊ｉｐｆｅａｔ）函数实现，三维场景的参数没置可以改变三维场景的基本属 性，由ＣＤｌｇＳｅｔＳｃｅｎｅ：：ＳｅｔＢａｓｅＥｘａＦａｃｔｏｒ（ｄｏｕｂｌｅ ｆａｃｔｏｒ）函数实现ｏ ３应用实例
ｈｒ＝ｐＴｉｎＥｄｉｔ一＞ｌｎｉｔＮｅｗ（ｐＥｘｔｅｎｔ）； ／／将Ｆｅａｔｕｒｅ中的高程信息赋给刚刚生成的ＴＩＮ，并且保存至硬盘。 ／／获得高程字段
ｈｒ＝ｉｐｆｅａｔ一＞ｇｅｔ＿Ｆｉｅｌｄｓ（＆ｐｆｉｅｌｄｓ）；
ｈｒ＝ｐｆｉｅｌｄｓ一＞ｇｅｔ＿Ｆｉｅｌｄ（ｍ＿ｓｅｌＨｌｎｄｅｘ，＆ｐＨｅｉｇｈｔＦｉｅｌｄ）； ｉｆ（ＦＡＩＬＥＤ（ｈｒ））ｒｅｔｕｒｎ； ／／调用相应的函数将ｓｈａｐｅ文件（含高程信息）增加到ＴＩＮ中，并保存１１Ｎ ＩＴｉｎＰｔｒ ｉｐＴｉｎ（ｐＴｉｎＥａｉｔ）； ｉｆ（ｉｐＴｉｎ！＝Ｎ１７ＩＪ，） ｛
根据上述思想，以Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０为开发环境，以ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ为平台，开发实现了基于等高线矢量数据的三维地 形模拟。在应用中，只须将等高线数据层作为参数传递给该程序模块，就会显示出相应的三维地形图，而且可以对三维 地形图进行参数设置，使地形特征和地理信息表现的更加直观，动态感更强。本文以某地等高线地形图为数据源№Ｊ，来 测试开发实现的结果。
网单元，每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一个矩阵，在计算实现中则是一个二维数组。每个格网单元或 数组的一个元素对应一个高程值。ＧＲＩＤ的缺点足不能准确表示地形的结构和细部，并且数据量过大，给数据管理带来 不便。ＴＩＮ模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角网络，使区域中任意点落在三角形的顶点、边上或三角形 内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过现行插值的方法得到（在边上则用边的两个顶点的高程，在三角形内侧 则用三个顶点的高程），所以ＴＩＮ是一个三维卒间的分段线形模型。ＴＩＮ的数据类＿｝ｌ！！存储方式比ＧＲＩＤ复杂，它不仅要求 存储每个点的高程，还要求存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系、三角形及邻接三角形等关系【３ Ｊ。从上述可知，ＴＩＮ模 型较ＧＲＩＤ模型复杂的多，而且应用更为广泛。因此本文主要针对由矢量等高线数据生成ＴＩＮ模型，来进行三维地形的研 究。 １．２ ＡｔｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ技术
收稿日期：２００９—０３—１９ 作者简介：李伦（１９８５一），男，河南郑州人，硕士研究生，主要从事工程监测、工程设计及可视化仿真等。
万方数据
河南城建学院学报
２００９年５月
表１ ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ支持一系列操作系统平台和编程语言
Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｃ＋＋
Ｊａｖａ ＣＯＭ
．Ｎ肼
ＵＮＩＸ／Ｌｉｎｕｘ Ｃ＋＋ Ｊａｖａ