三维地形可视化及其实时显示方法概论
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Ｏｆ ｔｉ ； ｌｒｓ ｌｔ ｎ ｏ ｅ Ｄ ａ ｓ Ｍｕｔ ｅｏｕｉ Ｍ ｄ ｌ ｅ ｌ ｉ ｏ
０ 引言
中国政府从国家战略的高度将“ 数字地 球” 列为中国２ 世纪的战略目标之一。数字 １ “ 地球” 强调对地球的真三维描述。在实现“ 数 字地球” 这一历史使命的过程中， 需要有现代 空间信息科学技术的支撑， 其中， 三维地形可 视化及其实时显示方法的研究意义重大。
（ ｉｕｌ ｌｙ、 Ｖｒ ａ Ｒ ａｔ）战场环境仿真、 ｔ ｅｉ 娱乐与游
戏、 地形的穿越飞行、 土地管理与利用、 气象 数据的可视化等领域。
１ 数 字 地 面 模 型 Ｄ Ｍ ｉｔ Ｔ （ ｇａ Ｄ ｉｌ
Ｔ ｒ ａｎ ｏ ｅ） ｄ ｌ ｅｒｉ Ｍ １ １ 概念 ．
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三维地形可视化是一门研究数字地面模
（ｅｍ ｒｈ ） ｇｏ ｏｐ ｓ 。 层次细节简化算法有很多种， 但这些算
法不是过于简单 ， 难以取得很好的简化效果， 就是过于复杂， 难以快速实现模型简化。
《 电脑与信息技术》０ １ ２０ 年第 ３ 期
２２ 多分辨率模型简化 （ ｕ ｉ ｓｌ ｉ ． Ｍ ｒ ｏ ｔ ｎ ｌ ｅ ｕｏ ｔ
Ｍｏ ｅ） ｄｌ方法 多分辨率模型简化方法是对物体的几何 性质、 表面性质、 纹理等进行多分辨率的分析 和造型， 根据物体在屏幕上所覆盖面积的大 小选择相应分辨率下该物体的简化模型， 尽 量减少三角形的数量， 使得在给定视点下获 得的图象效果与用最精确的模型画出的效果 完全相同或差距在给定范围内， 从而大大提 高了绘制效率。这种方法所占用的内存空间 较小 ， 适用于动态场景 ， 近几年来已受到图形 学界的高度重视。 多分辨率模 型简化方法基于多分辨率 （ 如小波变换） 理论来对多面体模型作重新采 样， 算法首先求得原多面体的最粗逼近， 然后 通过加密采样技术来获得精细的模型 ， 其中 后一层较高分辨率模型是前一层低分辨率模 型的简单加密， 这一性质使得用户能快速、 连 续地通过一种紧凑的表示来获得多面体的多 分辨率模型， 从而使我们可多分辨率地对原 多面体模型进行编辑， 这是其它算法所无法 完成的。较之其它算法， 该算法稍显复杂， 但 它能产生连续的多分辨率模型而无须在不同 分辨率模型间建立几何形状过渡， 这也是其 它算法所无法比拟的。 大规模数字地面模型 Ｄ Ｍ 数据量大， Ｔ 若采用多分辨率模型简化方法则可以在保证 图象质量的前提下加快显示速度， 使得生成 的地形 画面处在一定 的视觉误差范围内， 同 时， 只考虑处于视野范围内的一小部分地面 模型， 且距视点距离不同的区域采用不同分 辨率的模型。 目 前国内外已提出的三维模形多分辨率 表示方法 ， 可分为静态生成和实时动态生成 两类。静态生成方法是指事先产生对原模型 作不同程度近似的多个逼近模型， 在实时绘 制中根据当前帧的视点参数选用相应的逼近 模型进行绘制。 这类算法的优点是简单易用。 由于生成每一个近似模型不是实时进行的， 因此对原模型转化成多分辨率表示的速度没
优越性 ， 众说纷纭。但从显示的角度来看， 三 角网的地形较有优势， 因为大部分三维显示 设备的显示速度只与三角形的数量有关， 而 几乎与三角形的大小无关 ， 而且格网地形简 化到三角网地形后 ， 还使三角形的数量大大 减少， 这样也可以大大提高显示的速度。
２ 三维地形可视化及其实时显示方法
简单的地景渲染算法是将相邻的四个网 格点定义的 Ｄ Ｍ 单元变换成二个三维空间 Ｔ 的三角形， 然后将视景体内部区域的所有这 些三角形送人图形流水线进行绘制。这种算 法还可将图象纹理数据以它的最高分辨率映 射到对应的多边形上， 这是一种效率很低的 方法。 因为在一般情况下， 三角形和遥感图象 纹理象素的数量非常大， 而每一个独立的三 角形投影到图象空间后则很小 ， 并且许多纹 理象素可能被压缩到一个图象象素中， 以至 于对图象的影响可以忽略不计 。 因此 ， 如果用
有较高要求， 而且多分辨率模型的表现形式
较容易统一， 因此， 目前许多商业系统大多采 用这种方法。但这种方法的缺点也是较明显 的， 主要有 ： （） １ 近似模型之间不连续。在不同模型 的切换过程中， 可能造成绘制图象的不连续 变化， 产生明显的走样。 尽管 Ｔ ｒ ｕｋ曾提出实 时地在连续两种分辨率模型之间进行插值， 但这无疑加重了图形处理器的负担。 （） ２ 大部分情况下， 放置这些不同分辨 率的逼近模型一般需要人工干预， 不可能达 到完全 自动。 （） ３ 需要额外的内存来存放不同分辨率
有一个 明显的缺 点 ， 就是造型留有明显的等
Ｄ Ｍ 直接生成地形， Ｔ 即使在高性能的图形
硬件平 台上要进行实时渲染 ， 几乎也是不可
高线的台阶痕迹 ， 因此地形造型是不连续光 滑的。所以， 目前通常不采用这种方法， 而将 等高线转换成格网数据， 即我们所说的数字
能的， 通常要对 Ｄ Ｍ 数据进行一定的简化。 Ｔ ２１ 层次细节简化 Ｌ Ｄ ｅｅ Ｏ Ｄ ｔｉ ） ． Ｏ （ ｖｌ ｅ ｌ Ｌ ｆ ａ ｓ
收稿 日期 ：０ １ ２ ２ ２０ －０ －２ 作者简介： 张俊霞（９５ ． １７－）在读硕士． 感兴趣的研究领域为图形图象工程等。
《 电脑与信息技术》０１ ２０ 年第 ３ 期 ·３ ． ３
Ｌ２ ’ 表示方法 数字地面模型通常有等高线、 格网和三 角网三种不同的表示方法。其中等高线的表 示方法被广泛用在各种地图和现代地理信息 系统 中， 它是用二维手段表示三维物体的常 用方法； 而用格网来表示地形高程域 的数据 是随着计算机的出现而提出的， 它实际是用 一个二维数组来表示地形的高程， 其格网的
ｔｉ ｆ ｌ ａｅ ｄ ａｅ ． ｈｓ ｄ ｐｅｉ ｔｄ ｉ ｒ ｒ ｃ ｅ Ｋ ｙ ｒｓ ｒｅ ｎｉ ａ Ｔ ｒ ｉ Ｖｉ ａ ｚｔ ｎ Ｄｇ ａ Ｔ ｒ ｉ Ｍｏｅ； ｅｅ ｅ ｗ ｄ ； ｈｅ Ｄｍｅｓ ｎｌ ｒ ｎ ｓ ｌａｉ ； ｉ ｔ ｅｒ ｎ ｄｌ Ｌ ｖｌ ｏ Ｔ ｉ ｏ ｅａ ｕｉ ｏ ｉ ｌ ａ
方法
高程模型Ｄ Ｍ ｉｔ Ｅｅａｏ Ｍ ｄｌ Ｅ （ ｇａ ｌ ｔｎ ｅ ． Ｄ ｉｌ ｉ ｏ ） ｖ
格网地形实际上就是一个二维数组， 其 元素为格网结点上的高程值或高程加属性的 值。 一般从等高线转换到格网地形， 通常需要 找到格网结点周围等高线上的点， 然后进行 插值计算。 插值的算法有多种 ， 但无论采用哪 种方法 ， 都取决于精度与时间之间的平衡。 三角网的数据结构是三类数字地型表示 中最复杂的， 人们通常要在时间与内存之间 找到平衡。一方面， 要想在三角形的修改时， 能快速搜索到需要的数据， 就得采用复杂的 数据结构。 而另一方面， 复杂的数据结构需要 消耗更多的内存。 由此可见， 内存与时间对三 维地形可视化及其实时显示同等重要。 至于采用哪种数据结构表示地形更具有
．３ ． ４
层次细节简化方法在不影响画面视觉效 果的条件下， 通过逐次简化景物的表面细节 来减少场景的几何复杂性， 从而提高绘制算 法的效率。该技术通常对每一原始多面体模
型建立几个不同逼近精度的几何模型。与原 始模型相比， 每个模型均保留了一定层次的 细节 。 当从近处观察物体时， 我们采用精细模 型， 而当从远处观察物体时， 则采用较为粗糙 的模型。这样， 当视点连续地变化， 在两个不 同层次的模型间就存在一个明显的跳跃， 因 而有必要在两个相邻层次的模型间形成光滑 的视 觉 过 渡， 可 称 之 为 几 何 形 状 过 渡 亦
三维地形可视化及其实时显示方法概论
张俊霞
（ 河海大学海洋及交通工程学院， 南京 ２０ ９） １０８ 摘 要： 由于三维地形可视化及其实时显示有着广阔的应用背景， 近来越发受到人们 的关注。文章给出了三维地形可视化的概念， 描述了数字地面模型的概念和表示方 法， 重点介绍了可视化及其实时显示中数据简化方面的典型方法： 层次细节方法， 多 分辫率模型方法。并进一步对三维地形的真实性研究作 了简述。最后对这一领域的
型的显示、 简化、 仿真等内容的学科， 它属于 计算机图形学的一个分支。除了计算机图形 学外， 计算几何也是它重要的基础知识 。 它的
应 用涉及地理信息系统 ＧＳ ｏｒ ｈ Ｉ（ ｅｇａ ｉ Ｇ ｐｃ
Ｉｆｒ ａｉ Ｓｓ ｍ 虚 拟 与 现 实 Ｖ ｎｏｍ ｔ ｎ ｔ ） ｏ ｙｅ 、 Ｒ
数字地面模型 Ｄ Ｍ 是描述地面特性的 Ｔ 空间分布的有序数值阵列。柯正谊等按空间 结构形式将其分为七类： 规则格点（ 格网） 数 字地面模型、 散点数字地面模型、 等值线数字 地面模型、 曲面数字地面模型、 线路数字地面 模型、 平面多边形数字地面模型和空间多边 形数字地面模型。
前景进行 了展望。 关键词： 三维地形可视化； 数字地面模型； 层次细节方法；多分辫率模型方法
Ａ ｓ ａｔＴ ｒｅ ｅｓ ｎｌ ａ ｖ ｕｌａｉ ａｄ ｌ ｔ ｅ ｐａ ｈｓ ｏ ｅ ｂｔ ｃ： ｈｅ ｄ ｎｉ ａ ｔｒ ｉ ｉ ａ ｚｔ ｎ ｒａ一 ｉ ｄ ｌ ａ ｂｃｍ ｒ ｉ ｍ ｏ ｅｒ ｎ ｉ ｏ ｎ ｅ ｓ ｍ ｉ ｙ ｅ ｓ ｉ ｒａｉ ｌ ｉ ｅ ｓ ｎ ｉ ｒ ｅｔ ｒ ｂｃｕｅ ａ ｗｄ ａｐｉ ｔ ｎ ｋ ｒｕｄ． ｎ ｅｓ ｇｙ ｒ ｔ ｇ ｅ ｎ ｙａｓ ａｓ ｉｈｓ ｅ ｌａｉ ｂｃｇｏｎｓ ｃ ｎ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｉ ｐ ｃ ｏ ａ Ｔ ｉ ｐｐｒ ｓｎｓ ｃｎｅｔ ｏ ｔｒｅ ｅｓ ｎｌ ｒｉ ｖ ｕｌａｉ ，ｔ ｎ ｈｓ ｅ ｐｅｅｔ ｔｅ ｃｐｓ ｈｅ ｄｍ ｎｉ ａ ｔｒ ｎ ａ ｚｔ ｎ ｈ ａ ｒ ｈ ｏ ｆ ｉ ｏ ｅａ ｉ ｉ ｏ ｓ ｅ ｇｖｓ ｃｎｅｔ ａｄ ｃｉ ｉ ｔ ｈ ｉｕｓ ｄ ｉ ｌ ａ ｍｏｅ Ａ ｏ ｇ ｅ ｉ ｔｅ ｃｐｓ ｄｓｒ ｔ ｅ ｎ ｅ ｏ ｉ ｔ ｔ ｒｉ ｄｌ ｍ ｎ ｔｒ ｅ ｈ ｏ ｎ ｅ ｐｖ ｅ ｑ ｃ ｆ ａ ｅ ｎ ． ｇ ｒ ｈｅ ｄｍ ｎｉ ａ ｔ ｒｉ ｖ ｕｌａｉ ａ ｄ ｌ ｔ ｅ ｐａ ｔ ｈ ｉｕｓ ｔｉｐｐｒ ｙ ｉ ｅｓ ｎｌ ａ ｉ ａ ｚｔ ｎ ｒａ一 ｉ ｄｓｌ ｅ ｎ ｅ，ｈｓ ｅ ｐ ｓ ｏ ｅ ｎ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒ ｓ ｍ ｉ ｙ ｑ ｃ ａ ｌ ａ ｅ ｐ ａｉ ｏ ｓｍ ｔｐ ａ ｄｔ ｓ ｐｉｃｔ ｎ ｏｉ ｍ ： Ｏ （ ｅｅ Ｏ Ｄ ｔｉ ） ｍ ｈｓ ｎ ｅ ｉ ｌ ａ ｌｉ ｉ ａ ｒ ｈ ｓＬ Ｄ ｖｌ ｅ ｌ ， ｓ ｏ ｙ ｃ ａ ｉ ｆａ ｏ ｌ ｔ ｍ ｇ Ｌ ｆ ａｓ ａ ｄ ｕｔ ｅｏｕｉ ｍｏｅ． ｅ ｔｉ ｐｐｒ ｋｓ ｒ ｅ ｄｓｕｓ ｎ ｔｅ ｎ ｍ ｌｒｓｌｔ ｎ ｄｌ Ｔ ｎ ｓ ｅ ｍａ ｅ ａｆ ｔ ｒ ｃｓｉ ｏ ｈ ｉ ｏ ｈ ｈ ａ ｕｈ ｉ ｏ ｎ ｒｓａｃ ｏ ｔｒｅ ｅｓ ｎ ｌ ｒｉ ｒａ ｔ． ｌｓ， ｅ ｔｎｉ ａ ｐｉ ｔ ｎ ｏ ｅｅｒｈ ｈｅ ｄｍ ｎｉ ａ ｔｒａ ｅｌｙ Ａｔ ｔｔ ｐ ｅｔ ｌ ｌａｉ ｓ ｆ ｉ ｏ ｅ ｎ ｉ ａ ｈ ｏ ａ ｐ ｃ ｏ ｆ
宽和高通常是缺省的； 用不规则三角网ＴＮ Ｉ
（ｒｎｕ ｒ ｇｌ Ｎ ｔ来表示地形， Ｔｉ ｇｌ Ｉｅｕ ｒ ） ａ ａ ｒ ａ ｅ ｒ 人
们最初是凭直觉认为它能节省存储空间和进 行某些计算 ： 如通视计算 ， 以及可借助它来表 示地形 中悬崖 、 沟壑等特殊复杂地形 的造
型。
等高线的数据结构通常是一种矢量结 构， 高程作为矢量的 Ｉ 在 Ｉ Ｄ， Ｄ之后便是等高 线的 Ｘ Ｙ对 ， Ａ ｃＩｆ Ｇ ｎｒｔ 文件。 如 ｒ／ｎｏ的 ｅｅａｅ 用等高线图直接生成三维地形有两种方法 ： 一种采用称为 Ｔｌ ｇ的技术； ｉｎ ｉ 一种是直接用 Ｄ ｌ ｎｙ三维形对等高线上的点进行三维 ｅ ｕａ ａ 地形的造型。但直接用等高线进行地形造型
０ 引言
中国政府从国家战略的高度将“ 数字地 球” 列为中国２ 世纪的战略目标之一。数字 １ “ 地球” 强调对地球的真三维描述。在实现“ 数 字地球” 这一历史使命的过程中， 需要有现代 空间信息科学技术的支撑， 其中， 三维地形可 视化及其实时显示方法的研究意义重大。
（ ｉｕｌ ｌｙ、 Ｖｒ ａ Ｒ ａｔ）战场环境仿真、 ｔ ｅｉ 娱乐与游
戏、 地形的穿越飞行、 土地管理与利用、 气象 数据的可视化等领域。
１ 数 字 地 面 模 型 Ｄ Ｍ ｉｔ Ｔ （ ｇａ Ｄ ｉｌ
Ｔ ｒ ａｎ ｏ ｅ） ｄ ｌ ｅｒｉ Ｍ １ １ 概念 ．
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三维地形可视化是一门研究数字地面模
（ｅｍ ｒｈ ） ｇｏ ｏｐ ｓ 。 层次细节简化算法有很多种， 但这些算
法不是过于简单 ， 难以取得很好的简化效果， 就是过于复杂， 难以快速实现模型简化。
《 电脑与信息技术》０ １ ２０ 年第 ３ 期
２２ 多分辨率模型简化 （ ｕ ｉ ｓｌ ｉ ． Ｍ ｒ ｏ ｔ ｎ ｌ ｅ ｕｏ ｔ
Ｍｏ ｅ） ｄｌ方法 多分辨率模型简化方法是对物体的几何 性质、 表面性质、 纹理等进行多分辨率的分析 和造型， 根据物体在屏幕上所覆盖面积的大 小选择相应分辨率下该物体的简化模型， 尽 量减少三角形的数量， 使得在给定视点下获 得的图象效果与用最精确的模型画出的效果 完全相同或差距在给定范围内， 从而大大提 高了绘制效率。这种方法所占用的内存空间 较小 ， 适用于动态场景 ， 近几年来已受到图形 学界的高度重视。 多分辨率模 型简化方法基于多分辨率 （ 如小波变换） 理论来对多面体模型作重新采 样， 算法首先求得原多面体的最粗逼近， 然后 通过加密采样技术来获得精细的模型 ， 其中 后一层较高分辨率模型是前一层低分辨率模 型的简单加密， 这一性质使得用户能快速、 连 续地通过一种紧凑的表示来获得多面体的多 分辨率模型， 从而使我们可多分辨率地对原 多面体模型进行编辑， 这是其它算法所无法 完成的。较之其它算法， 该算法稍显复杂， 但 它能产生连续的多分辨率模型而无须在不同 分辨率模型间建立几何形状过渡， 这也是其 它算法所无法比拟的。 大规模数字地面模型 Ｄ Ｍ 数据量大， Ｔ 若采用多分辨率模型简化方法则可以在保证 图象质量的前提下加快显示速度， 使得生成 的地形 画面处在一定 的视觉误差范围内， 同 时， 只考虑处于视野范围内的一小部分地面 模型， 且距视点距离不同的区域采用不同分 辨率的模型。 目 前国内外已提出的三维模形多分辨率 表示方法 ， 可分为静态生成和实时动态生成 两类。静态生成方法是指事先产生对原模型 作不同程度近似的多个逼近模型， 在实时绘 制中根据当前帧的视点参数选用相应的逼近 模型进行绘制。 这类算法的优点是简单易用。 由于生成每一个近似模型不是实时进行的， 因此对原模型转化成多分辨率表示的速度没
优越性 ， 众说纷纭。但从显示的角度来看， 三 角网的地形较有优势， 因为大部分三维显示 设备的显示速度只与三角形的数量有关， 而 几乎与三角形的大小无关 ， 而且格网地形简 化到三角网地形后 ， 还使三角形的数量大大 减少， 这样也可以大大提高显示的速度。
２ 三维地形可视化及其实时显示方法
简单的地景渲染算法是将相邻的四个网 格点定义的 Ｄ Ｍ 单元变换成二个三维空间 Ｔ 的三角形， 然后将视景体内部区域的所有这 些三角形送人图形流水线进行绘制。这种算 法还可将图象纹理数据以它的最高分辨率映 射到对应的多边形上， 这是一种效率很低的 方法。 因为在一般情况下， 三角形和遥感图象 纹理象素的数量非常大， 而每一个独立的三 角形投影到图象空间后则很小 ， 并且许多纹 理象素可能被压缩到一个图象象素中， 以至 于对图象的影响可以忽略不计 。 因此 ， 如果用
有较高要求， 而且多分辨率模型的表现形式
较容易统一， 因此， 目前许多商业系统大多采 用这种方法。但这种方法的缺点也是较明显 的， 主要有 ： （） １ 近似模型之间不连续。在不同模型 的切换过程中， 可能造成绘制图象的不连续 变化， 产生明显的走样。 尽管 Ｔ ｒ ｕｋ曾提出实 时地在连续两种分辨率模型之间进行插值， 但这无疑加重了图形处理器的负担。 （） ２ 大部分情况下， 放置这些不同分辨 率的逼近模型一般需要人工干预， 不可能达 到完全 自动。 （） ３ 需要额外的内存来存放不同分辨率
有一个 明显的缺 点 ， 就是造型留有明显的等
Ｄ Ｍ 直接生成地形， Ｔ 即使在高性能的图形
硬件平 台上要进行实时渲染 ， 几乎也是不可
高线的台阶痕迹 ， 因此地形造型是不连续光 滑的。所以， 目前通常不采用这种方法， 而将 等高线转换成格网数据， 即我们所说的数字
能的， 通常要对 Ｄ Ｍ 数据进行一定的简化。 Ｔ ２１ 层次细节简化 Ｌ Ｄ ｅｅ Ｏ Ｄ ｔｉ ） ． Ｏ （ ｖｌ ｅ ｌ Ｌ ｆ ａ ｓ
收稿 日期 ：０ １ ２ ２ ２０ －０ －２ 作者简介： 张俊霞（９５ ． １７－）在读硕士． 感兴趣的研究领域为图形图象工程等。
《 电脑与信息技术》０１ ２０ 年第 ３ 期 ·３ ． ３
Ｌ２ ’ 表示方法 数字地面模型通常有等高线、 格网和三 角网三种不同的表示方法。其中等高线的表 示方法被广泛用在各种地图和现代地理信息 系统 中， 它是用二维手段表示三维物体的常 用方法； 而用格网来表示地形高程域 的数据 是随着计算机的出现而提出的， 它实际是用 一个二维数组来表示地形的高程， 其格网的
ｔｉ ｆ ｌ ａｅ ｄ ａｅ ． ｈｓ ｄ ｐｅｉ ｔｄ ｉ ｒ ｒ ｃ ｅ Ｋ ｙ ｒｓ ｒｅ ｎｉ ａ Ｔ ｒ ｉ Ｖｉ ａ ｚｔ ｎ Ｄｇ ａ Ｔ ｒ ｉ Ｍｏｅ； ｅｅ ｅ ｗ ｄ ； ｈｅ Ｄｍｅｓ ｎｌ ｒ ｎ ｓ ｌａｉ ； ｉ ｔ ｅｒ ｎ ｄｌ Ｌ ｖｌ ｏ Ｔ ｉ ｏ ｅａ ｕｉ ｏ ｉ ｌ ａ
方法
高程模型Ｄ Ｍ ｉｔ Ｅｅａｏ Ｍ ｄｌ Ｅ （ ｇａ ｌ ｔｎ ｅ ． Ｄ ｉｌ ｉ ｏ ） ｖ
格网地形实际上就是一个二维数组， 其 元素为格网结点上的高程值或高程加属性的 值。 一般从等高线转换到格网地形， 通常需要 找到格网结点周围等高线上的点， 然后进行 插值计算。 插值的算法有多种 ， 但无论采用哪 种方法 ， 都取决于精度与时间之间的平衡。 三角网的数据结构是三类数字地型表示 中最复杂的， 人们通常要在时间与内存之间 找到平衡。一方面， 要想在三角形的修改时， 能快速搜索到需要的数据， 就得采用复杂的 数据结构。 而另一方面， 复杂的数据结构需要 消耗更多的内存。 由此可见， 内存与时间对三 维地形可视化及其实时显示同等重要。 至于采用哪种数据结构表示地形更具有
．３ ． ４
层次细节简化方法在不影响画面视觉效 果的条件下， 通过逐次简化景物的表面细节 来减少场景的几何复杂性， 从而提高绘制算 法的效率。该技术通常对每一原始多面体模
型建立几个不同逼近精度的几何模型。与原 始模型相比， 每个模型均保留了一定层次的 细节 。 当从近处观察物体时， 我们采用精细模 型， 而当从远处观察物体时， 则采用较为粗糙 的模型。这样， 当视点连续地变化， 在两个不 同层次的模型间就存在一个明显的跳跃， 因 而有必要在两个相邻层次的模型间形成光滑 的视 觉 过 渡， 可 称 之 为 几 何 形 状 过 渡 亦
三维地形可视化及其实时显示方法概论
张俊霞
（ 河海大学海洋及交通工程学院， 南京 ２０ ９） １０８ 摘 要： 由于三维地形可视化及其实时显示有着广阔的应用背景， 近来越发受到人们 的关注。文章给出了三维地形可视化的概念， 描述了数字地面模型的概念和表示方 法， 重点介绍了可视化及其实时显示中数据简化方面的典型方法： 层次细节方法， 多 分辫率模型方法。并进一步对三维地形的真实性研究作 了简述。最后对这一领域的
型的显示、 简化、 仿真等内容的学科， 它属于 计算机图形学的一个分支。除了计算机图形 学外， 计算几何也是它重要的基础知识 。 它的
应 用涉及地理信息系统 ＧＳ ｏｒ ｈ Ｉ（ ｅｇａ ｉ Ｇ ｐｃ
Ｉｆｒ ａｉ Ｓｓ ｍ 虚 拟 与 现 实 Ｖ ｎｏｍ ｔ ｎ ｔ ） ｏ ｙｅ 、 Ｒ
数字地面模型 Ｄ Ｍ 是描述地面特性的 Ｔ 空间分布的有序数值阵列。柯正谊等按空间 结构形式将其分为七类： 规则格点（ 格网） 数 字地面模型、 散点数字地面模型、 等值线数字 地面模型、 曲面数字地面模型、 线路数字地面 模型、 平面多边形数字地面模型和空间多边 形数字地面模型。
前景进行 了展望。 关键词： 三维地形可视化； 数字地面模型； 层次细节方法；多分辫率模型方法
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宽和高通常是缺省的； 用不规则三角网ＴＮ Ｉ
（ｒｎｕ ｒ ｇｌ Ｎ ｔ来表示地形， Ｔｉ ｇｌ Ｉｅｕ ｒ ） ａ ａ ｒ ａ ｅ ｒ 人
们最初是凭直觉认为它能节省存储空间和进 行某些计算 ： 如通视计算 ， 以及可借助它来表 示地形 中悬崖 、 沟壑等特殊复杂地形 的造
型。
等高线的数据结构通常是一种矢量结 构， 高程作为矢量的 Ｉ 在 Ｉ Ｄ， Ｄ之后便是等高 线的 Ｘ Ｙ对 ， Ａ ｃＩｆ Ｇ ｎｒｔ 文件。 如 ｒ／ｎｏ的 ｅｅａｅ 用等高线图直接生成三维地形有两种方法 ： 一种采用称为 Ｔｌ ｇ的技术； ｉｎ ｉ 一种是直接用 Ｄ ｌ ｎｙ三维形对等高线上的点进行三维 ｅ ｕａ ａ 地形的造型。但直接用等高线进行地形造型