三维地形分析
如何进行三维地形模型构建与分析
如何进行三维地形模型构建与分析地形模型是地理信息系统(GIS)中重要的组成部分，它提供了对地表形态和地貌特征的三维可视化和分析。
三维地形模型的构建与分析越来越受到学术界和工业界的关注，在城市规划、自然资源管理和灾害防治等领域具有广泛的应用。
本文将介绍如何进行三维地形模型的构建与分析，并探讨一些实用的工具和方法。
一、数码摄影与激光雷达技术构建三维地形模型的首要任务是获取地表的几何数据。
目前常用的方法主要有数码摄影与激光雷达技术。
数码摄影利用高分辨率的数码相机拍摄地面景物，通过计算机图像处理和摄影测量技术生成三维模型。
激光雷达则利用由飞行器或地面设备发出的激光脉冲探测地面，通过接收脉冲返回的时间和强度信息来计算地表高程。
二、地表数据处理与配准获得地表数据后，需要对其进行处理和配准。
数据处理包括图像校正、去噪和配准等步骤。
图像校正主要是校正图像失真，使其符合真实地面形态；去噪则是去除图像中的干扰信息，保留真实地表的特征；配准是将不同数据源获得的数据进行精确对准，以保证后续分析的准确性。
三、地形模型构建通过地表数据处理后，可以开始构建三维地形模型。
常用的方法包括三角网格化和体素化。
三角网格化是将地表数据进行三角形拟合，生成一个连续且光滑的地表模型。
体素化则是将地表数据划分为小立方体（体素），每个体素代表一个地表区域，再通过插值等方法生成连续的三维模型。
这两种方法各有优缺点，选择应根据具体需求和数据特点进行。
四、地形模型分析三维地形模型的分析是利用模型来探索地表特征、模拟地貌过程和预测地理现象的方法。
常见的地形模型分析包括地形剖面分析、坡度和坡向计算、流域提取和水文模拟等。
地形剖面分析是通过抽取地表数据的剖面来分析地表形态的变化。
坡度和坡向计算则是分析地表的陡峭程度和朝向。
流域提取可以根据地表高程和水流方向进行，用于分析洪水的传播和河流的形成。
水文模拟则是模拟地表径流和水文过程，用于灾害风险评估和水资源管理。
如何进行三维地图的建模和展示
如何进行三维地图的建模和展示三维地图的建模和展示是近年来地理信息系统领域的一项重要研究内容。
随着科技的不断进步和人们对地理信息的需求不断增加，三维地图的制作和展示正逐渐成为全球各行各业的重要工具和应用。
本文将介绍如何进行三维地图的建模和展示，以及一些相关技术和方法。
首先，三维地图的建模是一个复杂而精细的过程。
它需要地理空间数据的采集、处理和分析。
一般来说，地理空间数据的采集可以通过卫星遥感、GPS定位、数字摄影等技术手段来完成。
采集到的数据需要进行整理和处理，剔除不符合要求或有误差的数据点。
然后，通过地理信息系统软件，将数据进行空间分析和建模。
在建模的过程中，可以采用栅格模型和矢量模型两种不同的数据结构，分别适用于不同场景的建模需求。
其次，三维地图的展示是将建模数据以合适的方式呈现给用户的过程。
三维地图的展示可以分为两个方面，一是展示平台的选择，二是展示方法的选择。
在展示平台的选择方面，目前常用的平台有桌面端、移动端以及Web端。
不同的平台适用于不同的用户需求和使用环境，因此在选择展示平台时需要根据具体情况来决定。
在展示方法的选择方面，可以采用静态展示和交互式展示两种方式。
静态展示通常是通过图片或视频的方式呈现，更适用于简单的展示需求；而交互式展示则可以通过用户的操作来实现对地图的探索和查询，更适用于复杂的展示需求。
除了建模和展示，三维地图的应用也是非常广泛的。
三维地图不仅可以用于城市规划、交通规划等领域，还可以应用于旅游、游戏等娱乐领域。
例如，通过三维地图可以方便地查看和规划旅游线路，提供更好的旅游体验；通过三维地图可以制作逼真的游戏场景，增加游戏的可玩性和真实感。
此外，在环境监测、灾害预警等方面，三维地图也有着重要的应用价值。
最后，要进行三维地图的建模和展示，还需要掌握一定的技术和方法。
例如，要进行三维地形的建模和展示，可以采用数字高程模型（DEM）和三维网格模型等技术手段；要进行建筑物的建模和展示，可以采用激光扫描和摄影测量等技术手段；要进行动态交通模拟和可视化，可以采用交通仿真和虚拟现实等技术手段。
13.三维分析
plume
污染物空间的TIN表面
实验五、制作飞行动画
实验目的
▪ 掌握三维地形漫游及动画制作的基本方法
实验准备
▪ 数据： Path.shp 飞行路线 dtm_tin 地形数据 Photo.sid、Topo.sid 地形影像数据
实验目的
▪ 掌握利用某区域地形数据及遥感影像数据浏览三维 地形特征的方法
实验准备
▪ 数据：某区域TIN数据、遥感影像
实验四、要素三维可视化
实验目的
▪ 掌握掌握点、线、面要素三维可视化的基本方法
实验准备
▪ 数据：
facility.shp 需清理设施
wells.shp 水井
congrd
污染物浓度栅格数据
第十三章 三维分析
主要内容
实验一、空间插值与三维可视化 实验二、TIN创建与三维可视化 实验三、地形三维可视化 实验四、要素三维可视化 实验五、制作飞行动画
实验一、空间插值与三维可视化
实验目的
▪ 掌握空间内插的方法 ▪ 帮助人们了解土壤污染与发病率的关系
实验准备
▪ 数据： Subsample_1994_CS137.shp 土壤Cs137含量
ThyroidCancerRate、TIN创建与三维可视化
实验目的
▪ 掌握构建TIN的基本方法
实验准备
▪ 数据： Arc_Clip.shp 等高线矢量数据 Arc_Clip_river.shp 道路矢量数据 Arc_Clip_river.shp 水系矢量数据
实验三、地形三维可视化
1.应用MATLAB进行地理三维地貌可视化和地形分析
第17卷 增刊2 广西工学院学报 V ol117 Sup2 2006年12月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY D ec12006文章编号 100426410(2006)S220017203应用M AT LAB进行地理三维地貌可视化和地形分析唐咸远(广西工学院土建系,广西柳州 545006)摘 要:从M A TLAB软件强大的功能入手,讨论了M A TLAB中进行地理三维地貌可视化和地形分析的方法,并展望其在工程中良好的应用前景。
关 键 词:M A TLAB;三维地貌可视化;地形分析0 引言M A TLAB的含义是矩阵实验室(M A TR I X LABORA TOR Y)[1],自其问世以来,就以数值计算称雄。
其计算的基本单位是复数数组(或称阵列),使得该软件具有高度“向量化”。
经过十几年的完善和扩充, M A TLAB现已发展成为线性代数课程的标准工具。
由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。
在地理信息系统(G IS)中,地形的三维可视化通常是利用数字高程模型(D E M)来完成的,而D E M最常用表示方法为规则格网,它是将区域空间切分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个数值,即高程值。
数学上可以表示为一个矩阵,在计算机实现中则是一个二维数组。
可见利用M A TLAB处理D E M数据,完成地形的三维可视化分析是切实可行的。
1 M AT LAB软件及其功能M A TLAB产品家族是美国M ath W o rk s公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境,已广泛地应用在航空航天,金融财务,机械化工,电信,教育等各个行业。
该软件的主要特点包括:1)有高性能数值计算的高级算法,特别适合矩阵代数领域;2)有大量事先定义的数学函数,并且有很强的用户自定义函数的能力;3)有强大的绘图功能以及具有教育、科学和艺术学的图解和可视化的二维、三维图;4)基于H TM L完整的帮助功能;5)适合个人应用的强有力的面向矩阵(向量)的高级程序设计语言;6)与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力;7)有在多个应用领域解决难题的工具箱。
ArcGIS9教程_第9章三维分析
ArcGIS9教程_第9章三维分析第九章三维分析相当长的⼀段时间⾥，由于GIS理论⽅法及计算机软硬件技术所限，GIS以描述⼆维空间为主，同时发展了较为成熟的基于⼆维空间信息的分析⽅法。
但是将三维事物以⼆维的⽅式来表⽰，具有很⼤的局限性。
在以⼆维⽅式描述⼀些三维的⾃然现象时，不能精确地反映、分析和显⽰有关信息，致使⼤量的三维甚⾄多维空间信息⽆法加以充分利⽤。
随着GIS技术以及计算机软硬件技术的进⼀步发展，三维空间分析技术逐步⾛向成熟。
三维空间分析相⽐⼆维分析，更注重对第三维信息的分析。
其中第三维信息不只是地形⾼程信息，已经逐步扩展到其它更多研究领域，如降⾬量、⽓温等。
ArcGIS具有⼀个能为三维可视化、三维分析以及表⾯⽣成提供⾼级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以⽤它来创建动态三维模型和交互式地图，从⽽更好地实现地理数据的可视化和分析处理。
利⽤三维分析扩展模块可以进⾏三维视线分析和创建表⾯模型（如TIN）。
任何ArcGIS 的标准数据格式，不论⼆维数据还是三维数据都可通过属性值以三维形式来显⽰。
例如，可以把平⾯⼆维图形突出显⽰成三维结构、线⽣成墙、点⽣成线。
因此，不⽤创建新的数据就可以建⽴⾼度交互性和可操作性的场景。
如果是具有三维坐标的数据，利⽤该模块可以把数据准确地放置在三维空间中。
ArcScene是ArcGIS三维分析模块3D Analyst所提供的⼀个三维场景⼯具，它可以更加⾼效地管理三维GIS数据、进⾏三维分析、创建三维要素以及建⽴具有三维场景属性的图层。
此外，还可以利⽤ArcGlobe模型从全球的⾓度显⽰数据，⽆缝、快速地得到⽆限量的虚拟地理信息。
ArcGlobe能够智能化地处理栅格、⽮量和地形数据集，从区域尺度到全球尺度来显⽰数据，超越了传统的⼆维制图。
利⽤交互式制图⼯具，可以在任何⽐例尺下进⾏数据筛选、查询和分析，或者把⽐例尺放⼤到合适的程度来显⽰感兴趣区域的⾼分辨率空间数据，例如航空相⽚的细节。
第三章地形三维显示的基本理论和算法精品PPT课件
投影面P
y
m
O
θn
N
Z
x TOT
物面T
YT M
XT
§3.3 投影变换的数学模型
如上图所示，DEM中任一点M在地面坐标系OT－ XTYTZT，a中的坐标为（Xm,Ym，Zm），它在投影平面 P上的像点为m，则m点在投影坐标系O－xy中的坐标 （xm,ym）由下式计算求出：
y xm m ((X X (X M M M X X X S S))Ss c )s(io X i n M ss n ss iiiX n n ( n S Y )(M Y c (Y M M o Y S Y ) Y S sc)(SY s )M o s i ic s n Y c n S c o )o so s i(s Z (s n Z M (Z M M Z Z SZ )Ss)Sc ) io n s
不难看出，上述坐标变换的数学模型具有以下特点： 1）该数学模型在理论上是严密的；
2）改变视点S的位置，就可以在屏幕上绘制出在不 同方位观察地面的立体透视图；
3）若视点位置不变，只改变参数θ，这意味着代 表地形表面的DEM数据场绕视点和投影平面P旋转不同 的角度，也同样可以在屏幕上生成不同视角条件下的 立体透视图。
(XT,YT,ZT)是视点S在地面坐标间的夹角；
θ是地面坐标系的XT轴与投影坐标系的X轴之间的夹角。
§3.2.3 透视投影变换原理
S 视点
投影面P
y
m
O
θn
N
Z
x TOT
物面T
YT M
XT
§3.3 投影变换的数学模型
如上图所示，DEM中任一点M在地面坐标系OT－ XTYTZT，a中的坐标为（Xm,Ym，Zm），它在投影平面 P上的像点为m，则m点在投影坐标系O－xy中的坐标 （xm,ym）由下式计算求出：
三维数字地形图测绘技术分析
三维数字地形图测绘技术分析摘要：三维地形图测绘技术在早期二维数字地形图的基础上增强了空间性和丰富性，本文通过笔者对三维数字地形图测绘技术的应用总结，探讨了测绘关键技术及应用方法，希望为同行业发展提供借鉴。
关键词：三维数字，地形图，测绘技术，应用分析abstract: three-dimensional topographic map surveying and mapping technology in early 2 d digital terrain map to enhance the space on the basis of sex and richness, this article through the three-dimensional digital topographic map surveying and mapping technology application summed up, and discusses the key technology and application of surveying and mapping method, hope for the industry development for reference.keywords: 3 d digital, topographic map, surveying and mapping technology, application analysis中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号：地形图是对地理地形的客观存在特征进行了概述和抽象的一种科学方法，但由于地理地形本身存在多变性、空间性和实体性，想要全面充分的通过地形图来表达实际地理状态，具有一定的技术难度。
随着我国科学技术水平的不断提升，目前人们已经在不断探索具有全面性、真实性、科学性等优点的测绘方法和技术，并获得成效。
三维地形图测绘技术如今已经不仅仅是一种概念性的技术内容，而是在早期二维数字地形图的基础上增强了空间性，使数字地形图丰富化、三维化，也为实际的研究和测量工作提供新的依据。
石大《GIS分析》实习指导04三维分析
第四章三维分析一、实验目的DEM是对地形地貌的一种数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径，它的应用可遍及整个地学领域。
通过对本实习，我们应：1、加深对DEM建立过程的原理、方法的认识；2、熟练掌握ARCGIS中建立DEM、TIN的技术方法。
3、结合实际、掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。
二、实验准备1、软件准备：ArcGIS2、数据准备：Elev_clip.shp，Elevpt_clip.shp、Boundary.shp、移动基站.shp;三、实验内容三维分析扩展模块的装入：Customize→Extensions→3D Analyst 本实验中3D分析参数设置：1、DEM及TIN的建立1.1 由矢量数据建立TIN（1）【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Data Management】-【TIN】-【Create TIN】，分别选择Elevpt_clip.shp和Elev_clip.shp生成TIN，并比较结果；（2）TIN的显示将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式：1.2 由TIN建立DEM【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Conversion】-【From TIN】-【TIN to Raster】，分别选择tin_Elevpt和tin_Elev生成Grid格式的DEM，并比较结果；1.3 由矢量数据建立DEM【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Raster Interpolation】选择Elevpt.shp，利用IDW、Kriging、Natural Neighbor、Spline数据内插方法生成Grid格式的DEM；2.DEM 的应用基于ArcGIS 的地形因子的提取，均是基于DEM 的基础上的。
由于由线生成的TIN 再转化得到的DEM （tin_elev ）精度更高，故后续的DEM 应用均采用该数据进行。
GIS分析 第7章 三维分析
❖实际应用中一般用来计算土石方量（填、挖方）
DEM的应用:可视化分析—表面面积和体积
洪水淹没分析
❖可交互式改变洪 水的高度
❖水体积计算 ❖淹没表面积计算
DEM的应用:可视化分析—填挖方分析
3.3.3填挖方分析
❖通过分析比较两个表面模型前后的变化， 还可以计算填埋及挖掘土石方量；
Aspect
DEM的应用—坡向提取
7
7
70
52
75
50
75
45
60
6
75
60
6
75
90 100
5
80
80
70
104 70
55 5
65
75 75
490
80
61
4
60
94
90
3
57
48
80
3
55
80
12 05
70
53 70
70
2
1
50
66
50
60
1
0
90 0
1
2
3 45 4
655
640 575
8
295
TU
DEM的应用—等值线
DEM的应用—等值线
石河子市DEM及其等值线
1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350
DEM的应用—可视化分析
3.3基于DEM的可视化分析
用地面实测记 录生成DEM
城市三维地图浅析
城市三维地图浅析作者：高富强来源：《城市建设理论研究》2013年第34期中图分类号：O343.2文献标识码： A从地图的表现形式上看，地图的发展从公元前6000多年古埃及人开始使用芦苇绘制地图、中国西汉时期的纸质地图、俄罗斯刻在银壶上的线刻地图，这些都是以古老的线划形式出现的。
到了上世纪60年代国际上出现了一个新的科技领域“遥感”，当时被称作Remote Sensing,是通过卫星遥感测绘出地球所有可见表面物象，形成遥感影像，遥感影像的出现为土地利用与调查、测绘、城市规划等领域发挥着重要作用，这使在地图的利用上出现了新的形式，使用者可以直观的看到物体的颜色、质感更容易分辨出各地类的分布情况及各个时期的地表物质变化情况，更加方便的对地球环境监测做出正确的评价与分析。
近年来随着遥感影像的分辨率精度的提高，大比例尺的影像图再现了地球表面所有可见物，加上计算机技术的飞速发展，建筑建模技术与虚拟技术的成熟，这些都为城市三维地图的形成奠定了基础，城市三维地图是基于高精度的DEM的基础上叠加高分辨率的正射影像作为地形表面，利用近景摄影（测量）技术采集建（构）筑物的表面数据，经计算机数字化处理建模、纹理贴图，属性定位，分层组织，整理入库而形成的城市三维地图地理信息系统。
城市三维地图特点：城市三维地图特点是城市各要素模型的建立，这些模型构成了整个城市地理景观物象，是城市三维地图表现特征，它不仅拥有普通地图的一般特性，而且能够综合利用所有测绘4D （DEM、DOM、DRG、DLG）产品的成果，形成新的地图形式——城市三维地图，具有如下特点：1.可量测性：在确定了的地图投影下，可实现三维立体的量测，包括坐标量测、面积、体积的量测、坡度和土方计算量测等。
2.直观性：地图是表达地理事物的工具，利用符号、色彩和注记等手段获取地理空间信息，而城市三维地图是利用真实的模型取代了一般符号来表达地理信息技术，实现地图的三维漫游显示，利用金字塔分级显示技术，把视野范围所用地物在多个层级上按照用户的要求显示，其上叠加各种矢量、栅格数据，可以从任意角度和距离的观测、分析，它以逼真效果的再现城市场景，形成城市三维地图。
8第七章-2城市地形三维建模分析
2.
3.
19
3
第二节 城市地形三维建模分析
DEM的主要表示模型 DEM的主要表示模型 规则格网模型 规则格网模型
规则网格，通常是正方形。规则网 格将区域空间切分为规则的格网单元， 每个格网单元对应一个数值。数学上 可以表示为一个矩阵，在计算机实现 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。
4
第二节 城市地形三维建模分析
等高线模型 等高线模型表示高程， 高程值的集合是已知的， 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。
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第二节 城市地形三维建模分析
二、不规则三角网（TIN）模型 不规则三角网（TIN） 三角网
1、规则格网DEM存在许多难以克服的缺陷： 规则格网DEM存在许多难以克服的缺陷： DEM存在许多难以克服的缺陷
11
第二节 城市地形三维建模分析
实验步骤
1. AutoCad 地形数据njdj_dx.dwg转换进入ArcGIS
新建Geodatabase 在ArcCatalog中找到dwg文件（浅蓝色表示），并将 其中的多义线（线形）数据右键导出到Geodatabase 设置Geodatabase中导出线形Feature Class的空间参考
7
第二节 城市地形三维建模分析
1 XYZ 2 XYZ 3 XYZ 4 XYZ 5 XYZ 6 6 XYZ 7 XYZ 8 XYZ
1 3 2 1 5 5 6 7 7 4 8 4 3 2 顶 点 邻 三 形 接 角
1 2 3 4 5 6 7 8
1 5 6 1 4 5 1 2 4 2 3 4 5 6 8 4 5 8 4 7 8 3 4 7 三 形 件 角 文
ArcGIS10.2地形分析详细步骤
基于ArcGIS下的地形分析报告—以寨场山森林公园的地形为例摘要：ArcGIS是处理空间数据的特殊信息系统，能进行高级空间分析，进行数据发布和输出。
具有易于修改、更新、查询、分析和表达地理数据等优点。
本文以惠东县寨场山森林公园的地形为例，阐述了如何用ArcGIS这个软件从自然和环境等生态因素的角度对地形的高程、坡度、坡向进行详细的说明，并对正射模型、鸟瞰图以及立面图的生成过程作出具体分析。
图文并茂，简单易懂，直观地表现了ArcGIS的强大的矢量化数据处理能力以及空间分析能力。
关键字：空间分析; 坡向图;坡度图;鸟瞰图;Terrain analysis report based on ArcGIS -Take the terrain of Zhai Changshan Forest Park for exampleAbstract：ArcGIS is a special information system which can process spatial data , it can analyze advanced space , publish and output data . It is easy to modify, update, query, analysis and presentation of geographic data,etc. In this paper,taking the terrain of Huidong County Zhai Changshan Forest Park for example, describes the detailed steps on how to use this software for elevation, slope, aspect and environmental factors , and to make a detailed analysis on orthophoto generation process model , aerial view of the terrian and elevations.It is illustrated and easy to understand, it also has a powerful vector data processing capability and spatial analysis capabilities of ArcGIS.Key words：Spatial Analysis; Aspect Map;Slope Map; Aerial View;1.整理CAD根据要求，只要对寨场山森林公园整个地形中的红线范围里面的部分进行分析，为了保持红线内的内容清晰、完整，同时节约内存和空间，因此要删除红线外的部分，隐藏或者删除不必要的其他图层。
三维地形可视域分析的显示技术
第31卷第4期2 0 0 9 年8 月沈阳工业大学学报Journal of Shenyang University of TechnologyV o l131 No14Aug1 2 0 0 9文章编号: 1000 - 1646 ( 2009) 04 - 0458 - 04 三维地形可视域分析的显示技术魏东, 池聪伶(沈阳工业大学信息科学与工程学院, 沈阳110178)摘要: 为了使可视域分析结果在3D G I S中显示以方便用户使用,探讨了在规则D E M 数据基础上三维地形的显示手段,分析了观察点的拾取、可视域的分析及结果显示的方法. 其中观察点的获取采用Java3D拾取技术;可视域分析采用参考面法得到可视点;分析结果显示是按照地形的起伏、在地形上方以半透明的方式来显示可视区域. 仿真结果表明,这种方法对可视域分析结果描述准确,且对原地形的显示效果和交互操作影响较小.关键词: 三维地形; 数字高程模型; 可视域分析; 拾取; 三维地理信息系统; 交互; 可视化;显示技术中图分类号: TP 391. 72 文献标志码: AD isplay ing technology of 3D terra in v iewshed ana lysisW E I D ong, CH I C ong 2ling( School of Info r m ation S cience and Engineering, Shenyang U niversity of Technology, Shenyang 110178, C hina)Abstract: In order to disp lay 3D te rra in v i ew shed analysis result in 3D geog raphic info rm ation system ( G IS ) and m ake it convenien t fo r the use r, the 3D te rra in disp lay ing on the basis of the regula r d ig ita l e le v ation m od e l (D E M ) da t a w as d i s cus s ed. Th e m e tho d s fo r th e p ick ing up o f t he o b s e rvation po i n t, 3D te rra in view shed analysis and resu lt disp lay ing w ere p resented. The Java3D p ick ing up technology w as used to obtain t he obs e rvation po i n t, and the ref e r e nce p lan e a l g o r ithm w as u s ed to obta i n t he v i e w point i n view shed analysi s. The analysis resu lt w as disp layed in acco rdance w ith the 3D te rra in fluctuation, w here the view area w as revea led on the upside of the te rra in in a translucence m ode. The s im ula tion results show that th i s m e thod can exactly describe the view shed analysis result and has less influence on the i n itia l te rra in disp lay ing effec t and in te ractive op era t ion.Key words: 3D te rra in; d ig ita l e leva tion m ode l; view shed analysis; p ick ing up; 3D geographic info rm ation s ystem;in te r ac t ive; v i s u alizat i on; disp lay t e chnolo g y随着对3D GIS的深入研究,地理信息的三维显示成为3D GIS的重要表现手段. 近年来三维可视化技术已经在生物、医学、地质、大气等领域有了很多成功的应用. 3D GIS中的空间分析是GIS中主要的三维功能,对空间对象进行三维空间分析和操作是三维GIS的特有功能[ 1 ] . 可视域分析是其中一部分,地形环境中的可视域是构成地形模型点中相对于某个观察点的所有通视点的集合[ 2 ] ,利用这些通视点就可以将地形表面相对于某个观察点的可视区域描述出来. 现有的文献中主要关注可视域的分析方法,对分析结果的显示,特别是在三维显示方面讨论的较少,但作为显示和交互的一部分, 可视域分析结果的描述在工程应用中显得很重要. 为了实现更好地交互,分析结果显示应做到直观生动且对三维交互操作和地形地貌没有影响或影响较小. 本文讨论的方法对分析结果采用三维显示, 且对原有地形地貌的显示影响较小.三维地形可视域分析与显示技术中,三维地收稿日期: 2008 - 12 - 12.基金项目: 辽宁省科技厅科技攻关资助项目(2002216008).作者简介: 魏东( 1968 -) ,男,山东利津人,副教授,主要从事计算机图形学、虚拟现实等方面的研究.第 4期魏 东 ,等 :三维地形可视域分析的显示技术459形的形成与显示是所有工作的基础 ,所有交互都 是在这个平台上实现的. 三维拾取是进行可视域 分析与显示技术的重要一步 ,通过拾取确定观察 点来实现与用户的交互 ,在此基础上进行可视域 分析并显示分析结果. 对分析结果进行三维显示 时应按照原地形的起伏实现.1 三维地形的显示及三维拾取111 三维地形的形成和显示三维地形显示是 G IS 中对地表高程起伏情况直观的表达方法 ,可以达到一种身临其境的效果. 可视域分析与显示的基础是三维地形 ,本文是采 用规则 D E M 数据为数据基础形成三维地形. 由于 规则 D E M 数据间隔相同 ,因而形成格网 ,再由此 形成三角网. 在生成三角网时需要先根据不同格 式的 D E M 数据读取其中有用数据 ,再定义点表及 三角形点表来组织三角面片 ,最后设置纹理坐标 绑定纹理 ,设定光源属性产生阴影效果. 具体实现 为 :Point [ ] oPoin t; / /点表int [ ] [ ] iGridPoints; / /三角形表点表 IndexedTriangleA rray triangles = newIndexedTriangleA rray ( vCount, IndexedTriangleA r 2 ray. COORD INA TES | IndexedTriangleA rray. COLOR _3, iCount ) ;Triangles. setC oo rdinates (0, oPoints ) ;Triangles. setCoo rdinate Indices ( 0, iGridPointIn 2 dex ) ; / /生成三角面Triangles. setTextureCoordinate ( m, new Point2f ( 110f/oGrid. iR ow sN um 3 i, 110f/oGrid 1 iEachTier [ i ] 3 j ) ) ; / /设置纹理坐标oGrid. iR ow s N u m 是网格对象中网 格行 数 , oGrid. iEachTier 是网格对象中每行列数.形成的三维地形显示如图 1 所示 ,其中图 1a 是形成的三角网 ,图 1b 是绑定纹理的三维地形. 112 观察点的三维拾取观察点的确定可以采 用 Java3D 的拾 取技 术 [ 3 ] , Java3D 提供了一些 A P I 函数来实现拾取技 术 ,其中有些 A P I 函数就封装了求交运算. 它的实 现原理是用户的屏幕对应 3D 空间中的一个投影 平面 ,当用户在屏幕上看到一个物体 ,移动鼠标到 目标位置上并按下鼠标左键时 , Java3D 从空间中 的视点向投影平面上的鼠标点画一条射线 ,沿射 线的方向检测是否有物体与该射线相交 , 保存 一定范围内所有相交的物体 ,根据程序需要返回图 1 三维地形显示F ig 11 3D terra in d isplay i ng指定的物体 [ 4 ]. 对求交只需输入视点和屏幕点的 位置就能由 A P I 函数自动计算出三维点 ,这样就 使问题变得简单多了 ,其主要实现过程如下 : / /得到视点坐标eyePos = p i ckCanvas. getStartPosition ( ) ; / /得到与经过视点的射线相交的点 p ickResult = p ickCanvas. p ickC l o s est ( ) ; / /获取离视点最近的点p i = p ickResult. getC l o s estIn t ersection ( eyePos ) / /返回交点的几何信息curGeomA rray = p i . getGeom e tryA rray ( ) ; / /返回与实体相交点的三维坐标 intPt = p i . g etPointCoo r dinatesVW ( ) ;视点的作用主要是用于观察和浏览 ,视平台 独立于用户真实物理环境的好处是将场景的内容 描述和观察条件的设置在软件结构中分离 [ 5 ] . Java3D 视野分支中视平台的父节点确定了视平台 在虚拟环境局部坐标系中的位置和方向. 若通过 修改与 Transfo rm Group 节点相关的 Transfo rm3D 对象 ,就可以在虚拟场景中随意移动视平台 [ 6 ] . 此时获取了与三维场景中模型上的点对应的 世界坐标系中的三维坐标 ,以拾取到的点为观察 点进行可视域分析及显示.2 可视域分析及显示211 可视域分析对于规则网格计算可视域的一种简单方法就 是从观察点沿着视线的方向进行 ,从观察点开始到 目标格网点 ,计算与视线相交的格网单元 (边或 面 ) ,判断相交的格网单元是否可视 ,从而确定观察 点与目标点之间是否可视 ,显然这种算法存在大量 的冗余计算 [ 7 ]. 本文采用一种完全脱离视线 ,不需 DEM 内插计算 ,通过视点和目标点间的空间关系460 沈阳工业大学学报第31卷所形成的参考面来判断视点与所有目标点是否可视的算法,由于算法简单且不存在冗余计算,该算法比任何基于视线的可视域算法都快[ 8 ] .在计算某观察点S i, j的可视域时, 该算法首先涉及到“参考面[9 ]”的概念.参考面定义为通过观察点S i,j和目标点d m,n附近的两个同行号或同列号的辅助格网点的平面P(m,n). 辅助格网具有与已知D E M 相同的点数,记为R = { r m,n} , m 和n 为对应D E M 的行列数. 观察点S i,j与目标点d m,n可见的前提是它必须位于参考面P (m , n)内或在参考面之上, P (m , n)由观察点S i, j和在目标点d m , n“之前” (比d m,n更接近S i,j的2个相邻的辅助格网点形成,见图2).如果目标点d m , n可见,则相应的辅助格网点r m,n的值等于d m ,n的高程值(见图2a). 令可视矩阵点V m,n值为真,否则r m,n值正好等于从S i,j到d m,n可见的最小高程值Z (见图2b), 并将可视矩阵点V m,n的值置为假1通过从视点向外计算,由辅助格网点和视点形成的参考面本质地定义了一个局部眼界,可用于判断下一个D EM格网点与视点S i,j的可视性,这样反复计算直到遇到 D E M 的边界. 最后通过对可视矩阵V的统计和显示得到可视域的面积及分布.图 2 算法原理F ig12 Pr inc iple of a lgor ithm212 分析结果的显示在三维地形的基础上,为了描述准确且简单直观,可以对分析结果进行三维显示,但这就产生了2个问题:1) 由于可视域是在三维地形的基础上生成并显示,因此对原有地形的显示产生了影响;2) 在三维地形上形成可视域,就会在交互时对三维操作产生影响.为了使可视域显示得清晰,简单直观的方法就是利用不同的颜色进行区别. 但要考虑到视觉的可接受性,既要对比较鲜明又要符合日常视觉习惯,这样可视域才能清晰显示出来且对原有地形地貌的影响程度较小,呈半透明状显示才能较为合理,从而既能清晰地看见可视域,又能较清楚地反映原地形地貌.为了减少对交互操作功能的影响,可以采用以下方法:1) 提取所有点的三维信息. 经过可视分析后得到可视域的分布,从而构成一个点集P t.2) 确定可视的点及面片. 由于是规则格网, 按顺序遍历点集,当一个小三角形面片中有至少2个点属于可视点时,判断该面片为可视的,否则视为不可视面片. 可视面片构造原理如图3所示.图 3 可视区域三角网构造原理F ig13 T r iangula tion pr inc iple of v i ewshed3) 对点集Pt所有点的高程值进行增加定值m 后再构造三角网, 这样操作时对拾取到的点坐标减去定值m 后就转变成对原地形的操作, 同时构造三角网与原地形起伏一致, 三维效果更强.4) 设置颜色和透明度. 显示时构造三角网形成曲面设置相应的颜色和透明度(透明度可以调节) ,这样既能够显示出可视域,又对原有地形的显示影响较小. 可视域的显示结果如图4 所示, 图4a为不透明显示可视区域,图4b为半透明显示可视区域. 经过对比显示发现,图4b的显示方式可以做到对原有地形的显示效果影响较小,并可以实现可视分析的功能和显示效果.要保证每个角落都有信号,区域间必须有重第4期魏东,等:三维地形可视域分析的显示技术461叠,重叠区域的显示要和其他区域有所区别才能正确直观. 通常选择一个对比鲜明的颜色作为重叠的标识,在确定下一个观察点,调用可视域分析后得到的点集与之前得到的点集求交,求得2 个可视区域的交点集. 在形成三角网时对属于交点集的点所在的三角面片设置不同颜色,有重叠区域的显示可视区域效果,如图5所示.3 结论采用本文方法,可以为移动基站选址进行覆盖范围预测. 使用Java及Java3D 编程,读取D E M 数据生成地形后,利用Java3D的三维拾取功能得到观察点,进行可视域分析,最后对分析结果进行三维显示.3D GIS上的空间分析在各种各样工程中有广泛的应用价值. 本文讨论的方法主要是为基站选址进行的,在这里覆盖范围预测使用的是三维地形的可视域分析,实际上可视域与基站的真正覆盖范围之间有一定的偏差,这是因为站点的可视域忽略了电波反射、衍射等因素的影响所致. 虽然如此,它对站址的地形遮挡情况仍然可以描述得很清楚[ 10 ] . 本文利用Java3D 提供的封装好的API函数,采用面向用户的交互式方法,既简化了问题的实现过程,又便于工程中的应用. 采用“参考面”法,脱离视线,不需DE M 内插计算,算法简单且不存在冗余计算. 在对分析结果显示时采用三维显示,在地形上方按照原地形起伏显示可视域,对原地形的显示效果及其他三维操作影响较小.参考文献( References) :[ 1 ] 施加松,刘建忠. 3D G IS技术研究发展综述[ J ]. 测绘科学, 2005, 10 ( 5) : 117 - 119.( SH I J ia2song, L IU J ian2zhong. D evelopm ent of 3DG IS technology [ J ]. Science of Surveying and M ap 2p ing, 2005, 10 ( 5) : 117 - 119. )[ 2 ] 孙家广,杨长贵. 计算机图形学[M ]. 北京: 清华大学出版社, 1998.( SUN J ia2gu ang, YANG C hang2gu i. C om puter graphics[M ]. B eijing: Tsinghua U niversity Press, 1998. )[ 3 ] 李东梅. 三维G IS中的失栅一体化技术的研究与设计[ D ]. 沈阳:沈阳工业大学, 2007.(L I D ong2m e i.R eseareh and design on in tegrationtechnology of vector data and raster data in three2d im ension G IS [ D ]. Shenyang: Shenyang U niversityof Technology, 2007. )[ 4 ] 都志辉. JAVA 3D 编程实践———网络上的三维动画[M ]. 北京:清华大学出版社, 2002.(DU Zhi2hu i.Practice of JAVA 3D p rogramm i n g———3D an i m ation on in ternet [M ]. B eijing: Tsinghua U ni2versity Press, 2002. )[ 5 ] 黄有群. JAVA 3D 中视点功能的应用浅析[ J ]. 沈阳工业大学学报, 2007, 29 ( 4) : 442 - 445.( HUAN G You2qu n. A nalysis of view point functionapp lica tions in JAVA 3D [ J ]. Journal of S henyangU niversity of Technology, 2007, 29 ( 4) : 442 - 445. ) [ 6 ] 武一南,黄有群. 基于Java3D 的三维场景生成工具的研究与实现[ J ]. 沈阳工业大学学报, 2004, 26( 4) : 4292432.(W U Y i2nan, HUAN G You2qu n. R eseacrh and im p le2m entation for a tool based on Java3D to create three2d im ensional [ J ]. Journal of S henyang U niversity ofTechnology, 2004, 26 ( 4) : 4292432. )[ 7 ] 李志林,朱庆. 数字高程模型[M ]. 武汉: 武汉测绘科技大学出版社, 2000.( L I Zhi2lin, ZHU Q ing. D ig ita l elevation m odel[M ]. W uhan: W uhan Technical U niversity of S urvey2ing and M app ing Press, 2000. )[ 8 ] J ian J W , G ray J, R obinson K W. G enerating view 2 sheds w hithout using sightlines [ J ]. Photogramm etricEngineering & R em o te S ensing, 2000, 66 ( 1) : 87 - 90. [ 9 ] 吴艳兰. 基于参考面的可视域算法[ J ]. 测绘信息与工程, 2001 ( 1) : 19 - 21.(W U Yan2lan. A n alg orithm for com puting view shedsbased on reference p lanes [ J ]. Journal of G eom atics,2001 ( 1) : 19 - 21. )[ 10 ] 张立立. 基于地理信息技术的山区农村无线通信基站选址研究[ J ]. 电信工程技术与标化, 2004 (4) : 20 - 23.( ZHAN G L i2li. A pp lica tion of G IS in base sta tion lo2cation for m ountain area [ J ]. Telecom EngineeringTechnics and S tandardization, 2004 ( 4) : 20 - 23. )(责任编辑:景勇英文审校:王丽梅)。
三维地形自动测量分析系统的开发及应用
器为主 的测 距组 件 实现行 走 定位 ， 高 了测 车 和 测桥 的 定位 精 度 。 采 用 齿 带传 动 结构 代 替 钢 提 索牵 引方案 实现 测 车横 向行走 ， 大地提 升 了测 车的 定位 能 力 ； 用轴 传 动 结构 实现 测桥 自动 较 采
纵 向行 走 ， 高测桥 的定 位 能力 。采 用 双探 头采 集模 式 ， 体 上 大幅 度 提 高 了数 据 采 集 效 率 。 提 整 系统提供 了地形 数据 的 自动 测量功 能 ， 降低 了人 员劳动 强度 ， 供 了测 车 和测 桥 行走 的控 制 功 提 能， 方便 用 户 自定义操 作 ； 供 了测 量 断 面的 显 示 和 对 比 ， 维 地 形 的显 示 、 高线 的绘 制 、 提 三 等 冲
析。
０ 引 言
在 河 工 、 工 模 型 试 验 中 ， 形 是 重 要 的 测 量 要 素 之 港 地
一
。
如何降低 测量 工作 中的人 工劳 动强 度 和人 工 干扰 ，
１ 测 量 原 理
三 维 地 形 自动 测 量 分 析 系 统 可 以 分 为 ３个 部 分 ： 械 机
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ９ １１ ． Ｓｐ ２ ０ ｅ ．， ０１
动行走时左右两端保 持 同步 ， 不仅保 证 了运 动的精度 ， 还 有效避免测 桥被 卡住 等问题 。 测车位于测 桥上 ， 内部 安装有步 进电机 ， 通过齿 带传 动结构带动 ４个滚动轮在测桥上移动 ， 齿带传动结构可有 效防止传动带 打滑 ， 保证 横 向移动 的精度 与效 率 。系统
静 止 值 的 扰 动 现象 。媒 质 包 括 气 体 、 体 和 固体 。流 体 中 液
的声波常称为压缩波或压强波 ， 对一 般流体媒 质而言 ， 声 波是一种纵波 ， 其传播速度为 ：
第六章-三维数据的空间分析方法
观察坐标系中 的三维裁剪
三维坐标投影为 二维坐标
光照模型与纹理映射
视口变换
屏幕坐标系中的 三维图形图像
三维可视化的基本流程
• 观察坐标系中的三维裁剪：
– 人眼的观察范围是有一定角度和距离范围。在计算 机实现三维可视化的时候，也有一定的观察范围， 可用视景体(Frustum)来表示这个范围。
– 视景体(Frustum)：由远、近、左、右、上、下6个平 面确定。包括： • 平行投影视景体 • 透视投影视景体
– 首先根据DEM数据计算坡度和坡向； – 将坡向数据与光源方向比较：
• 面向光源的斜坡得到浅色调灰度值； • 反方向得到深色调灰度值； • 两者之间得到中间灰值，中间灰值由坡度进
一步确定。
DEM在地图制图学与地学分析中的应用
地面晕渲图与航片、卫片的区别：
– 晕渲图不包括任何地面覆盖信息，仅仅是数字化 的地表起伏显示；
不规则三角网（TIN）
优点：
• 可根据地形的复杂程度确定采样点的密度和位置，能充 分表示地形特征点和线，减少了地形较平坦地区的数据 冗余。
• 在显示速度及表示精度方面优于规则格网 •TIN是一种变精度表示方法：平坦地区数据点较少，地形起伏 较大的地区数据点密度较大。这种机制使得TIN数据可用较小 的数据量实现较高的表达精度。
– 从数据结构占用的数据量来看，在顶点个数相同的情况 下，TIN的数据量要比规则格网的大(约3~10倍)。
图形法表示DEM的比较
规则格网
不规则三角网
数据结构
1、坐标原点
1、坐标点
2、坐标间隔和方向 2、坐标关系
主要数据源
原始数据插值
离散数据点
建模的难易度
难
基于MAPGIS三维地形模型的实现
本科生毕业论文（设计）题目基于MAPGIS 三维地形模型的实现姓名学号院系地理与旅游学院专业地理科学指导教师职称2015 年5 月16日曲阜师大学教务处制目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)引言 (1)1 研究区域概况及数据源 (2)1.1 研究区域概况 (2)1.2 数据源 (3)2 具体操作方法及流程 (3)2.1 操作方法 (3)2.2 图件扫描 (4)2.3 图像文件的格式转换 (4)2.4标准分幅影像图（DRG）的生成 (5)2.4.1 图幅生成控制点 (6)2.4.2 顺序修改控制点 (6)2.4.3 生成质量评估文件 (7)2.4.4 标准图幅裁剪 (7)2.5 矢量化等高线 (7)2.5.1 新建MAPGIS 6.7的点、线、面工程文件 (8)2.5.2等高线矢量化82.5.3 等高线自动赋值 (9)2.6 DTM模型的生成 (10)2.6.1 平面等值线图的绘制 (10)2.6.2 彩色等值立体图的绘制 (11)2.7 三维地形的生成及飞行 (12)2.7.1 三维地形的漫游 (12)2.7.2 平面晕渲图的绘制 (13)2.7.3 立体示意图的绘制 (13)结语 (14)致 (14)参考文献 (14)基于MAPGIS 三维地形模型的实现地理科学专业学生111指导教师111摘要：本文以省曲阜市东南部尼山镇颜母庄的1：10000（I50G013052）的地形图为地理底图，介绍了基于软件MAPGIS 6.7的三维地形模型及三维漫游的实现的操作步骤和经验技巧，以期对地图制作等相关操作及软件的使用起到借鉴作用。
关键词：MAPGIS 6.7；尼山镇颜母庄；三维地形模型；三维漫游The Realization of 3D Terrain Model Based on MAPGISStudent majoring in Geography 111Tutor 111Abstract：The article introduces the general step and the key technologies of the production of 3D TerrainModel based on MAPGIS 6.7,taking the area of Nisan Yanmu Town ,ShanDong Province as example.I hope toprovide some suggessions ,experiences and skills of 3D terrain realization and flight.Key words：MAPGIS 6.7; Nisan Yanmu Town;3D Terrain Model;3D terrain realization and flight引言MAPGIS是中地信息工程研制的具有自主的大型基础地理信息系统软件平台。
三维地质建模研究现状
三维地质建模研究现状王小锋河海大学土木学院（210098）E-mail：wwxf2001@摘要：本文总结介绍了三维地质建模的研究现状，并分析了现在所使用的各种方法的优缺点及其适用范围。
关键词：三维建模，地质体，研究现状传统的地质信息的表达方式主要有两种[1]，一种是采用平面图和剖面图来表达，其实质就是将三维地质环境中的地质现象投影到某一平面（XY平面、XZ平面或YZ平面）上进行表达；另一种是采用透视和轴测投影原理，对三维地质环境中的地质现象进行透视制图，或是将它们投影到两个以上的平面上进行组合表达，以增强三维视觉效果，提高人们对目标体的三维理解。
这两种方式都存在着空间信息的损失和失真问题，而且制图过程繁杂，信息更新困难。
三维地质建模针对这些存在的缺陷，借助于计算机和科学计算可视化技术，直接从三维空间的角度去理解和表达地质体和地质环境。
所谓的三维地质建模[2]（3D Geosciences Modeling）,就是运用计算机技术，在三维环境中，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术，它是由地质勘探、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地质、GIS、图形图像和科学计算可视化等学科交叉而形成的一门新兴学科。
这一概念最早是由加拿大的Simon W.Houlding于1993年提出的，在理论研究方面，Calson E.早在1987年就从地质学的角度提出了地下空间结构的三维概念模型[3]。
他的研究开辟了地下三维数据模型的先河，因而其思想也被后来的许多学者所采用。
在不同的应用领域中，学者们就三维地理信息系统的理论结构与实现方法进行了大量的探索，并提出了各自的数据模型与建模方法来描述三维地下空间。
1. 建模方法的研究在过去的十来年中，有20余种三维空间建模的方法被提出，这些方法可归纳为基于面模型，基于体模型和基于混合模型的3大类构模体系[1]。
第十四章：ArcGIS三维分析
第⼗四章：ArcGIS三维分析 ArcGIS具有⼀个能为三维可视化、三维分析以及表⾯⽣成提供⾼级分析功能的扩展模块“3D Analyst”,可以⽤它来创建动态三维模型和交互式地图，从⽽更好地实现地理数据的可视化和分析模型。
⼀、ArcGIS三维分析概述 ArcGIS三维分析模块主要提供了基于表⾯⾼程数据的数据三维可视化和三维地理空间分析功能。
通过此模块可创建栅格表⾯、进⾏插值、⽣成TIN和进⾏表⾯分析等。
1.三维分析基础 地理空间系统的三维分析多是在数字⾼程模型（Digital Elevation Model简称DEM）上进⾏的。
①表⾯与表⾯模型 ②栅格表⾯：栅格表⾯通常存储在格⽹（GRID）格式中。
格⽹由⼀组⼤⼩均⼀、具有z值的矩形单元构成。
栅格单元越⼩，格⽹表⽰的空间精度越⾼。
③TIN表⾯：不规则三⾓⽹（TIN）是表达表⾯的⼀种有效⽅法，它由不规则分布的数据点连成的三⾓⽹组成，三⾓形的形状和⼤⼩取决于不规则分布的观测点或称节点的密度和位置。
2.ArcGIS三维分析平台与模块简介 使⽤ArcMap平台可以建⽴三维数据，包括建⽴创建和修改TIN数据、插值⽣成栅格数据等，也可以对数据进⾏表⾯查询、分析以及各种表⾯积或体积的计算等，还能对数据进⾏转换、重分类等等操作。
使⽤ArcCatalog可以浏览并管理三维数据。
另外，ArcGIS软件体系还有两种平台——ArcScene和ArcGlobe来显⽰和表达三维数据或场景。
3.ArcGIS三维分析⼯具的激活与添加（⼯具-扩展-勾选3D Analyst） ⼀般默认情况下，在ArcMap、ArcCatalog和ArcScene中三维扩展分析⼯具都是出于未激活的状态。
①激活⼯具②添加⼯具⼆、三维表⾯模型的建⽴ 真实的表⾯是连续变化的，即表⾯包含⽆数个点，所以⼀般情况下，不可能对所有点的z值进⾏度量和记录。
表⾯模型允许⽤户在GIS对表⾯信息进⾏存储。
表⾯模型通过对表⾯上不同位置的点进⾏采样，进⽽对采样点进⾏插值，对表⾯进⾏模拟和近似的拟合，即利⽤有限⽬的样本点来估计未知样本点的值，从⽽形成整个表⾯。
三维地形可视化技术在城市设计中的应用
三维地形可视化技术在城市设计中的应用一、引言城市设计作为一门综合性学科，致力于通过科学的规划和设计手段改善城市环境，提高居民的生活质量。
而随着科技的不断发展，三维地形可视化技术逐渐被引入城市设计领域，为城市规划者和设计师提供了更加直观、准确的数据和呈现方式。
本文将探讨三维地形可视化技术在城市设计中的应用，以及其对城市设计带来的重要影响。
二、三维地形可视化技术的基本原理与方法三维地形可视化技术是一种通过计算机图形学和地理信息系统相结合的方法，将地理数据转化为具有立体感的图像，以模拟真实地貌和地形信息。
其基本原理是通过建立数字地形模型，然后利用软件工具将地形数据转化为立体模型的形式，最终实现对地形的可视化展示。
三维地形可视化技术的方法主要包括：1. 高程数据处理：通过对地形数据进行处理和分析，获取各点的海拔高度，形成高程数据。
2. 三维建模：利用建模软件，根据高程数据生成虚拟的三维地形模型。
可以根据需要对地形进行平滑、加密，以及添加光照等效果。
3. 纹理贴图：为三维地形模型添加纹理贴图，使其更加真实、生动。
纹理贴图可以包括地表植被、建筑物、道路等各种元素，使得地形模型更加贴近真实情况。
4. 动画与交互：通过动画技术和交互式操作，实现对三维地形模型的动态漫游和交互浏览，为城市设计者提供更加直观的感受和操作方式。
三、三维地形可视化技术在城市设计中的应用1. 城市规划和用地分析利用三维地形可视化技术，城市规划者可以更加直观地了解城市的地貌、地势特点，从而做出更加准确、科学的用地规划。
通过模拟不同用地条件下的三维地形模型，可以有效评估城市规划方案的可行性和影响。
同时，三维地形可视化技术还可以辅助进行用地分析，帮助规划者评估不同区域的适宜性、可达性等指标。
2. 建筑设计和景观规划在建筑设计和景观规划中，三维地形可视化技术可以为设计者提供更加准确的地形信息和空间感受。
通过对地形进行三维模拟，可以更好地考虑建筑物与地形之间的关系，使建筑与环境相融合。
三维数字地形图测绘技术应用分析
三维数字地形图测绘技术的应用分析摘要：三维数字地形图将以往采用的二维地形图提升到了三维空间的高度，打破了空间的限制，从更高的角度去表达和分析现实世界，还有各实物之间的空间架构，这对城市的建设和规划会有很好的启示和指导作用，而且它对三维地理信息系统的发展有很有利的促进作用。
关键词：三维数字；地形；测绘1 背景将地形图数字化是为了地形图的储存和使用，现有的数字地图大多都是二维的，地图上只能反映相应地点的平面图形，不能反映其高程，此类地形图中的所有部分都是二维的。
因此为了能够打破二维地形图对空间的表达方面的限制，弥补应用方面的缺陷，三维地形图便产生了。
三维数字地形图所显示的点和线都是三维的，因此用户能够很明确的查看两点之间的折线长度；也能够在地图上查询某地的平面和三维坐标；两地之间的纵向的断面图也可以很清晰的现实出来；另外，两个地点之间的水平、空间方位角，水平、纵向距离，坡度等数据的计算和查询都会变得非常方便。
而三维地形图的这些功能会对工程建设设计和规划产生非常有利的作用，例如对输出管道、输电线路等的设计和规划有很强的指导作用和应用价值。
2 三维数字地形图的基本概念2.1 三维数字地形图的概念三维数字地形图指的是地物、地貌等立体形状和空间坐标用三维点表示出来，在这样的途中，地形、地貌都是它描述的对象，即线划地形图。
这就意味着，三维地形图中所有的地形、地貌、地物都是三维体现的，横轴和纵轴表示的是地貌、地物的水平投影，而z轴则表示的是三维的坐标，是立体的、空间的。
2.2 三维数字地形图的特征三维数字地形图的特征主要表现在以下几个方面：第一，它是数字或电子版形式的，不是传统的纸质的。
第二，它不仅能够描述地物的空间位置和形状，而且能够描述区域内的自然地貌的起伏状况。
第三，它的制图比例是一比一的，表示的是某地物的平面的大小和位置以及三维的空间高度或空间位置，这是通过设定地面上空某一点来测量的。
第四，地形、地貌和地物的立体形状都是通过三维的离散点来描述出来的。
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实习（六）三维分析
武汉大学资源与环境科学学院吴艳兰
一、主要内容
1、对地理数据进行透视观察、三维浏览；
2、将图像作为纹理贴在地形表面；
3、利用离散三维点建立TIN，以此表达地形；
4、练习剖面图绘制等地形分析。
二、学时安排：2学时
三、预习内容
1、ArcScene的主要功能：进行三维显示和三维场景分析的模块；
2、GIS中数字高程模型的概念、表示、TINDEM建立方法、GridDEM内插、地形分析等相关知识。
四、具体内容及操作
实习数据为: Arctutor/3Danalyst
1、用ArcCatalog预览三维数据
1) 在ArcCatalog中定位到Arctutor/3Danalyst/Exercise1,点Death Valley Terrain数据（tin）,点preview,再点preview下拉箭头，选3dView.
2) 鼠标放在ArcCatalog的菜单或工具栏上，按右键，选取3d View tools
，可以对三维场景进行各种观察。
2、将图象覆盖在地表上
1) 类似ArcMap加图层的操作，在ArcScene 中添加Death Valley Terrain数据。
同样可以应用3d View tools，观察场景。
2) 用工具，添加位于Arctutor/3Danalyst/Exercise1/data下的遥感影象数据dvim3.TIF。
可以看到该遥感影象是平地，与三维地形没有匹配，明显地看到是两层数据。
3) 关闭地形数据，点取影象数据层，击右键，properties 中的Base Height,选取Obtain for layer from surface,如下图。
按确定。
4)用工具对场景进行局部放大，可见该影象就随着地形有了起伏。
5)修改场景的高度比：点Scene layers,按右键，点Scene Properties,弹出场景的属性，将垂直夸大比vertical Exaggeration 由none改为2，观察效果。
3、建立TIN 来表达地形
1）在ArcScene中点File\Open打开Arctutor/3Danalyst/Exercise4下的BuildTIN.sxd文件。
观察数据层，有道路、离散点、等高线等。
2）显示Cavesurvey数据层，点取该数据层，按右键，点“Zoom to Layer”,可以看到该数据层具有三维信息，位于高程为0的其他层之上，如图。
3）用vipoints point层建立TIN。
a、点取vipoints point层，打开该层的属性表，其中Spot存储了各点的高程信息。
b、点3Danalyst下的Create/Modify TIN/Create TIN From Features。
选取vipoints point，如图。
c、Ok后，产生一个tin数据层，用观察该地表，它位于Cavesurvey之上。
d、点取ＴＩＮ数据层，按右键，点properties/symbology,点Add,添加Face Elevation with graduated color clamp .将Faces 关闭后，确定，可得到分层显示的地表三维图。
4、将要素添加到地表TIN上
并指定要素的高程来源，各要素与地形融合的方式。
１)点Click 3D Analyst/ point to Create/Modify TIN/Add Features to TIN.选取railroad，Height source改为None; Triangulate as改为soft line. 如下图。
２)选取brklines，按OK;
３)选取smclp，Height source改为None, Tag value field改为None.
４)选取Save Change into a new output TIN,取名为tin2.
5)Ok后，产生一个tin２数据层，点该数据层的Layer Properties/symbology,将Face 关闭，6)确定后，用观察该地表和各要素，如下图。
5、绘地表的剖面图
１) 启动 Arcmap，按OK;
2) 鼠标放在工具栏处，按右键，点取3D Analyst.
3) 在ArcScene中点取ＴＩＮ１，右键后，点copy；
４) 在ArcMap中点Layers,右键后，点Paste Layer(s)，就将tin1层copy到ArcMap中。
５) 在3D Analyst工具栏中，点Interpolate Line.在ＴＩＮ１数据层上点取剖面线，左键点线，双击后结束。
６) 按剖面生成按钮，得到下图：
6、其他工具按钮的练习。
7、练习3D Analyst下的其他分析功能，如坡度、坡向等。