DEM的可视化表达ppt课件
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DEM分析与可视化-第1章63页PPT文档
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DEM分析与可视化
§1.1 地貌表示法及其发展
三、素描式的表示法（写景法）
❖ 在早期地图上(15—18世纪)，地貌形态的表示主要 采用原始的写景方法，表现的是从侧面看到的山地 、丘陵的仿真图形。其描绘手法比较粗略，大多采 用“弧行线”、“鱼鳞状图形”和类似“笔架山” 的技法。
2020/5/25
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▪ 准确而科学地显示地貌形态，对为军事、规划，工程设计、经济
建设等部门提供可靠的地图起着重大作用。
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DEM分析与可视化
§1.1 地貌表示法及其发展
一、图案式的表示法
❖ 在 我 国 西 汉 文 帝 十 二 年 ( 公 元 前 168 年 )《 驻 军 图》上首次出现。
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dem分析与可视化1759228429qqcom1759228429qqcom武汉大学资源与环境科学学院武汉大学资源与环境科学学院2015920159主要内容第一章绪第二章数字高程模型的概念第三章规则网格结构dem的建立第四章tin结构dem的建立第五章地形三维显示的基本理论第六章三维地形的空间操作与分析第七章虚拟现实介绍第八章三维可视化引擎201616dem分析与可视化主要参考书李志林朱庆数字高程模型武汉测绘科技大学出版社2000年5月徐青地形三维可视化测绘出版社1999年201616dem分析与可视化课程进度安排实习内容
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DEM分析与可视化
§1.1 地貌表示法及其发展
七、晕渲法 ❖ 晕渲法是目前在地图上产生地貌立体效果的主要方法 ❖ 基本原理
▪ 根据假定的光源对地面照射所产生的阴影强弱或明暗程 度，用相应浓淡的墨或颜料沿斜坡渲绘其阴影，通过人 的视觉心理间接地感受到地貌的起伏变化。这种方法称 晕渲法(或阴影法、光影法)。
数字地形模型(DTM) ppt课件
ppt课件 30
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。
ppt课件 31
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
ppt课件
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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
ppt课件 7
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
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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
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
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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
DEM数字高程模型ppt课件
p3
p2
F ( X ,Y ) F ( X 3,Y3 ) 0
重复与交叉的检测：任意一边最多只能是两个三 角形的公共边。
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立体像对法
资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘
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曲面拟合法
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。可分为： ●整体拟合：根据研究区域内所有采样点的观测值建立趋势面模型。特 点是不能反映内插区域内的局部特征。 ●局部拟合：利用邻近的数据点估计未知点的值，能反映局部特征。
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概述：DEM的线模式表示
●描述高程曲线的等高线； ●数字化现有等高线地图产生的DEM比直接 利用航空摄影测量方法产生的DEM质量要差； ●数字化的等高线对于计算坡度或生成着色 地形图不十分适用。
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概述：等高线模式
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，又因为这些点是落在两条等高线包围的区 域内，所以，通常只要使用外包的两条等高线的高程 进行插值。
●现有地图数字化：对已有地图上的信息(如等 高线)进行数字化。
●地面测量：利用自动记录的测距经纬仪在野外 实地测量。
●空间传感器：利用GPS，结合雷达和激光测高 仪采集数据。
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数字摄影测量采样点的选取
●沿等高线采样：主要用于山区采样。 ●规则网格采样：按规则矩形网格进行采样， 可直接生成规则矩形格网的DEM数据。 ●渐进采样：根据地形使采样点合理分布， 即平坦地区采样点少，地形复杂区采样点多。 ●选择采样：根据地形特征进行采样，如沿 山脊线、山谷线等进行采集。 ●混合采样。 注意：所有采集的数据都要按一定的
DEM及其应用PPT
土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计 流水线分析、可视性分析 叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆 盖等 辅助影象理解、遥感分类 可以扩展到其他空间分布数据如人口、污染
JX-4A 采集的原始数据分布 (粗格网+特征线)
考虑特征线的 TIN
源于DEM的等高线与透视图
根据DEM产生的剖面图
内插的实质在于邻域的选取！
数据结构转化 Grid到 TIN（8邻域或4邻域分割） TIN 到Grid ( random-to-grid interpolation ) 等高线到 TIN 、 等高线到 Grid
基本的DEM内插方法
TIN
A
left right
Grid
A p C D
p B 双线性内插
DEM表现方式
点数据 规则分布（ 均匀密度、可变密度）、 不规则分布、 重要的特征点（峰顶、谷底、控制点）。 线数据 等高线、 剖面线、 重要的特征线（山脊、河谷等）。
DEM数据结构
1 正方形格网 Grid
2 不规则三角网TIN
DEM 生成
一般问题
精度accuracy，
=a raw+b (d tan)2 地形特征[) 采样点的密度和分布[d] 原始数据的精度[raw] 表面建模的方法(a,b)
成本cost ， 效率efficiency。
不同坡度条件下的 等高距CI与等价的DEM分辨率d
CI D
2 1 28 - 42
15 2 7 -11
45 10 10 - 15
特征点、线对DEM的贡献
（1）根据地形起伏的复杂程度不同，如果同时采集数字等高线数据和特征点线如地形线和断 裂线等，则进一步产生的 DEM 精度可以达到 1/6~1/14 等高距；然而，如果不采集特征 数据，仅由等高线产生的 DEM 精度将降低 40%~60%而只有 1/3~1/5 等高距。同时，考 虑特征后最大数据残差的幅度和频度都将大大减小，对于地形破碎地区，这种效果更加 显著。 （2）对于正方形 DEM，考虑与不考虑特征数据其精度差别满足如下的关系：
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。
第五章 DEM的可视化表达
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Beijing University of Civil Engineering and Architecture
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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Beijing University of Civil Engineering and Architecture
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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Beijing University of Civil Engineering and Architecture
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
2
Beijing University of Civil Engineering and Architecture
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。
Beijing University of Civil Engineering and Architecture
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。
DEM分析——ArcGIS实践ppt课件
计算公式
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得到地面粗糙度
.
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DEM分析操作二
地形特征信息的提取
.
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运行环境：ArcGIS 9
数据来源：某区域分辨率为5米的DEM数据。
要求：利用所提供DEM数据，提取该区域山脊线、
山谷线栅格数据层。
.
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地形特征要素，主要是指对地形在地表的空间 分布特征具有控制作用的点、 线或面状要素。
地形起伏度，是指在特定的区域内，最高
点海拔高度与最低点海拔高度的差值。
地形起伏度是描述一个区域地形特征的宏观 性指标。
.
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添加并选中DEM数据，使用栅格领域计算工具
.
25
添加并选中DEM数据，使用栅格领域计算工具
.
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添加并选中DEM数据，使用栅格领域计算工具
设置为最大值 根据自身需要选择
.
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得到地形起伏度数据
.
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4. 地面粗糙度的提取
地面粗糙度，是特定的区域内地球表面积
与其投影面积之比。
地面粗糙度是描述一个区域地形特征的宏观 性指标。
.
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点击DEM数据层，选择表面分析中的坡度（Slope） 工具，提取坡度
.
35
得到坡度Slope数据层
.
36
使用栅格计算器，计算获取地面粗糙度数据层
DEM 分析
.
1
DTM模型与DEM模型的区别
DTM（数字地面模型）：是定义于二维区域上
的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面 点来模拟连续分布的地形。每一个点上的地面属 性数据，包括土地权属、土壤类型、土地利用等。
DEM（数字高程模型）：当DTM中的属性为
DEM分析与可视化-第4章_图文
分割-合并算法 逐点插入算法 三角网生长算法
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 ,Lee 和 Schachter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O (N logN )。 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.
二、Delaunay三角网的性质
1）给定离散点集的D-三角网是唯一的； 2）三角网的外边界构成了点集P的凸多边形“外壳”； 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-三网的建立方法
一、基本准则
Delaunay三角形产生准则的最简明的形式是：任何 一个Delaunay三角形的外接圆的内部不能包含其它任何点 [Delaunay 1934]。
Lawson [1977]提出了一 个 局 部 优 化 过 程 LOP （ Local Optimization Procedure）方法。
第四章 不规则三角网结构DEM的建立
1 2 3 4 5 6 7 8
X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X X X X Y Y Y Y Z Z Z Z
6 1
1 3 2 5 5 6 7 7 4 8
2
顶点
邻接三角形
4 3
1 2 3 4 5 6 7 8
1 5 6 1 4 5 1 2 4 2 5 4 4 3 3 6 5 7 4 4 8 8 8 7
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。 TIN的基本单元三角形的几何形状直接决定着TIN应用质量。 由于地形的自相关性,相互愈接近的地形采样点,其之间 的关联程度愈大; 同时,理论与实践均证明,狭长的三角形其插值精度比规 则的三角形插值精度可信度要低。
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 ,Lee 和 Schachter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O (N logN )。 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.
二、Delaunay三角网的性质
1）给定离散点集的D-三角网是唯一的； 2）三角网的外边界构成了点集P的凸多边形“外壳”； 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-三网的建立方法
一、基本准则
Delaunay三角形产生准则的最简明的形式是：任何 一个Delaunay三角形的外接圆的内部不能包含其它任何点 [Delaunay 1934]。
Lawson [1977]提出了一 个 局 部 优 化 过 程 LOP （ Local Optimization Procedure）方法。
第四章 不规则三角网结构DEM的建立
1 2 3 4 5 6 7 8
X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X X X X Y Y Y Y Z Z Z Z
6 1
1 3 2 5 5 6 7 7 4 8
2
顶点
邻接三角形
4 3
1 2 3 4 5 6 7 8
1 5 6 1 4 5 1 2 4 2 5 4 4 3 3 6 5 7 4 4 8 8 8 7
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。 TIN的基本单元三角形的几何形状直接决定着TIN应用质量。 由于地形的自相关性,相互愈接近的地形采样点,其之间 的关联程度愈大; 同时,理论与实践均证明,狭长的三角形其插值精度比规 则的三角形插值精度可信度要低。
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多信息
消隐是图形学中非常重要的一个基本问题
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消隐的基本概念
B C
没有消隐的图形具有二义性：(a) 立方体的线框图；(b) 顶 点B离视点最近时的消隐；(c) 顶点C离视点最近时的消隐
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消隐的分类－对象与输出
根据消隐对象和输出结果
线消隐：输出线框图
面消隐：输出着色图
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二维线裁剪
图形裁剪就是决定画面中哪些点、线段 或部分线段位于裁剪窗口之内。
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三维裁剪实例
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光照模型
影响因素 光源位置 光源强度 视点位置 地面的漫反射光 地面对光的反射和吸收
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地形可视化表达
立体等高线图 线框透视图 立体透视图 地形模型与图像数据叠加图
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立体等高线图
概念：将等高线作为空间直角坐标系中 的函数H=f（x，y）的空间图形，投影到 平面上所获得的立体效果图。
地形三维表面模型是在三维线框模型的 基础上，通过增加有关的面、表面特征、 边的连接方向等信息，实现对三维表面 的描述。
49
50
第六节 地形三维景观模型
51
纹理映射概述
景物表面纹理细节的模拟在真实感图形 合成技术中起着非常重要的作用，一般 地将景物表面纹理细节的模拟称为纹理 映射技术
《DEM及地学分析》
第五章 DEM的可视化表达 第一节地形可视化概念
1
可视化
概念
根据特点及其对象： 科学计算可视化：空间数据场的可视化 信息可视化：发现数据中存在的关系和规则， 预测未来的发展趋势
2
地形可视化
DEM的地形显示、简化、仿真
通过计算机技术实现地形三维可视化
三个发展阶段 1.三维地形图 2.实体型（模拟灰度图）三维地形图 3.高度真实感三维地形图
正确的处理方法：裁剪后的多边形仍为 封闭的多边形
– 可能会并入一部分窗口作为多边形边界 – 也可能是多个不相连的多边形
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二维多边形裁剪实例
多边形裁剪后的输出 应该是定义裁剪后的 多边形边界的顶点序 列
– 如何保证裁剪后区域 的封闭性
– 如何确定裁剪后区域 的边界
矩形窗口多边形裁剪实例
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30
三维效果的影响参数 （1）观察方位角 （2）观察高度 （3）观察距离 （4）垂直放大因子
31
32
消隐和裁剪处理
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消隐的基本概念
消隐的基本概念(隐藏线或面消除)：相对于观 察者，确定场景中哪些物体是可见或部分可见 的，哪些物体是不可见的
消隐可以增加图形的真实感
– 投影：三维空间二维平面 – 二维平面：通过确定物体的前后关系，可以获得更
高程数据
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地形可视化（技术角度）
静态可视化 动态可视化
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12
地形可视化（模拟角度）
真实地形
13
模拟地形图
14
地形一维可视化
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
15
地形二维可视化
等高线法步骤 1.内插等高点 2.追踪等高线 3.注记等高线 4.光滑等高线并输出
3
三维地形图
4
实体型三维地形图
5
高度真实感三维地形图
6
三维显示技术也会影响到逼真度 投影变换 消隐与裁剪处理 光照模拟 图形描绘 纹理映射
7
地形可视化表达（维数）
一维可视化：地形断面 二维可视化：写景法，等高线法，分层
设色法，明暗等高线，半色调符号 三维表达：线框透视，地貌晕渲，地形
16
明暗等高线法
提出明暗等高线表达的理论基础 1.等高线法地形立体感不强,不便于初学 者使用 2.地貌晕渲法难以定量表示地形的起伏程 度 3.分层设色法则对图例等要素干扰较大
17
18
明暗等高线法
基本论点 1.根据斜坡所对的光线方向确定等高线 的明暗程度； 2.将受光部分的等高线印为白色，背光 部分的等高线印为黑色； 3.地图的底色饰为灰色
逼真显示，多分率地形模型
8
9
地形可视化（数据源）
不规则三角网TIN ： 规则格网模型
1.对地形的显示具有
1.能较好地显示大区
更高的精度和逼真度， 域宏观地形特征
但是
2.利于空间数据的组
2.数据结构比较复杂， 织与分析处理
不利于空间数据的组 织与分析处理
3.较小比例尺数字高 程数据
3.适用大比例尺数字
步骤 1.DEM上计算等高线 2.坐标变换 3.图形消隐和裁减
45
46
三维线框透视
线框模型是对三维对象的轮廓描述，用 顶点和邻边来表示三维对象 优点：结构简单，易于理解，数据量少， 建模速度快 缺点：线框模型没有面和体的特征，表 面轮廓线将随着视线方向的变化而变化。
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地形三维表面模型
位于窗口内的点、线段或部分线段被保 留用于显示，而其它的则被抛弃。
在一个典型的场景之中，需要对大量的 点、线段进行裁剪，因此裁剪算法的效 率十分重要(如何快速拒绝和接受)
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二维线裁剪实例
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二维多边形裁剪
简单的处理方法：对多边形的每条线段 采用线裁剪算法
– 适用于线框图显示 – 不适用于多边形的着色显示
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DEM的三角形分割
三角形片面的各种几何算法最简单、最可靠、构成的系统最优
格网细化处理 前提：DEM分辨率较大
原始格网
一次细分
二次细分
28
格网三角划分
单对角线剖分
双对角线剖分
29
透视投影变换
透视投影变换可以看作照相过程模拟，即如何 将场景中的三维几何物体变换到二维屏幕上
真实的照相机
视点、视角、三维图大小参数
19
地形图的明暗等高线制图方法 有两种
传统的手工绘制 计算机绘制
20
制作明暗等高线地图的技术路线
生成研究区域的DEM 从DEM中按给定等高距提取等高线，并
栅格化 从DEM上提取波向 划分背光面和受光面 将栅格化等高线图与划分背光受光的二
值图进行融合
21
22
明暗等高线的两个关键问题
利用明暗等高线法表示地貌，坡向是决 定明暗变化的惟一因素
明暗等高线地图以灰色为底色,以黑、白 二色为等高线的用色
23
分层设色法
基于高程的分带设色 根据等高线划分出地形的高程带 带间设色
基于高程的灰度影像 将高程数据转换成灰度域
24
25
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地形三维可视化表达的理论基础
地形三维显示的基本流程 1.DEM的三角形分割 2.透视投影变换 3.光照模型 4.消隐和裁剪 5.图形绘制和存储 6.地物叠加
消隐是图形学中非常重要的一个基本问题
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消隐的基本概念
B C
没有消隐的图形具有二义性：(a) 立方体的线框图；(b) 顶 点B离视点最近时的消隐；(c) 顶点C离视点最近时的消隐
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消隐的分类－对象与输出
根据消隐对象和输出结果
线消隐：输出线框图
面消隐：输出着色图
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二维线裁剪
图形裁剪就是决定画面中哪些点、线段 或部分线段位于裁剪窗口之内。
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三维裁剪实例
42
光照模型
影响因素 光源位置 光源强度 视点位置 地面的漫反射光 地面对光的反射和吸收
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地形可视化表达
立体等高线图 线框透视图 立体透视图 地形模型与图像数据叠加图
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立体等高线图
概念：将等高线作为空间直角坐标系中 的函数H=f（x，y）的空间图形，投影到 平面上所获得的立体效果图。
地形三维表面模型是在三维线框模型的 基础上，通过增加有关的面、表面特征、 边的连接方向等信息，实现对三维表面 的描述。
49
50
第六节 地形三维景观模型
51
纹理映射概述
景物表面纹理细节的模拟在真实感图形 合成技术中起着非常重要的作用，一般 地将景物表面纹理细节的模拟称为纹理 映射技术
《DEM及地学分析》
第五章 DEM的可视化表达 第一节地形可视化概念
1
可视化
概念
根据特点及其对象： 科学计算可视化：空间数据场的可视化 信息可视化：发现数据中存在的关系和规则， 预测未来的发展趋势
2
地形可视化
DEM的地形显示、简化、仿真
通过计算机技术实现地形三维可视化
三个发展阶段 1.三维地形图 2.实体型（模拟灰度图）三维地形图 3.高度真实感三维地形图
正确的处理方法：裁剪后的多边形仍为 封闭的多边形
– 可能会并入一部分窗口作为多边形边界 – 也可能是多个不相连的多边形
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二维多边形裁剪实例
多边形裁剪后的输出 应该是定义裁剪后的 多边形边界的顶点序 列
– 如何保证裁剪后区域 的封闭性
– 如何确定裁剪后区域 的边界
矩形窗口多边形裁剪实例
40
30
三维效果的影响参数 （1）观察方位角 （2）观察高度 （3）观察距离 （4）垂直放大因子
31
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消隐和裁剪处理
33
消隐的基本概念
消隐的基本概念(隐藏线或面消除)：相对于观 察者，确定场景中哪些物体是可见或部分可见 的，哪些物体是不可见的
消隐可以增加图形的真实感
– 投影：三维空间二维平面 – 二维平面：通过确定物体的前后关系，可以获得更
高程数据
10
地形可视化（技术角度）
静态可视化 动态可视化
11
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地形可视化（模拟角度）
真实地形
13
模拟地形图
14
地形一维可视化
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
15
地形二维可视化
等高线法步骤 1.内插等高点 2.追踪等高线 3.注记等高线 4.光滑等高线并输出
3
三维地形图
4
实体型三维地形图
5
高度真实感三维地形图
6
三维显示技术也会影响到逼真度 投影变换 消隐与裁剪处理 光照模拟 图形描绘 纹理映射
7
地形可视化表达（维数）
一维可视化：地形断面 二维可视化：写景法，等高线法，分层
设色法，明暗等高线，半色调符号 三维表达：线框透视，地貌晕渲，地形
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明暗等高线法
提出明暗等高线表达的理论基础 1.等高线法地形立体感不强,不便于初学 者使用 2.地貌晕渲法难以定量表示地形的起伏程 度 3.分层设色法则对图例等要素干扰较大
17
18
明暗等高线法
基本论点 1.根据斜坡所对的光线方向确定等高线 的明暗程度； 2.将受光部分的等高线印为白色，背光 部分的等高线印为黑色； 3.地图的底色饰为灰色
逼真显示，多分率地形模型
8
9
地形可视化（数据源）
不规则三角网TIN ： 规则格网模型
1.对地形的显示具有
1.能较好地显示大区
更高的精度和逼真度， 域宏观地形特征
但是
2.利于空间数据的组
2.数据结构比较复杂， 织与分析处理
不利于空间数据的组 织与分析处理
3.较小比例尺数字高 程数据
3.适用大比例尺数字
步骤 1.DEM上计算等高线 2.坐标变换 3.图形消隐和裁减
45
46
三维线框透视
线框模型是对三维对象的轮廓描述，用 顶点和邻边来表示三维对象 优点：结构简单，易于理解，数据量少， 建模速度快 缺点：线框模型没有面和体的特征，表 面轮廓线将随着视线方向的变化而变化。
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地形三维表面模型
位于窗口内的点、线段或部分线段被保 留用于显示，而其它的则被抛弃。
在一个典型的场景之中，需要对大量的 点、线段进行裁剪，因此裁剪算法的效 率十分重要(如何快速拒绝和接受)
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二维线裁剪实例
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二维多边形裁剪
简单的处理方法：对多边形的每条线段 采用线裁剪算法
– 适用于线框图显示 – 不适用于多边形的着色显示
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DEM的三角形分割
三角形片面的各种几何算法最简单、最可靠、构成的系统最优
格网细化处理 前提：DEM分辨率较大
原始格网
一次细分
二次细分
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格网三角划分
单对角线剖分
双对角线剖分
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透视投影变换
透视投影变换可以看作照相过程模拟，即如何 将场景中的三维几何物体变换到二维屏幕上
真实的照相机
视点、视角、三维图大小参数
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地形图的明暗等高线制图方法 有两种
传统的手工绘制 计算机绘制
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制作明暗等高线地图的技术路线
生成研究区域的DEM 从DEM中按给定等高距提取等高线，并
栅格化 从DEM上提取波向 划分背光面和受光面 将栅格化等高线图与划分背光受光的二
值图进行融合
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明暗等高线的两个关键问题
利用明暗等高线法表示地貌，坡向是决 定明暗变化的惟一因素
明暗等高线地图以灰色为底色,以黑、白 二色为等高线的用色
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分层设色法
基于高程的分带设色 根据等高线划分出地形的高程带 带间设色
基于高程的灰度影像 将高程数据转换成灰度域
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地形三维可视化表达的理论基础
地形三维显示的基本流程 1.DEM的三角形分割 2.透视投影变换 3.光照模型 4.消隐和裁剪 5.图形绘制和存储 6.地物叠加