DEM的可视化表达ppt课件
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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
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
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
39
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
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
26
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
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
41
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
43
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
44
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。
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
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)
37
二维线裁剪实例
38
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
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
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
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
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
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。
47
48
地形三维表面模型
27
源自文库
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
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
《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
多信息
消隐是图形学中非常重要的一个基本问题
34
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
35
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
36
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。
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
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
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
39
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
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
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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
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
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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
41
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
43
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
44
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。
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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
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
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)
37
二维线裁剪实例
38
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
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
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
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
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
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。
47
48
地形三维表面模型
27
源自文库
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
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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
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
《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
多信息
消隐是图形学中非常重要的一个基本问题
34
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。