DEM的可视化表达

第六节
地形三维景观模型
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 纹理映射的过程是先在一个纹理空间中 制作纹理图案，然后确定三维物体表面 的点与纹理空间中点的映射关系，按一 定的算法将纹理空间的纹理图案映射到 三维物体上
怎么实现
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
地形三维表面模型
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。
纹理定义域的不同 ：二维纹理与三维纹 理 按照纹理图像表现形式的不同又可将纹 理分为三类：颜色纹理、凹凸纹理和过 程纹理
颜色纹理
概念：颜色纹理是将预先定义好的纹理 图案贴到物体表面的方法，通过颜色或 明暗变化来体现表面细节 关键：二维的纹理图案映射到三维的物 体表面，必须建立物体空间坐标与纹理 空间坐标之间的对应关系
狭义DEM定义
DEM是对地球表面地形地貌 的离散的数字表达，是定义在 二维平面区域上点的高程的集 合。函数表示为
DEM {H i ( Pi ), Pi D, i 1,, n}
数字化表示
H
原始地形
DEM P（X，Y）或P（λ，φ）
DEM与DTM
P (x, y)
DEM: (x, y, H)
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

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
三维裁剪实例
光照模型
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
消隐和裁剪处理
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 多信息
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
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
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。 步骤 1.DEM上计算等高线 2.坐标变换 3.图形消隐和裁减
《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
可视化（传统象形绘图）
缺点：直观性差
可视化（传统写景方法）
缺点：不可量测
可视化（现代DEM可视化表达）
数字高程模型是对二维地理空间上具有 连续变化特征地理现象的模型化表达和 过程模拟，英文名称为Digital Elevation Model，简称DEM。简单地说， 空间起伏连续变化现象的数字化表示和 分析工具的集合
• 地貌信息
• 地物信息如水系、交通网 等； • 自然资源和环境信息如土 壤、植被、地质、气候等； • 社会经济信息如人口、工 农业产值等；
DGM: (x, y, H) (x, y, Slope) (x, y, Aspect) …
DTM: (x, y, H) (x, y, Slope) (x, y, Aspect) (x, y, Pop) (x, y, PH) (x, y, Noise) ……
DEM可以可视化表达方式
维数：一维、二维、三维 数据：格网DEM、等高线DEM、TIN 模拟：模拟地形、真实地形 技术：动态可视化、静态可视化 纹理：航空遥感影像、分析算法、纹理 映射算法
静态DEM
TIN模型的表现
格网DEM
高度真实感地形
模拟地形图
地形可视化表达（维数）
一维可视化：地形剖面。 二维可视化：分层设色法，明暗等高线， 地貌晕渲。 三维表达：线框透视，地形逼真显示。
消隐是图形学中非常重要的一个基本问题
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
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
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。
凹凸纹理
颜色纹理映射方式不同之处在于它是通 过对表面法向量进行扰动，以产生凹凸 不平的视觉效果。纹理的值不是表示颜 色的RGB值，而是用于表示凸起的程度值
过程纹理
过程纹理是将三维的纹理函数映射到空 间三维物体的方法。在这种纹理映射下， 物体的内部也会受到纹理的影响 优点：利用过程纹理模拟物体表面细节， 能够在非常复杂的曲面上表现出连续的 纹理，且纹理效果不受物体表面形状的 影响，可以很大程度地解决纹理走样的 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)
二维线裁剪实例
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

DEM的三角形ຫໍສະໝຸດ Baidu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
格网三角划分
单对角线剖分
双对角线剖分
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