三维地形模拟与可视化.ppt

第七章三维地形模型及其可视化,三维地形模型的应用？三维地形的表达？,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,景观模拟,选择线路,工程选址,三峡大坝规划,工程规划,防灾赈灾,工程施工,土地利用规划,三维地形显示的基本步骤,（1）数字高程模型生成和细分（2）确定光照角度、观察角度、色彩构成等辅助数据（3）投影变换，将要显示的内容投影到观察面上（4）选择消隐算法，小区三维地形中的不可视部分（5）选择光照模型，实现光照处理，使显示的三维地形具有明暗效果（6）确定绘图颜色，进行图形的绘制,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.1地形的表达,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.2DTM与DEM,1956年，Chairs.L.Miller教授提出数字地面模型（DigitalTerrainModel，DTM）：利用坐标场中大量已知的X、Y、Z的坐标点对连续地面的统计表示。其他相关术语：DHM，DGM，DTEM，DEM定义：Kp=fK（xp,yp），是描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数字阵列。DTM是GIS软件的重要组成模块。包括：数据获取、转换、存储、管理、处理、建模、应用等。与传统地形图比，DTM的特点：精确、形象、直观、生动、自动化、实时化等等。常用的DTM：GRID，TIN。,7.2.2DTM与DEM,数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）是DTM的一个子集。核心思想：描述地面特征点的三维坐标及对其操作的一系列算法。,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.3DTM的测制过程,基本原理：从离散数据构造出相互联接的格网结构，以此作为地形的数字模型基础。具体：（1）测出控制点与特征点（2）以控制点为网络框架，在其中内插高程点。（3）以一定的数据结构和算法来构建DTM,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.4DTM的数据获取,DTM数据获取：就是提取并测定地形的特征点，即将连续的地形表面转化成一个以一定数量的离散点表示的离散表。DTM的数据来源：（1）由现有地形图上采取。（2）从摄影测量立体模型上采取。（3）野外实地测量。（4）由遥感系统直接测得。如航空和航天飞行器搭载雷达和激光测高仪获得的数据。,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.5DTM的应用,绘制等高线、坡度图、坡向图、立体透视图、立体景观图、制作正射影象图、立体匹配等。作为国家基础地理信息土木、景观建筑与矿山工程的规划设计军事目的土地现状分析、城市规划交通线路规划流域、地貌分析三维显示辅助遥感解译虚拟现实等,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.6DTM的建模,通用多项式函数基于格网基于三角形混合表面,规则格网结构,GRID简介,规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。结构简单、操作方便，适合于大规模使用与管理，容易用计算机进行处理。容易进行某些地学分析与计算不能精确表示地形的结构和细部数据量过大，需要压缩在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余；在不改变格网大小的情况下，难以表达复杂地形的突变现象；,不规则格网结构,TIN的简介,生成三角网，再加三维信息既可应用于规则分布数据，也可应用于不规则分布数据能以不同层次的分辨率来描述地形更少的空间与时间更精确地表示更加复杂的表面可以内插生成规则格网，也可以建立连续表面数据存储与操作复杂适合于小范围大比例尺高精度的地形建模与GRID比较，TIN具有最小的中误差，TIN更适合于地形显示，采样数据少时，TIN的质量明显好于GRID，采样密度增加时，二者差别越来越小。,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.7TIN的生成算法,TIN模型要求：惟一性、力求最佳的三角形形状、由最临近点构成Delaunay三角网：相互邻接互不重叠，遵循空圆法则。Voronoi多边形：Delaunay三角网的对偶。泰森多边形（Thissen）、Dirichlet图,边扩展法：空圆法则、张角最大准则、最近距离扩展、最小边长和扩展。数据点渐次插入法（动态插入算法）：依据：局部优化的最大化最小角原则，LOP方法：交换凸多边形的对角线分而治之的思想（分治算法）：带约束条件的Delaunay三角网：,7.2.7TIN的生成算法,三角形生长算法（边扩展）,（1）在数据中任意取一点，查找距离此点最近的点，相连后作为初始基线；（2）沿基线的固定一侧搜寻第三点,生成Delaunay三角形;（3）以三角形的两条新边，作为新的基线；（4）重复（2）、（3）直至所有基线处理完毕。,数据点逐次（动态）插入算法,（2）从数据中取一点P加入到三角网中；（3）搜寻包含点P的三角形，将P与此三角形三个顶点相连，形成三个三角形；（4）应用LawsonLOP从里到外更新所有生成的三角形；（5）重复（1）、（2）、（3）直至所有点处理完毕；,（1）定义一个超三角形，使该三角形能包含所有数据点，并把该三角形并作为初始Delaunay三角形；,（6）删除所有包含一个或多个超三角形顶点的三角形；,2,1,3,4,2,1,3,4,2,1,3,4,2,1,3,4,(a),(b),(c),(d),2,1,3,4,(e),p,向Delaunay三角网中插入新点,约束三角网构造示意图,带约束的Delaunay三角网,在能互相通视的顶点集合中，符合空圆法则，此三角形是一个带约束的Delaunay三角形。带约束条件的Delaunay三角网的动态更新原则：在满足约束条件下，相邻两三角形组成的四边形的最佳对角线才被选取。也就是满足通视条件。,边扩展生成带约束的三角网,在边扩展中考虑通视条件利用边界局部构网,b,c,a,p,向含约束线段的Delaunay三角网中插入新点,p,向含约束线段的Delaunay三角网中插入新点,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.8TIN的数据组织,参见：图7-4,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.9TIN的拓扑性质,区域中N个离散点符合欧拉定理边数最多为3N-6三角形个数最多为2N-5,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.2.11TIN转换为GRID,线性插值最近邻插值多项式曲面插值（移动曲面拟合法）平均插值距离加权平均插值克里金插值,第七章三维地形模型与可视化,7.1真实感图形技术与地形三维可视化7.2DTM7.2.1地形的表达7.2.2DTM与DEM7.2.3DTM的测制过程7.2.4DTM的数据获取7.2.5DTM的应用7.2.6DTM的建模7.2.7TIN的生成算法7.2.8TIN的数据组织7.2.9TIN的拓扑性质7.2.10TIN转换为GRID7.3TIN等高线的追踪,7.3TIN等高线的追踪,任意平面与TIN切割：求所有三角形与平面的交线。先求三角形任两边与平面的交点。基本