基于DEM的彩色地貌晕渲与三维模拟飞行技术.ppt

基于DEM的彩色地貌晕渲与三维模拟飞行技术主要内容一、数字高程模型概述1.1DEM概述一、基本概念
1、定义
DEM是以数字形式按一定的结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的数字模型，也是地形形态和地貌起伏的数字描述。

DEM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地表提供连续描述的算法。

最基本的DEM是由一系列地面点的平面位置(x,y)及其相联系的高程值z所组成，用数学函数表达如下：
z=f(x,y)x,y∈DEM所在的区域2、DTM
数字地形模型(DigitalTerrainModel，简称DTM)是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

在一般情况下，地面特性是高程Z，它的空间分布由x、Y水平坐标系统来描述，也可用经度x，纬度y来描述海拔的分布，这种地面特性为高程或海拔高程的DTM也称为数字高程模型(DigitalElevationMode，简称DEM)。其它地面特性可以是地价、土地权属、土壤类型、地貌特征、岩层深度及土地利用等与地形有关的信息。

DTM可以是每三个坐标值为一组元的散点结构，也可以是由多项式或富里叶级数确定的曲面方程。
3、DTM与地形图相比，具有如下特点：
①容易以多种形式显示地性信息
②精度不会损失
③容易实现实时更新
④数字地面模型的构成需要以计算机为中心的一套硬件和软件，初期投资大。

4、DEM的数据采集方法5、DTM的主要应用

作为国家地理信息的基础数据
美国地质测量局USGS---国家基础地理信息产品
数字线化图(DigitalLineGraphs,DLG)
数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)
数字正射影像(DigitalOrthophotoMap,DOM)
地理名字(GeographicName)
数字栅格图(DigitalRasterGraphs，简称DRG)

我国
4D产品DLG、DEM、DOM、DRG的生产和管理
国家空间数据基础设施(NSDI)的框架数据:3D,DLG、DEM、DOM。土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计
为军事目的(军事模拟等)而进行的地表三维显示
景观设计与城市规划
流水线分析、可视性分析
交通路线的规划与大坝的选址
不同地表的统计分析与比较
生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和泾流等作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析为遥感、环境规划中的处理提供数据
辅助影像解译、遥感分类将DEM概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等
与GIS联合进行空间分析
虚拟现实(VirtualReality)DEM的派生产品
平面等高线图
立体等高线固
等坡度图
晕渲图
通视图
纵、横断面团
三维立体透视图
三维立体彩色图
景观图1.2DEM的数据结构一、规则网格结构

规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。以正方形格网（Grid）为主。

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。规则格网的高程矩阵，可以很容易地用计算机进行处理，特别是栅格数据结构的地理信息系统。它还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形，使得它成为DEM最广泛使用的格式，目前许多国家的DEM数据都是以规则格网的数据矩阵形式提供的。

规则格网结构DEM的缺点：
在地形简单、平坦的地区存在大量冗余数据；
如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区；
对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大；
由于栅格过于粗略，不能精确表达某些重要的地形特征，如山峰、洼坑、山脊、山谷等。
用于非矩形的不规则区域时，边界要做特殊处理。二、不规则三角网（TIN）结构
1、概念
不规则三角网(TriangulatedIrregularNetwork，TIN)是另外一种表示数字高程模型的方法，是由Peuker和他的同事1978年设计的一个系统。
它是由不规则分布的离散数据点构造出邻接的三角形（三角面）而组成的格网结构。
它既减少规则格网方法带来的数据冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。

不则三角网数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点或节点的位置和密度。

TIN表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点(各三角形的顶点)连接成相互连续的三角面(在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等)2、基于TIN的DEM特点
TIN