第五章 DEM的可视化.ppt

DEM灰度表达高程 5.3.4地形晕渲法：又称为地貌晕渲法或阴影法，通过模拟太阳光对地面照射所产生的明暗程度，并用灰度色调或彩色输出，得到随光度近似连续变化的色调，达到地形的明暗对比，使地貌的分布、起伏和形态显示具有一定的立体感，直观地表达地面起伏变化。 利用DEM实现地貌晕渲的基本原理： ? 确定光源方向 计算DEM单元的坡度、坡向 将坡向与光源方向比较，面向光源的斜坡得到浅色调灰度值，背光的斜坡得到深灰度值，二者之间的灰度值进一步按坡度确定。 DEM Hillshade 表达高程（简化的晕渲制作方法） 5.4地形三维可视化表达的理论基础 5.4.1地形（DEM）三维显示的基本流程： （1）DEM三角形分割（TIN不需要此步骤）：三角形是最小的图形单元，大多数图形系统都以三角形作为运算的基本单元。 格网细化处理：当DEM格网较大时地形模拟容易失真，进行逐层细化，每次进行二分处理（内插——一变四），细化的终止条件是每个DEM格网单元在计算机屏幕上的投影面积在4个像素之内。 格网三角划分：DEM的格网三角划分一般采用单对角线或双对角线剖分法，前者分为两个三角形，后者为4个三角形，对角线交点高程通过内插算法实现——当格网单元足够细时，不同剖分方案对可视化效果影响不大。 　栅格DEM的三角形分割 （2）透视投影变换： 投影变换（projection transformation）是将一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标的过程。建立地面点（DEM结点）与三维图像点之间的透视关系，由视点、视角、三维图像大小等参数确定——即将DEM从其坐标系变换到屏幕坐标系。 把三维物体变换为二维图形的过程称为投影变换。其基本原理包括两个方面：即投影变换和消隐处理。 根据投影中心与投影平面之间的距离的不同，投影可以分为平行投影和透视投影。 平行投影：如果把中心投影法的投射中心移至无穷远处，则各投射线成为相互平行的直线，这种投影法称为平行投影法。又可分为斜投影法和正投影法。 平行投影法特点： 投影大小与物体和投影面之间的距离无关。 度量性较好。注：工程图样大多数采用正投影法（简单，角度唯一）。 透视投影：是用中心投影法将形体投射到投影面上，从而获得的一种较为接近视觉效果的单面投影图。 透视投影法特点： 它具有距离感、相同大小的形体呈现出有规律的变化等一系列的透视特性，能逼真地反映形体的空间形象。 也称为透视图。在建筑设计过程中，透视图常用来表达设计对象的外貌，帮助设计构思，研究和比较建筑物的空间造型和立面处理，是建筑设计中重要的辅助图样。 透视投影符合人们心理习惯，即离视点近的物体大，离视点远的物体小。它的视景体类似于一个顶部和底部都被切除掉的棱椎，也就是棱台。这个投影通常用于动画、视觉仿真以及其它许多具有真实性反映的方面 第五章 DEM的可视化 本章主要内容 地形可视化概念 地形一维可视化表达 地形二维可视化表达 地形三维可视化表达 地形三维景观模型 地形场景漫游与动画 5.1概述 5.1.1可视化 可视化（Visualization）是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象、自然景观以及十分抽象的概念图像化，以便理解现象，观察其模拟和计算的过程和结果，发现规律和传播知识。 根据可视化技术的特点及其对象的不同，可视化可分为科学计算可视化（Visualization in Science Computing）与信息可视化（Visualization in Information）两种类型。科学计算可视化是指空间数据场的可视化，而信息可视化则是指非空间数据的可视化。 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。 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。 5.1.2地形可视化 计算机图形学发展初期：限于计算机处理速度和显示器分辨率等，只能绘制以线划符号表示的三维地形图，一般采用透视变换原理，按剖面方向消隐