数字高程模型精讲.ppt

第八讲数字高程模型的可视化 一、可视化的概念及发展 可视化包括图像的理解和综合，也就是说，可视化是一个工具，用来解释输入计算机中的图像数据和根据复杂的多维数据生成图像。它主要研究人和计算机怎样协调一致地接受、使用和交流视觉信息。 可视化是人脑中形成对某件事物（人物）的图像，是一个心智处理过程，促进对事物的观察及概念的建立等。 一、可视化的概念及发展 地图学就是研究地理数据和属性的可视化的学科； 表格、图解、照片等是地学研究的可视产品； 地理信息系统是地学研究可视化分析的有效手段； 一、可视化的概念及发展 地形可视化是地理信息可视化的重要研究内容； 尤其是DEM的应用以及数字地形分析技术、虚拟现实技术的发展使得地形可视化研究取得较大的进展； 地形可视化技术在数字城市、数字河道、数字流域等研究领域起着重要作用； 地形可视化技术 二、地形可视化方法 (1)写景法：早期地形表现方法，地貌采用原始的绘制方法，表现从侧面看到的山地、丘陵的仿真图形； 二、地形可视化方法 (2)等高线法：用一定间隔（高差）等高线组合来反映地面起伏，可以反映地面高程、山体、坡度、坡形、山脉走向等基本形态变化； (3)分层设色法：等高线地图的再加工，按照一定设色原则，给不同的高度带设置不同颜色； 明暗等高线示意图 二、地形可视化方法 (4)渲晕法：地图生产产生立体效果的主要方法，描绘一定光照条件下的地貌光、暗效果，通过人视觉心理间接感受山体起伏变化； (5)实景照片 三、高度真实感图形生成 将模拟场景变成二维灰度阵列， 用灰度曲面取代传统线划图； 将经过细分的DEM描绘成灰度浓淡的图像，类似相片的观察效果一般称之为真实感图形； 三、高度真实感图形生成 真实感图形处理需要模拟光源位置、颜色；地面起伏条件和方位；地面光谱特性； 通常需要根据以上因素计算画面中每一点的颜色灰度； 通过纹理进行整饰； 三、高度真实感图形生成 处理步骤： （1）三角形分割； （2）图形变换（视点变换、方向变换） （3）可见面识别 （4）计算可见表面光度和色彩 （5）三角面显示 （6）纹理映射 三、高度真实感图形生成 （1）三角形分割 三角形决定了最小的图形面元，算法简单、可靠、系统性能最佳； TIN结构直接可以进行明暗处理，栅格结构的DEM需要进行三角面剖分； （1）三角面剖分 （2）图形变换 (3)可见面识别 消隐就是要运用某种算法把物体上看不见的线或面从画面中消去或者用虚线画出，为消去隐藏面,要把每一个组成物体的面与每一个不透明面进行遮蔽判断,把可见的或部分可见的与不可见的或部分不可见的区别开来,最后绘出那些可见面或面的可见部分,这样就可得到经过消隐处理的立体图，这种消隐处理又称为可见面识别。 消隐处理算法基本上可以分为两大类:即物体空间方法和图象空间方法。 (3)可见面识别 深度排序法（画家算法）：将三角形按照到视点距离排序，然后从远到近处理每一个三角形； Z-buffer（深度缓冲法） ：Z是指模型的坐标,Buffer是缓冲器，Z-Buffer法是根据缓冲器里物体的深度信息坐标来确定隐藏面的。 光线跟踪法（Ray Tracing）：从视点出发，通过屏幕像素向场景投影一光线，交场景中的第一个交点（可见点），并置相应像素的光亮度为交点处的光亮度，从而绘制出一幅完整的真实图形。 （4）光照模型 识别可见面之后，需要分解成像素进行着色，称为明暗处理；处理实质是模拟光源照射效果，计算像素亮度； 光照处理是通过光照模型进行处理； 反射方式有漫反射和镜面反射，地面光照条件一般二者都要模拟； （4）光照模型 光照模型是指根据光学物理的有关定律，计算景物表面上任一点投向观察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的公式。 光照模型需要模拟光的漫反射和镜面反射。 （4）光照模型 漫反射模型：Lambert模型，I=IdKdcosA Id是光源强度；Kd是漫反射系数；A为L和N之间的夹角； （4）光照模型 镜面反射模型：Phong模型， I=IsW(A) cosnB W(A)为表面反射系数，0W(A)1 N为会聚系数，表面越光滑，N越大。 （4）光照模型 Phong光照模型： （漫反射和镜面反射综合模型） I=KaIa+∑[IdKdcosA＋ IsW(A) cosnB] KaIa表示环境光强度； 给定光源的亮度和颜色以及地面的各种光反射系数，对于地面上的某一点，只要算出它的法向量、光线向量和视线向量，就可以求得该点的颜色和亮度。 （5）三角形面片的明暗处理 如果仅对三角形面片以中心值赋色填充，面片之间灰度不连续，显示的逼真度较差； 较为实用的办法是对三角形面片中每个像素进行插值，通过顶点进行面片之间明暗合理过渡； （5）三角形面片的明暗处理 (1)Gouraud明暗处理：