三维地学建模与可视化-数字地形建模详细分解.ppt

明暗等高线法 根据斜坡所对的光线方向确定等高线的明暗程度； 将受光部分的等高线饰为白色，背光部分的等高线饰为黑色； 地图的底色饰为灰色； 明暗等高线法的绘制 明暗等高线法 分层设色法 左：基于高程的分带设色 右：高程灰度影像 分层设色法 连续高程灰度影像（左：等高线 右：灰度图） 地貌晕渲法 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、起伏和形态特征显示具有一定的立体感，直观地表达地面起伏变化。 地貌晕渲法 DEM实现地貌晕渲法： （1）确定光源方向； （2）计算DEM单元的坡度、坡向； （3）比较坡向和光源方向，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，其它按坡度确定灰度值。 同一地区不同条件下地貌晕渲图 同一地区不同条件下地貌晕渲图 地貌晕渲加等高线明暗图 地貌晕渲加垂直曲率效果图 地形三维可视化表达 DEM的三角形分割（TIN不需此步）； 透视投影变换。即建立地面点（DEM结点）与三维图象 点之间的透视关系，由视点、视角、三维图形大小等参数 确定； 光照模型。建立一种能逼真反映地形表面明暗、彩色变 化的数学模型，逐个计算每像素的灰度和颜色； 消隐和裁剪。消去三维图形不可见部分，裁剪掉三维图 形范围之外的部分； 图形绘制和存储。依据各种相应的算法绘制并显示各种 类型的三维地形图，若需要则按标准的图形图像文件存 储； 地物叠加。在三维地形图上，叠加各种地物符号、注 记，并进行颜色、亮度、对比度等处理。 地形三维可视化表达 立体等高线模型 三维线框透视模型 地形三维表面模型 立体等高线模型 三维线框模型 线框模型是三维对象的轮廓描述，用定点和邻边表示三维对象。 优点：结构简单、易于理解；数据量少、建模速度快； 缺点：没有面和体的特征，表面轮廓线随视线方向的变化而变化。 三维线框建模 地形三维表面模型 三维表面模型是用有向边围成的面域来定义形体表面，由面的集合来定义形体。 思想有多远，我们就能走多远。 * TIN数据结构：面结构 TIN数据结构：点结构 TIN数据结构：点面结构 TIN数据结构：边结构 TIN数据结构：边面结构 格网与不规则三角网结构混合结构 规则格网 DEM和TIN的对比 TIN建立算法 直接Delaunay三角剖分经典算法，根据其实现过程可分为 分治算法 逐点插入算法 三角网生长法 Delaunay三角剖分的基本思想 1908年，G. Voronoi首先在数学上限定了每个离散点数据的有效作用范围，定义了二维平面上的Voronoi图；后来，A.H.Thiessen应用Voronoi图进行了区域平均降水量研究。因此，Voronoi图又叫泰森多边形，由一组连续多边形组成，多边形的边界由连接两邻点直线的垂直平分线组成。平面上的不同点，按最近邻原则划分平面：每个点与它的最近邻区域相关联。1934年，俄国数学家Delaunay提出了三角形最小内角最大的三角化准则，并证明了在没有四点或四点以上共圆条件下的平面散乱点存在的一种三角化方式，使连成的三角形网中的三角形满足这一条件，最接近等边三角形，通常称这类三角形为Delaunay三角形。 图Delaunay三角网与Voronoi图 Delaunay三角形 Delaunay三角形是由与相邻Voronoi多边形共享一条边的相关点连接而成的三角形。Delaunay三角形的外接圆圆心是与三角形相关的Voronoi多边形的一个顶点。Delaunay三角形是Voronoi图的偶图，简称D-三角形，如图5-1所示。 研究证明，同Voronoi图互为对偶图的Delaunay三角剖分图具有如下性质。 1）空外接圆性质。任何一个三角形的外接圆均不包含其它数据点； 2）最小内角最大性质。在所有可能形成的三角剖分中，Delaunay三角剖分中三角形的最小内角之和是最大的。 这两个特性保证了Delaunay三角剖分能够尽可能地避免生成小内角的长薄单元，使三角形能够最接近等角或等边,这也是Delaunay三角剖分的算法依据。 TIN的三角剖分准则 LOP局部优化过程 运用Delaunay 三角网的空外接圆性质,对由两个有公共边的三角形组成的四边形进行判断，如果其中一个三角形的外接圆中含有第4 个顶点,则交换由两个三角形所构成的四边形的对角线。这一调整过程称为局部优化过程(LOP) 。 LOP局部优化过程 局部优化过程主要应用于不规则三角网TIN建立过程中，生成Delaunay三角形时判断其是否符合Delaunay的空圆特性，如不符合，则通过LOP局部优化过程进行优化。 其基本思想：运用Delaunay-TIN三角网的空外接圆性质对两个公共边的三