典型喀斯特山区DEM构建及三维可视化研究
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摘要
随着地理信息系统技术和计算机图形学的飞速发展,三维可视化成为当前国内外研究的热点。数字高程模型是地理信息系统的重要组成部分,是进行三维地形显示和分析的基础数据。本文分析和总结了构建DEM的方法和内插算法,选择毕节典型喀斯特破碎山区为例,利用对原始地形图扫描和矢量化并添加地形特征线,包括地形单点(裂点)、断裂线、边界线和构造线等生成较高精度的不规则三角网(Triangulated Irregular Network, TIN ),然后内插生成格网DEM。为验证DEM的精度,从研究区DEM中提取100个高程样点,与原始地形图中的对应位置的高程点进行比较,经过计算中误差和平均误差得到DEM的精度符合标准。
数字地形分析是指以数字地面模型为核心的关于地形数据的获取、表示以及在此基础上的地形分析等诸方面研究的集成框架,其研究内容主要包括基本地形因子的计算和地形特征提取。本文针对研究区的基本地形因子计算并进行相关分析,对三维模型的可视化和空间分析的研究具有十分重要的现实意义。
本文在吸取了计算机图形学、计算机科学、地理信息系统等众多领域大量先进理论成果的基础上,系统的论述了基于OpenGL的地形可视化实现的相关理论、技术和算法。基于上述理论及研究成果,以windows XP系统和Visual C++ 6.0为平台,基于数字高程模型和遥感图像数据源,利用基本OpenGL函数编程技术开发了毕节示范区地形可视化实时显示、漫游平台,能进行预处理,实现光照、纹理映射等不同模式的三维地形可视化,具有实时动态浏览、三维坐标查询、网格数据及三维图形输出等功能。
With the development of GIS technology and computer graphics, 3D visualization is the hotspot of current internal and abroad. DEM, which is an important part of GIS, is a basic data for terrain display and analysis. In this paper, taking the typical karst Fragmentized Bijie Mountainous Area as an example, some methods of creating DEM and interpolating computation are summarized and studied. After scanning original topographical maps, vectoring, and taking consideration of adding topographical characteristic lines, such as single point, rupture line, boundary line, formation line contained, high resolution Triangulated Irregular Network (TIN) is attained which can be converted to grid DEM. After having been compared elevations of 100 points derived from DEM with original point’s elevations of the topographical map, and calculating the mid-error and the mean error, the quality of DEM is approved reliable.
Digital terrain analysis is a frame that integrates terrain data into terrain analysis. The main idea includes: the computation of basic terrain factor, the abstraction of terrain characteristics, the analysis of visualization, etc. This paper computed and abstracted the basic terrain factor such as slope, aspect of study area to analyze. The research on 3D visualization and spatial analysis is very important.
Based on lots of advanced results of computer graphics, computer science, GIS and topography, etc. this paper discussed the related theory, techniques and arithmetic of three-dimensional terrain visualization implementation based on OpenGL. At last, based windows XP system on the researched result and Visual C++ 6.0, the paper use DEM and remote sensing images and OpenGL program techniques to construct a system for real time display and ramble of three-dimensional terrain visualization in BiJie demonstrating area. The system can realize different pattern three-dimensional visualization of line, different color and texture, etc. and has the functions of real time dynamical browse, three-dimensional coordinates query, grid data and three-dimensional figure export etc.
数字地形分析是指以数字地面模型为核心的关于地形数据的获取、表示以及在此基础上的地形分析等诸方面研究的集成框架,其研究内容主要包括基本地形因子的计算和地形特征提取。本文针对研究区的基本地形因子计算并进行相关分析,对三维模型的可视化和空间分析的研究具有十分重要的现实意义。
本文在吸取了计算机图形学、计算机科学、地理信息系统等众多领域大量先进理论成果的基础上,系统的论述了基于OpenGL的地形可视化实现的相关理论、技术和算法。基于上述理论及研究成果,以windows XP系统和Visual C++ 6.0为平台,基于数字高程模型和遥感图像数据源,利用基本OpenGL函数编程技术开发了毕节示范区地形可视化实时显示、漫游平台,能进行预处理,实现光照、纹理映射等不同模式的三维地形可视化,具有实时动态浏览、三维坐标查询、网格数据及三维图形输出等功能。
With the development of GIS technology and computer graphics, 3D visualization is the hotspot of current internal and abroad. DEM, which is an important part of GIS, is a basic data for terrain display and analysis. In this paper, taking the typical karst Fragmentized Bijie Mountainous Area as an example, some methods of creating DEM and interpolating computation are summarized and studied. After scanning original topographical maps, vectoring, and taking consideration of adding topographical characteristic lines, such as single point, rupture line, boundary line, formation line contained, high resolution Triangulated Irregular Network (TIN) is attained which can be converted to grid DEM. After having been compared elevations of 100 points derived from DEM with original point’s elevations of the topographical map, and calculating the mid-error and the mean error, the quality of DEM is approved reliable.
Digital terrain analysis is a frame that integrates terrain data into terrain analysis. The main idea includes: the computation of basic terrain factor, the abstraction of terrain characteristics, the analysis of visualization, etc. This paper computed and abstracted the basic terrain factor such as slope, aspect of study area to analyze. The research on 3D visualization and spatial analysis is very important.
Based on lots of advanced results of computer graphics, computer science, GIS and topography, etc. this paper discussed the related theory, techniques and arithmetic of three-dimensional terrain visualization implementation based on OpenGL. At last, based windows XP system on the researched result and Visual C++ 6.0, the paper use DEM and remote sensing images and OpenGL program techniques to construct a system for real time display and ramble of three-dimensional terrain visualization in BiJie demonstrating area. The system can realize different pattern three-dimensional visualization of line, different color and texture, etc. and has the functions of real time dynamical browse, three-dimensional coordinates query, grid data and three-dimensional figure export etc.
引文
1. 李志林,朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉大学出版社,2000
2. 常庆瑞,蒋平安,周勇,等.遥感技术导论[M].北京:科学出版社,2004
3. 袁勇.基于 DEM 库容计算及可视化研究[D].武汉大学硕士学位论文,2004.5
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5. 辛海霞.基于 OpenGL 的三维河床地形实时可视化技术研究与实现[D].河海大学硕士学位论文,2005.3
6. 杨新文.三维地形生成及简化技术研究[D].武汉大学硕士学位论文,2004.5
7. 陈钢.基于 OpenGL 的三维管线可视化[D].武汉大学硕士学位论文,2005.4
8. 李刚.地形三维可视化中 TIN 模型的构建方法研究[D].辽宁工程技术大学硕士学位论文,2004.2
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10. 熊康宁,黎平,周忠发,等.喀斯特石漠化 GIS-遥感典型研究---以贵州省为例[M].北京:地质出版社,2002
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12. 舒田,周忠发.中国南方喀斯特世界自然遗产荔波提名地 DEM 的研制与应用[J]. 贵州师范大学学报(自然科学版),2007
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23. 张晓鹏,陈彦云,吴恩华.用弯曲体纹理构造发型.软件学报,Vol.11,No.3,pp.1024 - 1029, 2000
24. 陈述彭,鲁学军,周成虎.地理信息系统导论[M].北京:科学出版社,2002
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34. 朱长青,史文中著.空间分析建模与原理[M].北京:科学出版社,2006.5
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