数字高程模型第五讲DEM可视化表达分析报告.ppt

3 分层设色法 1）基于高程的分带设色：根据等高线划分出地形的高程带，逐层设置不同的颜色，用以表示地势起伏的一种方法。 高程带的选择主要根据用途及制图区域的地势起伏特征。 设色基本要求是： 各色层颜色既要有区别又要渐变过渡，以保证地势起伏的连续性； 应用色彩的立体效应建立色层表，使设色具有立体感； 具体选色应适当考虑地理景观色及人们的习惯，如蓝色表示海底地势、绿色表示平原、白色表示雪山、冰川等。 分层设色法常与等高线、晕渲等配和使用。 2）基于高程数据的灰度影像（半色调符号表示法） 当地形以DEM表达时，可以对不同的高程数据赋予不同的灰度，从而通过不同的色调差异实现二维平面上的三维地形表达。 该方法的关键是将高程数据转换为灰度域（0-255）中的灰度值（线性内插或非线性内插—取决于地形变化情况）。 该方法实现简单，但显示层次固定（最大256个），如果研究区域的高差范围较大，显示的细节层次就越少。 DEM灰度表达高程 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，得到随光度仅以连续变化的色调，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，二者之间的灰度之进一步按坡度确定。 ArcInfo进一步考虑了太阳光的高度角，计算每个DEM格网单元的相对辐射值或入射值，进而转换成照明值或灰度值： 相对辐射模型：IR=Gmax*(cos(Af-As)sinHfcosHs+cosHfsinHs) 入射辐射模型：IR=Gmax*(cosHf+cos(Af-As)sinHfcosHs) 其中Gmax是最大灰度级（255）；Af:三角形或格网单元的坡向（0-360度）；As太阳方位角，即光源来向（0-360度）；Hf三角形或格网单元的坡度（0-90度）；Hs太阳高度角，即太阳光与地面的夹角（0-90度）。IR的取值范围是0-255，0最黑，255最亮。 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 1 地形（DEM）三维显示的基本流程 1）DEM三角形分割（TIN不需此步骤）：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。 2）透视投影变换： 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、三维图象大小等参数确定—即将DEM从其坐标系变换到屏幕坐标系。 在三维环境下对三维模型进行全方位观察时需要调整的参数： 观察方位角 观察高度角 观察距离 垂直放大因子：当垂直比例尺与水平比例尺一致时，微观地貌很难显现，为突出小地形特征，要将高程放大一定倍数。 3）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－即计算景物表面上任一点投向观察着严重的光亮度大小和色彩组成。 不同光照模型考虑的共同因素： 光源位置 光源强度 视点位置 地面漫反射光 地面对光的反射和吸收特性 4）消隐和裁剪：消去三维图形不可见部分裁减掉三维图形范围之外的部分。 消隐：为增强图形的真实感、消除多义性，在显示过程中一般要消除三维实体中被遮挡的部分，包括隐藏线和隐藏面的消除。 线消隐采用二分法，通过对线段的逐步二分实现； 面消隐算法主要有画家算法（深度优先算法）、Ｚ缓冲算法、光线跟踪法、扫描线Ｚ缓冲算法、区间扫描算法、区域子分割算法等。 裁剪：在使用计算机处理图形信息时，计算机内部存储的图形比较大，而屏幕显示只是图的一部分。必须确定图象中那些落在屏幕之内和之外的部分，这个选择处理过程即为裁剪。 裁剪处理的基础：点在区域内外的判断以及图形元素与区域边界求交。 裁剪算法主要有Sutherland-Hodgeman算法和Weiler-Atherton算法等。 5）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，并按相应的文件存储。 6）地物叠加 三维地图上叠加各种地物符号、注记，并进行颜色、亮度、对比度的处理。 5.5 地形三维可视化表达 1 立体等高线模型 借助于计算机技术，实