基于DEM構(gòu)建地形三維場景的研究

張慶斌

摘要數(shù)字高程模型（DEM）是構(gòu)建三維場景模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文通過對DEM建模原理和方法的介紹，探討了不同建模方法構(gòu)建三維場景的優(yōu)劣，并以某研究區(qū)域為例，利用MapGIS和Surfer平臺建模，展示了該方法實現(xiàn)過程及建模效果。實踐表明，利用DEM構(gòu)建三維場景能表達(dá)出實際的地形地貌特征，具有較大的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞三維場景；數(shù)字高程模型；DEM

近年來，隨著計算機圖形學(xué)、測繪技術(shù)、3S技術(shù)（地理信息系統(tǒng)（GIS），遙感（Rs），全球定位系統(tǒng)（GPS），合稱3S）及虛擬技術(shù)的迅速發(fā)展，使得各種多樣的數(shù)據(jù)信息能以空間為基礎(chǔ)有機的結(jié)合起來，使重現(xiàn)三維景觀成為了現(xiàn)實，受到了人們廣泛的歡迎。與傳統(tǒng)的二維平面圖形相比，三維場景具有立體直觀，層次豐富的優(yōu)點，能給人帶來更好的視覺享受和沉浸感。基于三維場景的這些優(yōu)勢，其在諸如地殼運動動態(tài)三維模擬、地形地貌歷史三維模擬、工程基坑沉降三維模擬等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果。

本人通過介紹DEM的制作原理和方法，對DEM制作過程中不同方法的選擇進(jìn)行了探討研究，以實例為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了地形三維場景的重建，展示了三維場景的實際應(yīng)用效果。

1原理及方法

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM，是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對地形曲面數(shù)字化的模擬，它是用一組有序數(shù)值陣列形式來表示地面高程的一種實體地面模型。

從DEM的特點來看，地形建模的表現(xiàn)形式主要有兩種方法：規(guī)則網(wǎng)格模型（GRID）和不規(guī)則三角網(wǎng)模型（TIN）。規(guī)則格網(wǎng)模型（GRID）是將研究區(qū)域以一定的單元大小分成規(guī)則排列的格網(wǎng)構(gòu)建的模型，格網(wǎng)大小基本一致，以正方形、矩形、三角形等規(guī)則形狀為主。不規(guī)則三角網(wǎng)模型（TIN）是將地形特征點以一定規(guī)則來連接成覆蓋整個研究區(qū)域且互不重疊的三角形構(gòu)建的模型，表1為兩種模型的對比表。

通過表1對兩種主要的模型對比和實際建模數(shù)據(jù)的分析，我們是可以選擇出一種最適合于所用數(shù)據(jù)的建模模型的方法的。這種通過以地形高程數(shù)據(jù)為主對地形曲面進(jìn)行數(shù)字化模擬及構(gòu)建連續(xù)三角形模擬地形基本骨架的方式，具有非常高的真實度。但是當(dāng)DEM分辨率較大的時候，我們得到的地形模型卻容易失真，這時可以采用插值方法對DEM進(jìn)行細(xì)化處理，以獲得逼真的地形模型。

2實例應(yīng)用

MapGIS平臺是國產(chǎn)制圖工具軟件，它在圖件制作、編輯、排版及DEM構(gòu)建方面與同類軟件平臺具有比較強的優(yōu)勢。Surfer是美國Golden公司開發(fā)的繪圖軟件，它在繪制等值線和對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理方面有優(yōu)勢。因此非常有必要將這兩種繪圖軟件平臺的優(yōu)勢結(jié)合起來使用。圖1就是結(jié)合這兩種軟件平臺構(gòu)建DEM模型并繪制成功的某研究區(qū)域地形三維場景圖。

圖1是為了研究這個區(qū)域地形里的洼地這個地貌分布情況而構(gòu)建的三維場景圖，從圖中我們可以清晰直觀地看出研究區(qū)域地形地貌的特征及研究目標(biāo)洼地分布的情況，這說明DEM構(gòu)建地形三維場景是可行的。

3結(jié)論

實踐表明，數(shù)字高程模型（DEM）是構(gòu)建三維地形景觀模型的關(guān)鍵，DEM構(gòu)建方法選擇的不同對三維地形景觀模型的效果具有直接的關(guān)系。DEM構(gòu)建的三維地形景觀模型與二維相比：其立體感和層次感較強，蘊含的有效信息量更大，便于從圖中提取出有效的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行綜合分析，能有效的提高工作效率，在地震地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。