基于DEM構建地形三維場景的研究

張慶斌

摘要 數字高程模型（DEM）是構建三維場景模型的基礎數據。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建三維場景的優劣，并以某研究區域為例，利用MapGIS和Surfer平臺建模，展示了該方法實現過程及建模效果。實踐表明，利用DEM構建三維場景能表達出實際的地形地貌特征，具有較大的應用價值。

關鍵詞 三維場景；數字高程模型；DEM

近年來，隨著計算機圖形學、測繪技術、3S技術（地理信息系統（GIS），遙感（RS），全球定位系統（GPS），合稱3S）及虛擬技術的迅速發展，使得各種多樣的數據信息能以空間為基礎有機的結合起來，使重現三維景觀成為了現實，受到了人們廣泛的歡迎。與傳統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勢，其在諸如地殼運動動態三維模擬、地形地貌歷史三維模擬、工程基坑沉降三維模擬等領域已得到廣泛的應用，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行了探討研究，以實例為基礎，實現了地形三維場景的重建，展示了三維場景的實際應用效果。

1原理及方法

數字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM，是通過有限的地形高程數據來實現對地形曲面數字化的模擬，它是用一組有序數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，地形建模的表現形式主要有兩種方法：規則網格模型（GRID）和不規則三角網模型（TIN）。規則格網模型（GRID）是將研究區域以一定的單元大小分成規則排列的格網構建的模型，格網大小基本一致，以正方形、矩形、三角形等規則形狀為主。不規則三角網模型（TIN）是將地形特征點以一定規則來連接成覆蓋整個研究區域且互不重疊的三角形構建的模型，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據的分析，我們是可以選擇出一種最適合于所用數據的建模模型的方法的。這種通過以地形高程數據為主對地形曲面進行數字化模擬及構建連續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進行細化處理，以獲得逼真的地形模型。

2實例應用

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

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

3結論

實踐表明，數字高程模型（DEM）是構建三維地形景觀模型的關鍵，DEM構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系。DEM構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據信息并進行綜合分析，能有效的提高工作效率，在地震地質、地質災害等領域具有廣泛的應用價值。endprint