地形可視化研究進(jìn)展與評(píng)述(已經(jīng)發(fā)表)

1、1地形可視化的進(jìn)展與評(píng)述地形可視化的進(jìn)展與評(píng)述詹發(fā)新詹發(fā)新（深圳東都實(shí)業(yè)有限公司（深圳東都實(shí)業(yè)有限公司518172）（Email:zhanfaxin@call13713928498）摘要：地形可視化由于具有越來越廣泛的用途，越來越多地引起了大家的關(guān)注。本文在簡(jiǎn)要論述科學(xué)可視化、地形可視化定義及其研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上，著重討論了當(dāng)前地形可視化的表達(dá)手段、可視化建模與技術(shù)、可視化生成工具、實(shí)時(shí)地形生成等方面的研究現(xiàn)狀及存在的問題，最后對(duì)可視化的

2、應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：地學(xué)可視化三維地形地形簡(jiǎn)化地形仿真實(shí)時(shí)顯示TheDevelopmentRemarkOnTopographicalVisualizationFaxinZHANShenzhenDongduLd.Shenzhen518172[Abstract]Topographicalvisualizationhasbeenpaidmeattentiontofitswiderrangeofapplications.Bas

3、edonthedefinitionsofscientificvisualizationtopographicalvisualizationaswellastheirresearchcontentsthispaperfocusesonthestatusopenquestionsaboutrepresentationwayvisualmodellingtechnologyvisualizationtoolsrealtopographical

4、creationoftopographicalvisualizationthentheapplicationprospectdevelopmenttrendfthetopographicalvisualizationendthepaper.[Keywds]topographicalvisualization3Dtopographytopographysimplificationtopographyemulationrealvisuali

5、zation1引言引言地形可視化就是一門以研究數(shù)字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）或數(shù)字高程域（DigitalHightField）的顯示、簡(jiǎn)化、仿真等內(nèi)容的科學(xué)。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于地理信息三維可視化的研究主要集中在數(shù)字地面模型(DTM)、數(shù)字高程模型(DEM)及城區(qū)景觀可視化的研究上。這方面的研究現(xiàn)在已取得了很多成果。本文在簡(jiǎn)要論述科學(xué)可視化、地形可視化定義及其研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上，將著重討論當(dāng)前地形可視化表達(dá)手段

6、、可視化建模與技術(shù)、可視化生成工具、實(shí)時(shí)地形生成等方面的研究現(xiàn)狀及存在的問題，并對(duì)可視化的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。2地形可視化的表達(dá)手段地形可視化的表達(dá)手段等高線是在二維圖紙上表達(dá)三維數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法。其優(yōu)點(diǎn)是可以利用等高線精確的單元值進(jìn)行精確的高程計(jì)算。等高線一般用線段繪出，以便進(jìn)行硬拷貝，轉(zhuǎn)換到諸如繪圖儀等大容量設(shè)備上該方法在可視化方面的主要問題就是不能很好的表達(dá)三維地形，它所能提供的最多的信息就是就是人們能據(jù)此判定所關(guān)注的局部

7、區(qū)域的地形是比周圍高或低。垂直等高線可克服傳統(tǒng)等高線的不足，并可進(jìn)行著色渲染，數(shù)據(jù)需求量較小，但只有在視線在等高線的大致45度的方向上才能獲得較為滿意的可視化效果，因此一般不能用于地形仿真。3最基本的簡(jiǎn)化方法就是裁剪掉視景體以外的多邊形，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)楫?dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，視景體也可以延伸覆蓋一個(gè)非常大的場(chǎng)景.而其它的一些裁剪技術(shù)，如單元分割等，一般只對(duì)室內(nèi)漫游有效，對(duì)于地景這樣的室外場(chǎng)景則無(wú)能為力.真實(shí)地形數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化方法的研究發(fā)展，現(xiàn)在的

8、研究工作主要集中在離散LOD(LevelsofDetailLOD)模型的生成及實(shí)時(shí)顯示方面，大致可以劃分為三個(gè)階段(如表1所示).表1地形數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化技術(shù)發(fā)展過程及其主要特點(diǎn)發(fā)展階段主要特點(diǎn)離散LOD模型同一模型各處具有相同的細(xì)節(jié)層次水平，相鄰LOD間切換時(shí)伴有視覺上的突跳感.連續(xù)LOD模型同一模型各處具有相同的細(xì)節(jié)層次水平，可以實(shí)現(xiàn)相鄰LOD間的平滑過渡多分辨率模型不同水平細(xì)節(jié)層次同時(shí)存在于模型的不同區(qū)域（2）基于分形技術(shù)的地形仿真技術(shù)基

9、于分形技術(shù)的地形仿真技術(shù)分形幾何(fractal)是Melbrot于1975年造出的一個(gè)名詞，分形幾何關(guān)注的是物體的隨機(jī)性、奇異性和復(fù)雜性，他試圖透過混亂現(xiàn)象和不規(guī)則構(gòu)型揭示隱藏在背后的局部與整體的本質(zhì)聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)規(guī)律.分形集合具有細(xì)節(jié)無(wú)限以及統(tǒng)計(jì)自相似性的典型特性，它用遞歸算法使復(fù)雜的景物可用簡(jiǎn)單的規(guī)則來生成，在現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，分形幾何在對(duì)自然現(xiàn)象的真實(shí)繪制和建模方面起著重要作用。地景建模是自然景物建模中很重要的一類，許多分形地景

10、建模都與分?jǐn)?shù)維布朗運(yùn)動(dòng)(fractionalBrownianmotionfBm)這一數(shù)學(xué)模型有關(guān).fBm是現(xiàn)代非線性時(shí)序分析中的重要隨機(jī)過程，它能有效地表達(dá)自然界中許多非線性現(xiàn)象，也是迄今為止能夠描述真實(shí)地形的最好的隨機(jī)過程。分形地景建模大致可歸納為泊松階躍法(Poissonfaulting)、傅里葉濾波法(Fourierfiltering)、中點(diǎn)位移法(pointdisplacement)、逐次隨機(jī)增加法(Successiveroma

11、dditions)和帶限噪聲累積法(Summingblimitednoises)等5類。自70年代中期“分形”概念提出到80年代，由于分形幾何迅速發(fā)展，從而在地形生成方面成功地繪制出了相當(dāng)逼真的地景.但此后，對(duì)地形的生成與仿真的研究基本停留在“視覺上可以接受”這一標(biāo)準(zhǔn)上，沒有與實(shí)際所需的真實(shí)地形、地貌聯(lián)系，因此應(yīng)用受到一定的限制。（3）基于數(shù)據(jù)擬合的地形仿真技術(shù)最簡(jiǎn)單且常用的地形仿真方法是由稀疏分布點(diǎn)的高程值構(gòu)成一些簡(jiǎn)單的三角形平面，從

12、而形成地形框架，并貼以紋理圖象的方法.這種方法顯示速度很快，但基本框架過于簡(jiǎn)略，且常有很強(qiáng)的卡通效果，因此，地景的真實(shí)感受到影響.很多情況下，地形仿真也用曲面(如二次、三次曲面等)進(jìn)行擬合。曲面不需作分段線性近似，仍可以保證相鄰面的斜率連續(xù)性，因此非常靈活.但由于其數(shù)學(xué)計(jì)算的復(fù)雜性，對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景來說，計(jì)算量較大。另外，為了增加逼真效果，也可以用分形技術(shù)直接對(duì)用上述方法生成的光滑平面或曲面進(jìn)行噪聲擾動(dòng)，從而形成真實(shí)感較強(qiáng)的地形表面。目前，

13、又出現(xiàn)了用小波技術(shù)進(jìn)行地形數(shù)據(jù)擬合的算法。另一類方法，則注重根據(jù)地學(xué)圖形數(shù)據(jù)的精確描述，來進(jìn)行真實(shí)地形的仿真，如張繼賢等提出的一種根據(jù)地形特征參數(shù)進(jìn)行地形生成的方法，這些特征參數(shù)包括平均高程、最大最小高程及其位置、高程標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)長(zhǎng)度、地形粗糙度等。在地形分析領(lǐng)域中，地形則被看做是一種隨機(jī)統(tǒng)計(jì)過程，如平穩(wěn)正態(tài)均方連續(xù)的馬爾可夫過程，該算法將這一觀點(diǎn)與分形幾何模型、隨機(jī)點(diǎn)生成技術(shù)以及實(shí)用回歸技術(shù)相結(jié)合，首先利用給定的地形參數(shù)，通過模擬符合