地形可視化研究進展與評述(已經(jīng)發(fā)表)

1、1地形可視化的進展與評述地形可視化的進展與評述詹發(fā)新詹發(fā)新（深圳東都實業(yè)有限公司（深圳東都實業(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注。本文在簡要論述科學可視化、地形可視化定義及其研究內(nèi)容的基礎上，著重討論了當前地形可視化的表達手段、可視化建模與技術(shù)、可視化生成工具、實時地形生成等方面的研究現(xiàn)狀及存在的問題，最后對可視化的

2、應用前景和發(fā)展趨勢進行了展望。關鍵詞：地學可視化三維地形地形簡化地形仿真實時顯示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、簡化、仿真等內(nèi)容的科學。目前，國內(nèi)外關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。本文在簡要論述科學可視化、地形可視化定義及其研究內(nèi)容的基礎上，將著重討論當前地形可視化表達手段

6、、可視化建模與技術(shù)、可視化生成工具、實時地形生成等方面的研究現(xiàn)狀及存在的問題，并對可視化的應用前景和發(fā)展趨勢進行了展望。2地形可視化的表達手段地形可視化的表達手段等高線是在二維圖紙上表達三維數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法。其優(yōu)點是可以利用等高線精確的單元值進行精確的高程計算。等高線一般用線段繪出，以便進行硬拷貝，轉(zhuǎn)換到諸如繪圖儀等大容量設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最基本的簡化方法就是裁剪掉視景體以外的多邊形，但這還遠遠不夠，因為當距離較遠時，視景體也可以延伸覆蓋一個非常大的場景.而其它的一些裁剪技術(shù)，如單元分割等，一般只對室內(nèi)漫游有效，對于地景這樣的室外場景則無能為力.真實地形數(shù)據(jù)簡化方法的研究發(fā)展，現(xiàn)在的

8、研究工作主要集中在離散LOD(LevelsofDetailLOD)模型的生成及實時顯示方面，大致可以劃分為三個階段(如表1所示).表1地形數(shù)據(jù)簡化技術(shù)發(fā)展過程及其主要特點發(fā)展階段主要特點離散LOD模型同一模型各處具有相同的細節(jié)層次水平，相鄰LOD間切換時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節(jié)層次水平，可以實現(xiàn)相鄰LOD間的平滑過渡多分辨率模型不同水平細節(jié)層次同時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年造出的一個名詞，分形幾何關注的是物體的隨機性、奇異性和復雜性，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)系和運動規(guī)律.分形集合具有細節(jié)無限以及統(tǒng)計自相似性的典型特性，它用遞歸算法使復雜的景物可用簡單的規(guī)則來生成，在現(xiàn)代的計算機圖形學中，分形幾何在對自然現(xiàn)象的真實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、建模都與分數(shù)維布朗運動(fractionalBrownianmotionfBm)這一數(shù)學模型有關.fBm是現(xiàn)代非線性時序分析中的重要隨機過程，它能有效地表達自然界中許多非線性現(xiàn)象，也是迄今為止能夠描述真實地形的最好的隨機過程。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)、中點位移法(pointdisplacement)、逐次隨機增加法(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逼真的地景.但此后，對地形的生成與仿真的研究基本停留在“視覺上可以接受”這一標準上，沒有與實際所需的真實地形、地貌聯(lián)系，因此應用受到一定的限制。（3）基于數(shù)據(jù)擬合的地形仿真技術(shù)最簡單且常用的地形仿真方法是由稀疏分布點的高程值構(gòu)成一些簡單的三角形平面，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，但基本框架過于簡略，且常有很強的卡通效果，因此，地景的真實感受到影響.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)學計算的復雜性，對于復雜場景來說，計算量較大。另外，為了增加逼真效果，也可以用分形技術(shù)直接對用上述方法生成的光滑平面或曲面進行噪聲擾動，從而形成真實感較強的地形表面。目前，

13、又出現(xiàn)了用小波技術(shù)進行地形數(shù)據(jù)擬合的算法。另一類方法，則注重根據(jù)地學圖形數(shù)據(jù)的精確描述，來進行真實地形的仿真，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、高程標準差、相關長度、地形粗糙度等。在地形分析領域中，地形則被看做是一種隨機統(tǒng)計過程，如平穩(wěn)正態(tài)均方連續(xù)的馬爾可夫過程，該算法將這一觀點與分形幾何模型、隨機點生成技術(shù)以及實用回歸技術(shù)相結(jié)合，首先利用給定的地形參數(shù)，通過模擬符合