1、DEMDEM及地学分析及地学分析第五章第五章 DEM的可视化表达 第一节地形可视化概念 D E M及地学分析第五章 D E M的可视化表达 第一节地形可可视化 概念根据特点及其对象：科学计算可视化：空间数据场的可视化 信息可视化：发现数据中存在的关系和规则，预测未来的发展趋势 可视化 概念地形可视化 DEM的地形显示、简化、仿真 通过计算机技术实现地形三维可视化三个发展阶段 2.实体型（模拟灰度图）三维地形图 3.高度真实感三维地形图 地形可视化 D E M的地形显示、简化、仿真 三维地形图三维地形图三维地形图实体型三维地形图实体型三维地形图 实体型三维地形图 高度真实感三维地形图高度真实感三
2、维地形图 高度真实感三维地形图 三维显示技术也会影响到逼真度 投影变换 消隐与裁剪处理 光照模拟 图形描绘 纹理映射 三维显示技术也会影响到逼真度地形可视化表达（维数）一维可视化：地形断面二维可视化：写景法，等高线法，分层设色法，明暗等高线，半色调符号三维表达：线框透视，地貌晕渲，地形逼真显示，多分率地形模型地形可视化表达（维数）一维可视化：地形断面D E M的可视化表达(共5 6 张)课件优点：结构简单，易于理解，数据量少，建模速度快(c)顶点C离视点最近时的消隐通过计算机技术实现地形三维可视化(b)顶点B离视点最近时的消隐；没有消隐的图形具有二义性：(a)立方体的线框图；第一节地形可视化概
3、念(c)顶点C离视点最近时的消隐透视投影变换可以看作照相过程模拟，即如何将场景中的三维几何物体变换到二维屏幕上三维表达：线框透视，地貌晕渲，地形逼真显示，多分率地形模型纹理定义域的不同：二维纹理与三维纹理地形可视化（技术角度）通过计算机技术实现地形三维可视化地形图的明暗等高线制图方法有两种地形可视化（数据源）不规则三角网TIN：1.对地形的显示具有更高的精度和逼真度，但是 2.数据结构比较复杂，不利于空间数据的组织与分析处理大比例尺数字高程数据规则格网模型 3.较小比例尺数字高程数据 优点：结构简单，易于理解，数据量少，建模速度快地形可视化（数地形可视化（技术角度）静态可视化动态可视化地形可视
4、化（技术角度）静态可视化D E M的可视化表达(共5 6 张)课件地形可视化（模拟角度）真实地形地形可视化（模拟角度）真实地形模拟地形图模拟地形图模拟地形图地形一维可视化制作过程 2.标记等高线与剖面线的交叉点，并记录其高程 3.以高程为纵轴，距离为横轴 地形一维可视化制作过程地形二维可视化等高线法步骤 地形二维可视化等高线法步骤明暗等高线法 提出明暗等高线表达的理论基础 1.等高线法地形立体感不强,不便于初学者使用 2.地貌晕渲法难以定量表示地形的起伏程度 3.分层设色法则对图例等要素干扰较大 明暗等高线法 提出明暗等高线表达的理论基础D E M的可视化表达(共5 6 张)课件明暗等高线法基
5、本论点 1.根据斜坡所对的光线方向确定等高线的明暗程度；2.将受光部分的等高线印为白色，背光部分的等高线印为黑色；明暗等高线法基本论点 地形图的明暗等高线制图方法有两种 传统的手工绘制计算机绘制 地形图的明暗等高线制图方法有两种 传统的手工绘制制作明暗等高线地图的技术路线生成研究区域的DEM从DEM中按给定等高距提取等高线，并栅格化从DEM上提取波向划分背光面和受光面将栅格化等高线图与划分背光受光的二值图进行融合制作明暗等高线地图的技术路线生成研究区域的D E MD E M的可视化表达(共5 6 张)课件明暗等高线的两个关键问题 利用明暗等高线法表示地貌，坡向是决定明暗变化的惟一因素 明暗等高
6、线地图以灰色为底色,以黑、白二色为等高线的用色 明暗等高线的两个关键问题 利用明暗等高线法表示地貌，坡向是决分层设色法基于高程的分带设色 根据等高线划分出地形的高程带 带间设色基于高程的灰度影像 将高程数据转换成灰度域分层设色法基于高程的分带设色D E M的可视化表达(共5 6 张)课件D E M的可视化表达(共5 6 张)课件地形三维可视化表达的理论基础地形三维显示的基本流程 1.DEM的三角形分割地形三维可视化表达的理论基础地形三维显示的基本流程DEM的三角形分割格网细化处理 前提：DEM分辨率较大三角形片面的各种几何算法最简单、最可靠、构成的系统最优三角形片面的各种几何算法最简单、最可靠
7、、构成的系统最优原始格网一次细分二次细分D E M的三角形分割格网细化处理三角形片面的各种几何算法最简单格网三角划分单对角线剖分双对角线剖分格网三角划分单对角线剖分双对角线剖分透视投影变换透视投影变换可以看作照相过程模拟，即如何将场景中的三维几何物体变换到二维屏幕上 真实的照相机视点、视角、三维图大小参数透视投影变换透视投影变换可以看作照相过程模拟，即如何将场景中三维效果的影响参数 （1）观察方位角 （2）观察高度 （3）观察距离 （4）垂直放大因子 三维效果的影响参数D E M的可视化表达(共5 6 张)课件消隐和裁剪处理消隐和裁剪处理消隐的基本概念消隐的基本概念(隐藏线或面消除)：相对于观
8、察者，确定场景中哪些物体是可见或部分可见的，哪些物体是不可见的消隐可以增加图形的真实感l投影：三维空间二维平面l二维平面：通过确定物体的前后关系，可以获得更多信息消隐是图形学中非常重要的一个基本问题基本问题 消隐的基本概念消隐的基本概念(隐藏线或面消除)：相对于观察者消隐的基本概念没有消隐的图形具有二义性：(a)立方体的线框图；(b)顶点B离视点最近时的消隐；(c)顶点C离视点最近时的消隐BC消隐的基本概念没有消隐的图形具有二义性：(a)立方体的线面消隐：输出着色图消隐的分类对象与输出根据消隐对象和输出结果线消隐：输出线框图面消隐：输出着色图消隐的分类对象与输出根据消隐对象和输出结二维线裁剪图
9、形裁剪就是决定画面中哪些点、线段或部分线段位于裁剪窗口之内。位于窗口内的点、线段或部分线段被保留用于显示，而其它的则被抛弃。在一个典型的场景之中，需要对大量的点、线段进行裁剪，因此裁剪算法的效率十分重要(如何快速拒绝和接受)二维线裁剪图形裁剪就是决定画面中哪些点、线段或部分线段位于裁二维线裁剪实例二维线裁剪实例二维多边形裁剪 简单的处理方法：对多边形的每条线段采用线裁剪算法l适用于线框图显示l不适用于多边形的着色显示正确的处理方法：裁剪后的多边形仍为封闭的多边形l可能会并入一部分窗口作为多边形边界l也可能是多个不相连的多边形 二维多边形裁剪 简单的处理方法：对多边形的每条线段采用线裁剪多边形裁
10、剪后的输出应该是定义裁剪后的多边形边界的顶点序列l如何保证裁剪后区域的封闭性l如何确定裁剪后区域的边界二维多边形裁剪实例矩形窗口多边形裁剪实例多边形裁剪后的输出应该是定义裁剪后的多边形边界的顶点序列二维D E M的可视化表达(共5 6 张)课件三维裁剪实例三维裁剪实例光照模型影响因素 光源位置 光源强度 视点位置 地面的漫反射光 地面对光的反射和吸收光照模型影响因素地形可视化表达立体等高线图线框透视图立体透视图地形模型与图像数据叠加图地形可视化表达立体等高线图立体等高线图概念：将等高线作为空间直角坐标系中的函数H=f（x，y）的空间图形，投影到平面上所获得的立体效果图。步骤 1.DEM上计算等
11、高线立体等高线图概念：将等高线作为空间直角坐标系中的函数H=f（D E M的可视化表达(共5 6 张)课件三维线框透视线框模型是对三维对象的轮廓描述，用顶点和邻边来表示三维对象 优点：结构简单，易于理解，数据量少，建模速度快 缺点：线框模型没有面和体的特征，表面轮廓线将随着视线方向的变化而变化。三维线框透视线框模型是对三维对象的轮廓描述，用顶点和邻边来表（4）垂直放大因子将栅格化等高线图与划分背光受光的二值图进行融合第五章 DEM的可视化表达三维显示技术也会影响到逼真度信息可视化：发现数据中存在的关系和规则，预测未来的发展趋势纹理定义域的不同：二维纹理与三维纹理地貌晕渲法难以定量表示地形的起伏
12、程度投影：三维空间二维平面消隐是图形学中非常重要的一个基本问题二维可视化：写景法，等高线法，分层设色法，明暗等高线，半色调符号如何确定裁剪后区域的边界位于窗口内的点、线段或部分线段被保留用于显示，而其它的则被抛弃。地形可视化表达（维数）位于窗口内的点、线段或部分线段被保留用于显示，而其它的则被抛弃。过程纹理是将三维的纹理函数映射到空间三维物体的方法。优点：结构简单，易于理解，数据量少，建模速度快（4）垂直放大因子地形三维表面模型地形三维表面模型是在三维线框模型的基础上，通过增加有关的面、表面特征、边的连接方向等信息，实现对三维表面的描述。地形三维表面模型地形三维表面模型是在三维线框模型的基础上
13、，通D E M的可视化表达(共5 6 张)课件地形三维景观模型第六节地形三维景观模型第六节纹理映射概述景物表面纹理细节的模拟在真实感图形合成技术中起着非常重要的作用，一般地将景物表面纹理细节的模拟称为纹理映射技术 纹理映射的过程是先在一个纹理空间中制作纹理图案，然后确定三维物体表面的点与纹理空间中点的映射关系，按一定的算法将纹理空间的纹理图案映射到三维物体上 纹理映射概述景物表面纹理细节的模拟在真实感图形合成技术中起着纹理定义域的不同：二维纹理与三维纹理 按照纹理图像表现形式的不同又可将纹理分为三类：颜色纹理、凹凸纹理和过程纹理 纹理定义域的不同：二维纹理与三维纹理 颜色纹理 概念：颜色纹理是
14、将预先定义好的纹理图案贴到物体表面的方法，通过颜色或明暗变化来体现表面细节关键：二维的纹理图案映射到三维的物体表面，必须建立物体空间坐标与纹理空间坐标之间的对应关系 颜色纹理 概念：颜色纹理是将预先定义好的纹理图案贴到物体表面凹凸纹理 颜色纹理映射方式不同之处在于它是通过对表面法向量进行扰动，以产生凹凸不平的视觉效果。纹理的值不是表示颜色的RGB值，而是用于表示凸起的程度值 凹凸纹理 颜色纹理映射方式不同之处在于它是通过对表面法向量进过程纹理 过程纹理是将三维的纹理函数映射到空间三维物体的方法。在这种纹理映射下，物体的内部也会受到纹理的影响 优点：利用过程纹理模拟物体表面细节，能够在非常复杂的曲面上表现出连续的纹理，且纹理效果不受物体表面形状的影响，可以很大程度地解决纹理走样的问题。过程纹理 过程纹理是将三维的纹理函数映射到空间三维物体的方法
