基于GIS的三維地形建模及應用研究

1、 基于GIS的三維地形建模及應用研究 余璨Summary：平面地圖無法直觀地表現(xiàn)地形地貌，為了能更直觀地展現(xiàn)地形元素，三維建模具有重要的理論和實際意義。重點論述了三維地形建模過程中的一些具體方法和流程，通過數(shù)據(jù)采集與處理、三維地形模擬等最終實現(xiàn)了三維可視化。實踐證明，該方法建立的三維地形具有良好的可行性。Key：ArcGIS；TIN；三維地形模型DOIDOI：10.11907/rjdk.143742：TP317.4：A ：16727800（2015）0010132020 引言隨著GIS應用領域的不斷擴大和普及程度的不斷提高，人們對GIS的操作界面和分析結果的可理解性提出了越來越高的要求。可視化

2、技術是改善操作界面、提高分析結果可理解性的有效手段。因此，可視化技術在GIS中的應用，一直是GIS開發(fā)人員和技術專家們所關心的問題。另外，圖形系統(tǒng)是GIS的基礎，而圖形技術與可視化技術是密不可分的。在GIS中借助于三維可視化技術，將地理空間信息以三維立體形式直觀、真實地表現(xiàn)出來，是地理信息三維可視化主要的和頗有潛力的發(fā)展方向之一。已有許多學者在以地圖為基礎的地形顯示、分析、景觀仿真和瀏覽、城市可視化、三維地圖符號設計等方面做了大量工作。本文主要利用CAD、ArcGIS軟件設計并實現(xiàn)了對于廬山地區(qū)三維地形建模的技術路線及對地形模型的分析研究，其流程如圖1所示。1 數(shù)據(jù)矢量化現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料為廬山地區(qū)

3、的地形等高線柵格圖，首先要對其進行矢量化，矢量化工具有很多，如Mapinfo、CAD等，在這里采用CAD進行矢量化。用Photosho對等高線圖進行處理，增強黑白對比度，使等高線更清晰，然后將經(jīng)過Photoshop修飾后的柵格圖導入到CAD中再進行矢量化，在插入柵格圖像時基點選為原點，選取多段線（便于賦高程值）描繪等高線，用點描繪山頭。由于廬山地區(qū)范圍很大，在這里只選取了大概1/4的圖進行矢量化。但是工作量仍然很大，所以要分工合作，把選擇的圖分成幾塊，每個人畫一塊，最后拼起來，這里就涉及到拼接的問題了。為了能更精確更方便地進行拼接，在描繪等高線之前，先在分成的幾塊的各個邊界上畫上一些點（等高線

4、與邊界的交點），通過帶基點（選擇原點為基點）復制命令把這些點復制到每一塊圖上，然后每一塊都以這些點為基礎進行等高線的描繪，這樣在拼接時，就不會發(fā)生錯位現(xiàn)象，不需要每條進行修改，只需選擇邊界兩邊的等高線進行合并即可。矢量化完畢后，需要對等高線賦值，在CAD中選中等高線，直接修改其標高屬性值即可。圖1 建模流程2 數(shù)據(jù)轉換CAD的數(shù)據(jù)直接導入到ArcGIS中無法進行編輯，需要將dwg格式的數(shù)據(jù)轉換為shape格式，在這里利用兩種方法實現(xiàn)了數(shù)據(jù)轉換。ArcGIS軟件提供了其它數(shù)據(jù)轉化為shape數(shù)據(jù)的功能，可以直接利用ArcMAP中ArcToolbox里的工具進行轉換。另外，可以通過專門的數(shù)據(jù)轉換軟

5、件進行轉換。3 TIN的建立在ArcMap中利用轉換后的shape數(shù)據(jù)建立TIN，然后用ArcScene顯示，結果發(fā)現(xiàn)建立的模型如圖2所示。這與廬山實際地形不符，查明原因后，發(fā)現(xiàn)高度與面積明顯不協(xié)調(diào)。通過百度地圖測距工具測量了其中兩個山頭的圖上距離，并與實際距離作比較，然后與高度比較，再對其進行調(diào)整，在CAD中將整個地形圖與矢量化的等高線在x，y方向擴大20倍，再重復上述過程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換，建立TIN，用ArcScene打開結果如圖3所示。圖2 TIN模型 圖3 調(diào)整后TIN模型實踐證明該模型更加符合實際。接下來是添加道路、房屋、河流等要素。在TIN上描繪河流，可以利用TIN編輯直接添加軟斷線

6、（河流屬于軟斷線）進行描繪。添加房屋要素需要做一些房屋模型然后添加上去。但是這種方法工作量比較大，所以考慮利用貼圖完成更加真實的模擬。4 模型貼圖4.1 貼圖獲取及處理由于ArcGIS中不能貼圖，所以選擇3Ds Max來完成貼圖。這里利用所選擇位置的衛(wèi)星圖進行貼圖，衛(wèi)星圖可以在網(wǎng)上獲取，對比谷歌地圖、高德地圖、老虎地圖、百度地圖等幾種地圖，谷歌地圖表示地物最精細，所以選擇谷歌地圖的衛(wèi)星圖。首先將圖片通過截圖保存下來，然后導入到PS中，將廬山地形圖作為底圖參考，然后和衛(wèi)星圖對應起來。對應時為了更精細，通過山脊線、山谷線、湖泊、景點等這些特征地方來實現(xiàn)衛(wèi)星圖與地形圖的對應，然后經(jīng)過剪切等處理，使得

7、所截的衛(wèi)星圖與所描繪的那塊對應起來。最后將處理好的貼圖（截圖）保存起來，如圖4所示（其中有塊地方有云霧遮擋，所以無法獲取地形信息）。4.2 完成貼圖在ArcScene里打開TIN，顯示的就是一個三維模型。通過文件導出場景，將文件保存為wrl格式，這樣才能在3Ds Max里打開。先在3Ds Max里打開保存的wrl文件（廬山三維模型），然后進行貼圖，打開材質編輯器，將經(jīng)過PS處理過的貼圖賦予到材質球，并將此材質球賦予給三維模型，如果貼圖與模型沒有對應起來，使用“uvw Mapping”修改器處理，使貼圖與模型吻合。最后結果如圖5所示。圖4 貼圖 圖5 貼圖后的模型5 模型應用以上得到的模型在3D

8、s Max里打開才能看到，這樣的模型不實用，可以通過converse 3D、flash 3D或quest 3D等將3Ds Max里的模型導出來轉換為類似于視頻性質的文件，然后將它放到網(wǎng)上，就可供人們直接瀏覽。通過瀏覽廬山的三維地形模型，人們可以宏觀看到廬山的地形起伏和地貌概況，還可以了解到一些具體信息，如景點、河流等的位置，并可將這些具體信息與地形地貌對應起來，這樣就可清晰地知道景點、河流等所處的地形地貌以及它們的相對位置關系。6 結語科技的進步也促進了三維技術的發(fā)展，實現(xiàn)三維空間的方法不止一種，三維地形建模的方法也不止一種。本文研究了基于GIS的三維地形建模方法，采用Photoshop處理圖片、AutoCAD采集數(shù)據(jù)、ArcGIS建立三維模型和3Ds Max貼圖一系列的軟件組合實現(xiàn)了三維地形建模。這種方法實現(xiàn)起來相對簡單，但是建立的地形模型存在一定缺陷，即模型的山體是三維的，但是山體上的房屋等要素不是三維的。因此，該方法還有待于深入研究并作出改進。 軟件導刊2015年1期軟