【三ＣＨＮ０Ｌ００Ｙ ＩＮＦＯＲＭＡ Ｔ １０Ｎ 信息技术 大区域地形三维可视化应用研究 卢丹丹邓凌雯 （武汉市勘测设计研究院基础地理信息中心 武汉４３００２２） 摘要：“数字地球”概念的提出促进了地形三雉可视化的快速发展，本文以大区域地形三堆可视化为研究对象，详细阐述了三维可视化 的研究意义，研究进展及应用领域，而后讨论了基于二又树的大地形实时可视化算法，最后，笔者详细阐述了大区域三雉可视化的发展方向。 关键词：三维可视化 大区域地形ＤＥＭ 中图分类号：Ｋ９０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－－３７９ｔ（２００８）１ ０（ｃ）一Ｏ０１２－－０１ １地形三维可视化概述 表面的，如何有效地建立地形的实体表达 ３三维可视化分析 １．１地形三维可视化的研究意义 模型对地理信息系统的深入应用会有极大 三维分析是三维可视化的一个重要的 随着计算机硬件、软件技术的迅速发 的帮助。 展，“数字地球”的概念：一种可以嵌入海 １．３地形三维可视化的应用领域 量地理数据的、多分辨率的和三维的地球 现实世界在空间上是三维延伸的，地 表示方式应运而生。“数字地球”就是运用 理信息的三维可视化具有十分广泛的应 计算机技术对海量地球信息进行多分辨 用。 率、多尺度、多时空和多种方式表达的三 ①城市地理信息系统应用于城市建设 维模型，并利用它作为工具来模拟、分析 的各个领域，如城市规划、地下管线的规 自然与人类的活动，帮助人们认识和改造 划与管理、空气污染与流动状态监测等。 社会。地形数据是“数字地球”的最基础 ⑦环境监测地理信息系统三维可视化 的数据，故地形的三维可视化表达模型和 系统可以表达天上、地面、地下多层次的 可视化研究是“数字地球”最核心和最关 环境状况，能够有效地监测地下水资源状 键的技术之一。 况，地表地物要素与自然要素分析以及大 科学计算可视化是通过开发计算机软 气监测与气象分析。 件技术和硬件系统，把采集到或实验计算 ③地质分析地理信息系统三维可视化 获得的大量抽象数据转换为人的视觉可以 可应用于表达复杂的三维地质构造形态， 直接感受的计算机图形图像，从而可以进 可以进行矿石分布分析，土壤监测与分析、 行数据探索与分析。科学计算可视化技术 沙化及沙尘暴监测。 的发展为重建Ｇ Ｉ Ｓ地表三维模型创造了条 件。地形的三维可视化及其绘制技术是指 ２大规模地形三维可视化模型 在计算机上对数字地形模型（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｒ— 基于二叉树的大地形实时可视化算法 ｒａｉｎ Ｍｏｄｅｌｓ）中的地形数据实时地进行三维 是当前较为先进的一种算法，该算法基于 逼真显示、模拟仿真、虚拟现实和多分辨 连续细节层次模型（ＣＬＯＤ：ＣＯｎｔｉｎｕｏｕｓ 率表达等内容的一项关键技术，在现实生 Ｌｅｖｅｌ Ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ）和多分辨率表达（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ 活中具有广泛的应用价值。 Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）技术实现三维地形实时可视化， Ｉ．２三维可视化技术研究的发展 并且可以根据观察条件的改变自动调节地 这里简要地概述一下三维可视化技术 形各区域的细节层次，对于远离视点或不 的发展历程，并且总结当前三维可视化技 在视觉敏感区的地形使用分辨率低的粗糙 术的主要实现手段以及存在的主要问题。 模型，靠近视点或在视觉敏感区中的 Ｕ用 戈尔（１９９８）在“２ｌ世纪我们这颗星球” 高分辨率的精细模型代替，不同的区域采 的报告中提出了“数字地球”这一概念，即 用不同的细节层次和不同的分辨率，各分 一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率 辨率之间无缝无叠，平滑过渡，以此达到在 的和三维的地球的表示。 保持地形原始形状的同时尽量降低其复杂 地形三维可视化的主要方法有：三维 度，提高了系统的执行效率。 图片与地形结合显示、基于ＯＰｅｎＧＬ的地 这个模型的特点可以简单地描述如下。 形模型、基于ＤｉｒｅｃｔＸ的地形模型及ＶＲＭＬ 不同分辨率的细节反馈既是保证模型 表述模型。 可视化精度的需要，也是进行三维分析的 当前三维可视化存在的主要问题有以 需要，从而可以根据实际需要在不同精度 下几个方面。 的数据模型上进行分析。 三维表达模型的高精度、真实感、沉 大规模地形连续可视化可以对无限地 浸感与模型的实时效率 数据需求等之间 面进行局部地连续可视化。 的矛盾，这两方面是总是相互对立的，但可 实时交互与漫游，通过对视点的调整 以建立有效地机制协调它们之间的矛盾， 控制二叉树的分裂与合并来实现对模型的 充分优化可视化模型。 交互控制与漫游。 地物要素与地形的综合与分析，一般 可以结合数据来简要地描述一下可视 情况下地形数据与地物数据是分开采集 化模型的结构，在这个模型中，模型被划分 的，数据结构也不相同，如何将地物与地形 为多个ＤＥＭ块，并且为每一区域同时提供 有效地结合起来，能够进行符合逻辑的拓 多种不同比例尺的ＤＥＭ数据。程序根据视 扑分析及相关应用，是一个需要深入探讨 点ｓ的方位（Ｘ，Ｙ）载入其视见范围的ＤＥＭ 的问题。 块数据，根据视点到地面的距离，确定应该 空间分析与查询在三维可视化中的应 被调入的ＤＥＭ数据的精度。在可视化时， 用还需要进一步深化。 只需要对每一块视见域内的Ｄ Ｅ Ｍ块进行 当前的地形可视化，主要是基于地形 可视化即可。 ． １ ２科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 应用方面，具有非常现实的应用价值。 三维可视化分析的一般技术都比较成 熟，但针对不同的数据环境和可视化模型， 其实现方式一般是不同的。常见的三维分 析与应用有：可见性分析，如两点通视分析， 可见区域分析等。三维量测，如地理坐标获 取、坡度计算、剖面分析等；地理属性分析， 如等高线提取，流域分析、纹理生成等，容 积计算，包括土石方计算，淹没区域计算等； 大型建筑设计规划，如道路规划、隧道建设 等；地形属性建模，如降水盆统计、地下水 分布，地质分析建模等；电子沙盘应用、战 场模拟、虚拟现实、三维导航与演示等。 ４大区域三维地形可视化研究的方向 大区域地形的实时可视化在我国的理 论研究与实践应用都尚处于初级阶段，还 有很多实际问题有待解决。这里从一些具 体方面简要论述一下三维可视化的发展中 需待解决的一些问题。 ４．１基于椭球体的全球三维可视化研究 当前绝大多数地形可视化是基于局部 平面的地形表达，也有一些基于球的模拟 表达模型。但这两者均不符合地球椭球体 的实际情形，无法精确地建立起整个地球 表面的可视化表达模型。这样将这种基于 面的三维可视化模型拓展到三维空间中 去，成为大区域地形可视化研究的一个主 要方面。地图代数体系把地球椭球体视为 整体研究对象，超越了传统的欧几里得空 间的局限性，这为大区域以致全球地理空 间信息的定位与研究提供了统一而规范的 基础，为实现基于椭球体的地形三维表达 提供了理论支持与解决途径。 ４．２地形 地物的实体三维可视化模型研究 地理信息系统的研究对象涉及到地球 的多个圈层甚至是遥远的外太空，随着人类 认识的加深，基于地形面的三维可视化表达 模型已不能满足人们的需要，为了更真实地 模拟现实世界，需要建立地形、地物的实体 表达模型来提供多层的地理信息数据。在 这种模型结构中，海量数据的组织与处理和 面向地物对象的实体表达技术成为构建高 效合理三维可视化模型的重要技术环节。 参考文献 【ｌ】杨平．基于二叉树的大地形实时可视化 算法研究【Ｄ】．武汉大学硕士学位论文， ２００３． 【２】杨青生．基于ＯｐｅｎＧＬ的三维可视化研 究［Ｄ】．陕西师范大学硕士学位论文， ２００２，４．