毕业论文课题相关文献综述

1.研究背景

随着计算机信息技术的发展,模拟地图(纸质地图)无法满足工程中自动化设计的要求,制约了地图制图自动化和3S技术应用进程。DEM是3S(GIS,GPS,RS)技术应用成果的主要产品之一。高精度的DEM不仅可以非常直观的展示一个地区的地形、地貌,而且也为各种地形特征的定量分析和不同类型专题图的自动绘制提供了基本数据^[1] 。DEM是一定区域范围内规则格网点的平面坐标及其高程的数据集或者是经度、纬度和海拔的数据集。该数据集从数学上描述了区域地貌形态的空间分布，通过计算机采用一定的算法能很方便地将DEM数据转换为等高线图、坡度图、断面图、晕渲图以及与数字正射影像(DOM)复合形成景观图等各种专题图产品。地形可视化是研究数字地形模型( Digital Terrain Mode1)或数字高程域( Digital Elevation Fie1d) 的显示、简化、仿真等为内容的三维实体构造技术，是三维场景构造中的重要组成部分和研究重点^［2］。由于地形可视化的用途非常广泛，地形可视化成为近半世纪来各个行业领域经久不衰的研究主题，例如动态地形简化、地形仿真、真实感地形环境、地形景观模型，等等。

2.研究目的及意义

数字地面模型 DTM（DEM）在诸如摄影测量、遥感、制图、土木工程、地质、矿业工程、地理形态、军事工程、土地规划、通讯及地理信息系统等多学科方面得到了极其广泛的应用。地形可视化的核心问题是解决由海量地形数据构成的复杂地形表面模型与计算机图形硬件有限的绘制能力之间的矛盾^[3]。基于数字高程模型和遥感影像的三维地形可视化在城市规划、土地利用、防洪减灾、水电工程规划设计与选址、地质灾害评估及宏观分析地形、地貌和地质构造等领域发挥着重要的作用。目前的研究主要集中在大规模地形建模中数据的组织与调度、数据简化、地形纹理映射等DEM数据可视化技术本身，地形可视化表达手段也比较单一。常规平面等高线图在2维平面实现了3维地形的表达，但地形起伏需要进行判读，虽具量测但不直观。地形仿真和地形景观模型必须借助外部数据，如遥感影像、航空影像、地形纹理像片等^[4]。出于 DEM 的精度和时间效率的角度出发，从构建不规则三角网（TIN）的方法到 DEM 的内插技术，从其质量控制到与实际结合的效益，以及完整的数字三维地形成果必须达到直观性和可量测性的统一等诸多方面仍存在着许多问题有待于进一步的研究^[5]。将DEM的地形特征和结构信息，如坡度、坡向、曲率、地形结构线，和DEM本身进行融合，即可实现不需要借助任何外部数据的DEM地形可视化自增强，为用户提供更加直观、准确、精细的地形认知，具有很好的应用价值。综合起来本课题研究的意义包括:通过研究不规则三角网 TIN 的构网算法，寻找高精度、快速成功地构网方法，以满足其应用的需求。高质量的 DEM 在很大程度上取决于理论上严密高效的内插算法，才能为 DEM 的实际应用带来可靠性和安全性。实现 DEM 的三维可视化，使其更加直观形象。

3.国内外研究现状

地形可视化的概念,是在20世纪60年代以后随着地理信息系统的出现, 而逐渐形成的, 是一门以研究数字地形模型(DTM)或数字高程域(Digital Height Field)的显示、简化、仿真等内容的学科^[6]。80 年代以来，对 DTM（DEM）的研究已涉及到 DTM（DEM）系统的各个环节，其中包括用 DTM 表示地形的精度、地形分类、数据采集、DTM 的粗差探测、质量控制、DTM 数据压缩、DTM应用以及不规则三角网 DTM 的建立与应用等等^[7]。DEM作为地形地貌数字化表达方式，有着诸多的优点，同时它缺乏纸质地图的一览性和直观性，所含有的信息更加隐蔽，地形信息的再现必须借助数字地形分析（Digital Terrain Analysis, DTA）技术。地形可视化表达主要集中在数字地形建模、地形模型的简化、地形的多分辨率模型以及地形的真实性表达^[8]。目前, 国内外关于地理信息三维可视化的研究主要集中在数字地面模型( DTM)、数字高程模型(DEM)及城区景观可视化上。地形可视化不仅仅局限于地形的表达与仿真，它还包括两个方面，其一是通过地形分析技术，进一步增强地形可视化的表达，另一方面则是在各种可视化表达的基础上，挖掘所隐藏的各种与地形相关的信息。数字地形分析中可视化分析的重点，在于地形特征的可视化表达和信息增强，以帮助传达地形曲面参数、地表形态特征和符合地形属性的信息^［9］。近年来,对等高线地图进行三维地形建模与可视化成为地图学和地理信息系统的研究热点,其目的就是使地形特征和地理信息表现得更加直观^[10]。而其中地形生成与仿真技术在其中扮演了重要角色，地形生成与仿真技术大致可归纳为基于真实地形数据的地形生成技术、基于分形技术的地景仿真技术、基于数据拟合的地形仿真技术等三大类^[11]。DEM实现地形可视化可以采用多种方式，比较常用的有等高线显示、分层设色显示、地形晕渲显示、剖面显示、专题地图显示、立体透视显示、3维建模显示、3维景观显示、3维动态漫游等^[12]。在地形可视化上，地貌晕渲法是在2维平面上显示地貌立体形态的主要方法之一,也是水平投影表示方法中3维效果最好的一种地貌表示法^[13]。在国内，张继贤等把地形看成一个随机统计过程,将分形几何模型、随机点生成技术以及实用回归技术相结合,提出了一套基于地形特征和地形参数的地形生成方法徐青等基于TIN提出了自适应分块思想, 把传统的分割-合并法和三角网生长法融合在一起,并给出了相应的地形简化过程^[14]。地形可视化表达主要集中在数字地形建模、地形模型的简化、地形的多分辨率模型以及地形的真实性表达。从具体实现方法角度，DEM地形可视化自增强方法，可以采用直接基于DEM数据的地形可视化增强，以及基于坡度坡向的地形可视化增强技术、基于细部雕刻技术的地形可视化增强技术等^[15]。基于DEM的地形可视化自增强的基础是高质量DEM和简洁高效的可视化处理技术，前者影响可视化的精度，而后者影响可视化的效果和速度。地形的可视化,尤其是大范围、不规则地形的可视化,是一个极富挑战性的课题, 尽管前人已做过很多工作, 但真正实用而且适合大范围地形可视化的算法还不多，有待于进一步的研究。

参考文献：

[1]张瑞军,杨武年,刘汉湖等. 数字高程模型(DEM)的构建及其应用[J]. 工程勘察. 2005.

[2]汤国安，刘学军，闾国年，等. 数字高程模型及地学分析的原理与方法［M］. 北京: 科学出版社.2005.

[3]靳海亮,高井祥. 三维地形可视化技术研究进展[J]. 测绘科学. 2006.