DEM分析与可视化第1章.ppt
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1、DEM 分析与可视化,江文萍武汉大学资源与环境科学学院2015.9,主要内容,第一章 绪 论 第二章 数字高程模型的概念第三章 规则网格结构DEM的建立 第四章 TIN结构DEM的建立 第五章 地形三维显示的基本理论 第六章 三维地形的空间操作与分析第七章 虚拟现实介绍第八章 三维可视化引擎,2023/3/1,2,DEM分析与可视化,主要参考书,李志林,朱庆,数字高程模型,武汉测绘科技大学出版社,2000年5月 徐青,地形三维可视化,测绘出版社,1999年,2023/3/1,3,DEM分析与可视化,课程进度安排,实习内容:给定数字高程模型数据,实现地形的读取、显示(三维显示)与分析,2023/
2、3/1,4,DEM分析与可视化,2023/3/1,5,DEM分析与可视化,第一章 绪 论,1.1 地貌表示法及其发展,2023/3/1,6,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,地形是人类社会赖以生存并从事一切实践活动的根基。地形图的发展史构成了人类文明史中不可缺少的篇章。中国是世界上最早绘制并使用地形图的国家之一。我国地图史上第一个具有实际用途的地图,大约是公元前1100年西周初年,周、召二公修建路邑时绘制的路邑城址附近的地形图。而我国现存最早的实用军事地图,是1973年12月发掘长沙马王堆汉墓时发现的三幅“帛地图”,即地形图、驻军图、城邑图,它们制成于公元前 168年。,2023
3、/3/1,7,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,地貌立体表示法地图上利用透视原理、光影造型和颜色的立体效应,在平面上塑造地貌立体图形,并显示其质量和数量变化的方法,谓之地貌立体表示法,亦称地貌平面造型。研究地貌立体表示法的必要性地貌是形成地理景观的最重要的因素。对水系,气候的形成,土壤的发育,植被的生长,动物的活动及其分布,人类的社会活动等,起着巨大的作用和影响,有效而直观地表达地貌并保持其形态量测的可能性,能促进地图的应用。准确而科学地显示地貌形态,对为军事、规划,工程设计、经济建设等部门提供可靠的地图起着重大作用。,2023/3/1,8,DEM分析与可视化,一、图案式的表示法
4、在我国西汉文帝十二年(公元前168年)驻军图上首次出现。,1.1 地貌表示法及其发展,2023/3/1,9,DEM分析与可视化,图中山脉及其走向图形示意性地反映了山脉的概略位置及走向,形式虽然简单,但能与河流、居民地等图形相配合。,左-马王堆三号汉墓出土的地形图的一部分右-马王堆三号汉墓出土的驻军图的一部分,2023/3/1,10,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,二、形象式的表示法如我国的华夷图)(1136年),广舆图(1541年左右)等,其上的地貌图形比前一时期的进了一步,以概括的手法将山体外形示为“”形象,由于它象个“笔架”,故又叫“笔架山”或“山”字形符号,2023/3/
5、1,11,DEM分析与可视化,清乾隆内府图,2023/3/1,12,DEM分析与可视化,a为国外早期表示地貌的图形;b为形象画法在图上的用例。,2023/3/1,13,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,三、素描式的表示法(写景法)在早期地图上(1518世纪),地貌形态的表示主要采用原始的写景方法,表现的是从侧面看到的山地、丘陵的仿真图形。其描绘手法比较粗略,大多采用“弧行线”、“鱼鳞状图形”和类似“笔架山”的技法。这种方法对作者的绘画技巧有很大的依赖性,作品的艺术性多于其科学性,且大规模绘制比较因难。尽管后来有了一定的数学法则,也还是在小范围内使用。写景法一般有透视写景法、轴测写
6、景法和斜截面法等。,2023/3/1,14,DEM分析与可视化,杭州古地图(1579年),2023/3/1,15,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,此法描写的地貌,在很大程度上建立在绘画者想象的基础上。素描构成的图形具有不可克服的弱点,即只能表现正对绘画者(一面)的形状,被近景或高山挡住的地貌形态则无法表现,而且用素描法描写的地貌图形,容易引起(用垂直投影描绘的)物体(如河流)的形状,位置发生变化。用素描得到的地貌图形比较生动活泼,一般读者容易理解。正因它有这样的优点,所以沿用的时间较长。至今仍有用此法绘制地图的。,2023/3/1,16,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及
7、其发展,四、“毛虫”式的表示法,2023/3/1,17,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,它以一种粗略的楔形晕线表示山脉的概略位置和走向,逐渐取代了素描的形式。由于所绘图形似毛虫,所以曾经被称为“毛虫山脉”。此种形式最早(1674年)出现在维维尔的巴黎近郊图上。“毛虫”式的画法出现,可能与当时开始实测地形图的需要有关,它预示着晕滃法的萌芽。因为十七世纪开始实测地形图之际,许多地物已经采用垂直投影绘制物体的平面轮廓,唯独地貌尚缺适合的表示法。用“毛虫”式的表示法,形式虽不及素描式图形真实、形象,但能与其他要素配合,协调。,2023/3/1,18,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示
8、法及其发展,随着地图制图学的发展,其他内容的表示法日趋完善,地貌构表示法还比较落后,所以,迫使测量、制图工作者不得不进行深入探索。各种地貌表示法的产生都与时代的需要和科学技术的发展分不开。有的表示法所描绘的图形限于制印条件,不能很快推广使用,有的表示法,人们一时还不能接受。所以,在相当长的一段时期里,还在继续采用老的“山形或“毛虫”式的地貌表示法。这些早期的原始地图用半符号、半写景的绘法来表示地形,有的地物要素仅用极简单的线条勾画而成。就其数学基础和表现形式的实质而言,它们已实现了在各种二维介质平面上对实际三维地形表面的表示和描述。,2023/3/1,19,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示
9、法及其发展,五、晕滃法晕滃法德国人莱曼首创于1783年其意图在于显示地貌立体,斜坡变化,为图上量测地貌有关数据提供可能性。,2023/3/1,20,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,基本原理:以光线与地面倾斜关系为基础,拟定其线条粗细和绘制方法。设AB为一水平面当光线与AB垂直时,其受光量为H,当AB转至AB时,其受光量等于H*cos;若AB转至 AB“,则受光量等于零,此时全为暗影,即“越陡越暗。依此原理,根据地貌坡度的陡缓绘制出晕溺线粗细,稀密标准图及晕滃地貌图。,B,B,B”,A,光源,2023/3/1,21,DEM分析与可视化,2023/3/1,22,DEM分析与可视化,
10、1.1 地貌表示法及其发展,晕滃法在十八世纪至十九世纪地图上得到广泛应用。晕滃线的绘制成本昂贵,密集的晕滃线对其他要素的表示影响较大,对现代地图的实用意义不大(现在国外少数地图仍有使用的)。,2023/3/1,23,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,六、晕点法原理同晕滃法形式完全不同晕点法以大小稀密不同的圆点表示地面倾斜程度。点的大小、稀密与地面倾斜度成正比。,2023/3/1,24,DEM分析与可视化,2023/3/1,25,DEM分析与可视化,晕点法对表示大面积的山体虽然不适用,但用来表示沙质地貌形态时效果却非常好。如沙漠,沙丘,河岸,海岸沙滩等地形,用晕点表示显得很真实,形
11、象生动,至今仍在使用。,2023/3/1,26,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,七、晕渲法晕渲法是目前在地图上产生地貌立体效果的主要方法基本原理根据假定的光源对地面照射所产生的阴影强弱或明暗程度,用相应浓淡的墨或颜料沿斜坡渲绘其阴影,通过人的视觉心理间接地感受到地貌的起伏变化。这种方法称晕渲法(或阴影法、光影法)。分斜照晕渲、直照晕渲和综合光照晕渲三种类型,2023/3/1,27,DEM分析与可视化,2023/3/1,28,DEM分析与可视化,2023/3/1,29,DEM分析与可视化,2023/3/1,30,DEM分析与可视化,2023/3/1,31,DEM分析与可视化,1.
12、1 地貌表示法及其发展,晕渲法出现于十七世纪初,到十八世纪开始用于地形图。当时对用晕渲显示地貌的可能性和要求是极其有限的。因为用晕渲法只能表现正向、负向地貌和山脉的走向。其后随着实测地形图方法的发展,对晕渲地貌提出了严格的要求,不仅要求显示地貌的一般形态,对地貌的高度、坡度也应作出详细的反映。地貌晕渲对印刷技术和设备要求较高,必须采用精细的网目摄影,方能显示其细腻的层次关系和强烈的立体效果。二十世纪以来,由于制印技术不断发展,给印刷精致的地貌晕渲图提供了有利条件,逐渐扩大了晕渲的使用范围,从而使其获得进一步发展。,2023/3/1,32,DEM分析与可视化,以上三种方法(晕滃法、晕点法和晕渲法
13、)表现形式完全不同,但原理相同,都是根据光线与地面倾斜关系,对所产生的阴影绘以相应粗细的线划或大小不同的点,或深浅不同的颜色,显示地貌形态,故统称光影造型。,2023/3/1,33,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,八、等高线法等高线法的基本特点是用一组有一定间隔(高差)的等高线的组合来反映地面的起伏形态。从构成等高线的原理来看,这是一种很科学的方法。它可以反映地面高程、山体、坡度、坡形、山脉走向等基本形态及其变化。缺点:在于无法描绘微小地貌、缺乏立体效果。等高线图形至今仍然是地图制图工作者公认的地图上表现地貌的一种科学的方法。,2023/3/1,34,DEM分析与可视化,202
14、3/3/1,35,DEM分析与可视化,2023/3/1,36,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,由于地貌的复杂性,制图工作者想等高线图形的基础上提高其表现力,采用了一种明暗等高线画法等高线图形的立体装饰。,2023/3/1,37,DEM分析与可视化,1.1 地貌表示法及其发展,等高线图形的立体装饰,在变换(或设计)等高线的明暗或粗细,色彩时,其最基本的依据是光线与地面的关系,即利用垂直光线建立的等高线图形是“陡坡粗,缓坡细”,利用倾斜光线建立的等高线图形是“受光面细,背光面粗”或“受光面色亮,背光面色暗”。依此种方法绘制的等高线图形,能提高图上地貌图形的明显性和阅读效果,但制作工
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