第7章：数字高程模型(3D建模与可视化)

《高等摄影测量》
主讲：王树根
武汉大学遥感信息工程学院

第七章 3D空间数据获取 建模与可视化

关于三维空间数据 q 什么是三维空间数据
它是人类对客观世界（主要指地球表 面物体）的几何描述，通过一定的测 量手段、技术、方法获得。
q 三维空间数据的基本特性
ü 空间特性：指物体的空间位置、形状、大
小等几何特征以及与相邻物体的拓扑关系
ü 时间特性 ü 尺度特性：与空间分辨率及采样间隔有关

三维空间数据涉及问题 q 三维空间数据的获取 q 三维空间数据的处理（建模） q 三维空间数据的表达（可视化）

The third Dimension

3D空间数据的获取
q 3D数据获取的主要方法有: ü ü ü ü 天文、大地测量 地面测量方法；如：GPS、全站仪 等 对现有地图数字化 利用数字传感器，如：干射雷达(InSAR）、 激光测距（LIDAR）、断面扫描仪等 ü 摄影测量、遥感方法 ü Shape from shading 等等

3D空间数据的获取
q 对上述所有方法，理论上都包括两个步骤： 1、第一步: 获取大量地面（目标）点的三维 位置（坐标）； 2、第二步: 对上述数据点进行重采样，以满 足用特殊的格网形式或数据结构描述。

3D空间数据的建模（modeling） q 几个概念之间的区别：
ü ü ü ü ü DTM (Digital Terrain Model)： 数字地面模型 DEM (Digital Elevation Model)：数字高程模型 DHM (Digital Height Model)： 数字高程模型 DSM (Digital Surface Model)： 数字表面模型 DOM (Digital Object Model)： 数字目标模型
其中都有一个字“Model”

DEM与DSM的区别与联系 DSM
DEM
对裸露地表：DEM= DSM

进一步关于DEM和DSM
q 不管是DEM还是DSM，它们都是用以表 示地表高程变化的模型。实际上自然界的 Landscape非常复杂，以致于无法用解析 方法进行模拟，而只能用有限的“采样点” 去描述。因此，理论上一个真正的“模型” 除了给出这些采样点高程外。还应该给出 数据点之间的内插策略，通常这部分工作 交由用户完成。

关于数字目标模型DOM
q 目标是广义的，大到一个数字地球或数字 城市

关于数字目标模型DOM
q 小到一个建筑物、工业零件或细胞

关于3D空间数据的可视化

3D建模与可视化研究发展趋势
q 摄影测量（遥感）的研究体现出从大 到小的研究趋势 q 计算机视觉的研究体现出从小到大的 研究趋势 q 数字摄影测量与计算机视觉的结合

与建模和可视化有关的几个术语
q Aliasing: 指对信号（几何、纹理）的一 种欠采样现象，造成结果的不真实痕迹
欠采样

与建模和可视化有关的几个术语
q Breakline: 指断裂线、特征线等，需要 在多边型格网中体现出来 q Level of Detail (LoD): 涉及信息的量或 复杂性，LoD通常是目标物与观察者之 间距离的函数

与建模和可视化有关的几个术语
q Mesh: 指表面网格（眼），是一些连续 的三角形或四边形的集合 三种形式 规则格网 不规则三角格网（TIN） 混合式

不同类型格网的比较
规则（矩形）格网 存储量小，便于使 优 点 用和管理 不能准确地表示地 缺 点 形的结构和细部 不规则三角形 （或称TIN） 能较好地顾及地貌 的特征点、线 数据量大；数据结 构复杂，因而使用 和管理也较复杂
混合式格网将结合两者的优点

与建模和可视化有关的几个术语 q任何一个Mesh都将包括:
ü顶点（vertices） ü边缘（edges） ü面（face） 通常采用有限元的方法 来产生一个表面网格

与建模和可视化有关的几个术语
q Modeling: 指建模，是关于目标物体的 数学结构或计算机表示。它实际上是通 过定义一系列的三维点（Xi,Yi,Zi）阵 列，这些点通过数学模型连接在一起， 以便生成多边形，再用多边形（格网） 来表达目标（表面）。