基于DEM的地貌晕渲图制作方法

张 磊

（1．福建省基础地理信息中心，福建 福州 350003）

基于DEM的地貌晕渲图制作方法

张 磊1

（1．福建省基础地理信息中心，福建 福州 350003）

以福建省1∶10 000 DEM为例，介绍了基于大范围、大数据量DEM的地貌晕渲图制作方法，为生产中容易出现的问题提供了解决思路，并提出了合成法晕渲图制作方法及其制作工艺，能有效增强晕渲图的表现力，更加形象地展现福建省的地形地貌特征。

数字高程模型；晕渲图；福建省

数字高程模型（DEM）[1]一般采用一组有序数值阵列描述地面高程信息，其数据存储、处理极为方便，适合于大区域、地形连续、全局性的地形表面建模。DEM数据通过一定的算法，能转换为各种形式的专题图产品[2]，可用于各种工程设计[3]，也可与影像数据集成形成三维地形场景。目前，DEM获取方式有成熟的扫描矢量化、数字摄影测量和比较先进的雷达测量技术[4]，早期通常以数字摄影测量法和地形图扫描矢量化法为主，其产品内容、数据格式及技术指标按CH/T 1008-2001《基础地理信息数字产品1∶10 000 1∶5 000数字高程模型》标准规定的要求执行。本文结合福建省1∶10 000 DEM数据特点，为了能在地貌晕渲图上更加直观、形象地展现福建省的地形特征，对地貌晕渲图的制作方法进行了研究。

1 晕渲图制作流程

福建省1∶10 000 DEM的晕渲图制作需经过数据整理、格式转换、数据处理、晕渲图生产和质量检查等步骤，见图1。

1.1 数据整理

数据整理工作主要包括：整理原始数据，检查数据质量（数据精度、接边情况等）；处理数据异常、数据缺失等问题；记录生产中的遗留问题。

由于福建省1∶10 000基础地理信息数据库中的DEM数据经过投影变换、重采样入库等操作，对数据本身的精度产生了一定影响，因此直接使用建库前的数据作为数据源进行整合改造。建库前的DEM数据是依照GB/T 13989-92《国家基本比例尺地形图分幅编号》分幅存储，采用了1980西安坐标系和1985国家高程基准。

数据源的质量情况会直接影响后期数据成果的质量，因此需对数据源的质量进行检查。可利用ArcGIS快速检查数据是否存在异常[5]，发现问题需按照DEM数据的生产技术进行修改或根据异常值周围的地形情况进行内插[6]；无法修改的问题需做好生产记录。

1.2 格式转换

福建省1∶10 000 DEM数据格式大部分为*．dem，少数为*．grd、*．bil等格式，处理过程中需采用统一的数据格式（如IMG格式），以便多文件数、大数据量DEM数据的批量处理。可先利用CCGIS软件将所有数据批量转换成ASC格式，再利用GIS软件（ArcGIS、ERDAS、PCI、FME等）将ASC格式批量转换成IMG格式。

1.3 数据处理

数据处理主要包括拼接和裁切。根据应用需求的不同，可分为3类：依照标准分幅的拼接裁切处理、依照行政单元的拼接裁切处理和依照相关行业标准的拼接裁切处理。

福建省1∶10 000 DEM采用了3°分带的高斯投影方式，在DEM数据拼接过程中，应尽量避免多次投影重采样产生误差累积。可先将数据按照3°带和4°带分别进行拼接，最后再拼合成1块。如需依照行政单元或项目需求范围进行裁切，应优先采用未进行投影重采样的数据进行处理。

1.4 晕渲图生产

由于福建省1∶10 000 DEM的数据范围和数据量都很大，直接使用拼接的DEM数据进行晕渲图生产实验，生产效率低、数据冗余大、生产工期长。因此，选取范围适中、最具代表性区域进行晕渲图生产实验，先确定晕渲图的制作方法，再进行大范围的生产。

1.5 质量检查

检查晕渲图的质量是否符合要求，包括数据的精度、晕渲图的效果等，发现数据精度有损失、产生拉花现象等应立即查找原因并及时修改错误，做好检查记录。

2 晕渲图生产实验

较好的晕渲图生产方法有等高线法、分层设色法和阴影密度法[7]。等高线法、分层设色法通常利用ArcMap的等高线回放、制图表达实现；阴影密度法可利用GIS软件的地形分析功能实现，常用的有ArcGIS的 Hillshade，ERDAS的 Shaded Relief、Painted Relief等工具，主要是从太阳高度角、太阳入射角、高程放大系数3个方面控制晕渲图的效果。

实验中，分别以3种地貌造型方法制作晕渲图。考虑到目前晕渲图主要用于叠加各类专题要素和基础地理信息要素，需从立体感、细节特征、美观度和信息承载力4个方面分析，实验对比分析见图2和表1。等高线法晕渲图的立体感较弱，细节特征丰富，但是图面信息承载力较弱，影响其他地物的判读；分层设色法晕渲图的图面美观，信息承载力较强，但是立体感较弱，细节特征不丰富；阴影密度法晕渲图的立体感较强，细节特征较丰富，但是色彩单一，图面不够美观、信息承载力较弱。

图2 地貌造型方法对比实验图

表1 地貌造型方法实验对比分析表

综合考虑3种地貌造型方法的表现效果，借鉴王晓延等提出的阴影密度法的5种改进制作方法[8]和阳曦提出的多光源合理应用法[9]，笔者提出采用分层设色法与混合光源阴影密度法相结合的方式即合成法，制作出的晕渲图山体立体感更强烈，细节特征更丰富，图面更美观，信息承载力更强。合成法晕渲图的生产实验过程见图3，实验效果见图4。

图3 合成法晕渲图生产实验图

图4 合成法晕渲图实验效果图

1）将DEM数据按照多个高程放大系数，进行灰度晕渲图生成实验，确定一个能明显体现地形特征、立体感强烈而又不失真的高程放大系数；

2）按照既定高程放大系数，将DEM数据按照多个太阳高度角、太阳入射角数值生成多个晕渲图，从不同的视角体现地形特征；

3）依据高程值分布特征，将DEM数据按照一定色系由浅到深，制作色彩分层图；

4）将多个灰度晕渲图和色彩分层图，按照一定的比例合成为一幅彩色的晕渲图；

5）从总体、局部、细节3个层面[10]评价晕渲图的表现效果。

如果在前2步生成灰度晕渲图时，得到的效果比较差，如出现明显的纱布状、阶梯状和条纹状等纹理异常的情况，则需采用未进行投影重采样的DEM数据，先生成灰度晕渲图，再进行投影、拼接、合成等步骤。

按照合成法晕渲图生产技术，利用福建省1∶ 10 000 DEM数据生产的晕渲图效果见图5，从山体立体感、细节特征等方面，生动形象地展现出福建省地形地貌的分布特征。

图5 福建省晕渲图概图

3 结 语

本文以福建省1∶10 000 DEM为例，介绍了基于大范围、大数据量DEM的晕渲图制作流程，为晕渲图制作中容易出现的问题提供了解决思路，并通过总结生产经验和不断改进生产方法，提出了合成法晕渲图制作工艺，能有效增强晕渲图的表现力，更加形象地展现福建省的地形地貌特征，为基于大范围、大数据量DEM的晕渲图制作提供借鉴。

[1] 王家耀,崔铁军,苗国强．数字高程模型及其数据结构[J]．海洋测绘,2004,24(3):1-4

[2] 李志林,朱庆．数字高程模型[M]．武汉:武汉测绘科技大学出版社,2000

[3] 邬伦．地理信息系统原理、方法和应用[M]．北京:科学出版社,2001

[4] 陈艳丽．1∶10 000 DLG生产DEM的质量检查与评定[J]．地理空间信息,2011,9(2):29-31

[5] 郭艳婷． DEM构建过程质量控制和数据检查[J]．中国科技博览,2011(35):3

[6] 武广臣,刘艳,赵琴霞．格网DEM的几种插值方法实践[J]．辽宁科技学院学报,2012,14(1):40-41

[7] 陈立,叶积龙．地貌晕渲图的制作方法探讨[J]．安徽农业科学,2010,38(19):10 447-10 448

[8] 王晓延,郭庆胜．基于DEM的地貌晕渲表达方法探讨[J]．测绘通报,2003(8):48-50

[9] 阳曦．基于DEM生成小比例尺彩色晕渲图的相关技术[J]．新疆有色金属,2011(增刊)：80-81

[10] 吴樊,俞连笙．基于DEM的地貌晕渲图的制作[J]．测绘信息与工程,2003,28(1):31-32

P284

B

1672-4623（2014）01-0161-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.057

张磊，工程师，主要从事地理信息系统数据的处理及应用。

2013-09-26。