DXF图形转换为DEM数据的方法研究

王颖 王忠庆

【摘要】随着对遥感及GIS数据研究的不断升温，数字高程模型（DEM）数据的需求量也随之增大。但现有的DEM数据量较少，目前解决这一问题主要依靠第三方软件，无形之中大大加大了研究成本。为解决这一现存问题，故寻求一种算法，可从AutoCAD的DXF格式图形文件中快速精准地提取地形信息，并以较低的成本快速转换为DEM数据，可为进一步的地形信息分析提供精准的数据。

【关键词】DXF文件;图形展示;数字高程模型;数据格式转换

Research on Data Conversion from DXF to DEM

College of Computer and Control Engineering，North University of China  Wang Ying  Wang Zhongqing

Abstract：with the researching of remote sensing and GIS is constantly warming，and Digital Elevation Model（DEM）data is also increasingly demanded.But now，the resources of DEM data is small can be used，just depend on the Third-party software，and increase the cost invisibly.In order to solve this problem，we are looking for a method that can extract terrain information fastly and accurately from a DXF file edited by AutoCAD，and use lower cost for the rapid conversion of DEM data.In this way，can provide accurate data for the further analysis of terrain information.

Keywords：DXF file;Graphic display;Digital Elevation Model;Data conversion

引言

遥感数据现已在农业、林业、测绘、城市规划等多个领域得到广泛的应用，但是遥感影像主要反映了表层的二维信息，需要经过图像校正、配准、拼接等多源处理后才能应用于实际工作中，故其在空间图像分析中存在很大的不确定性[1]。结合GIS的特点，为达到三维可视化和虚拟现实的效果，故需使用DEM数据。DEM（Digital Elevation Model）为数字高程模型，是地形表面形态属性信息的数字表达，并带有空间位置特征和地形属性特征。并能克服遥感数据限于二维平面分析的缺点，对GIS领域的技术研究是不可或缺的重要数据来源。

1.研究现状

DEM数据可以通过地面测量、空间传感器采集、数字摄影测量及地图数字化等多种方法获取[2]。但目前，应用于具体工程的DEM数据下载源少之又少，通过上述方法获取数据，在时间和经济上造成过重的负担，不利于科学研究。为了高效解决这一问题，常用的手段是借助第三方应用软件——ArcGIS，但使用费用也是非常昂贵的。而有考虑到现今大多工程数据多用AutoCAD制图软件进行图像绘制，并多以DXF格式存储地形图。而受AutoCAD制图软件本身的功能限制，虽然在DXF文件中涵盖了地物的空间数据和属性数据[3]，但其高程属性只能以文字的形式体现，而不能以图形的形式表达，不利于图形的处理及应用分析。基于以上分析，故需寻求一种解决方法，可由DXF文件生成DEM数据。

本研究提供了一个应用软件，以可视化的方式，实现从DXF文件到数字高程数据的转换，由于遥感影像的存储格式为SHP、TIFF，故选择将生成的图形保存为TIFF文件。

2.算法要点

2.1 数据点灰度显示

在DXF文件中，由于无法直观地显示地理数据点信息，在转换的过程中，考虑采用灰度图显示法对基础数据进行初步归类和展示。

灰度图又称灰阶图，是将白色与黑色之间按对数关系分为若干等级。本文用灰度图表示不同的高程值，来表现出地势的高低起伏。所对应的功能可通过工具条中编辑项下的计算DEM选项实现。

为了保证高程值显示的平滑性以及延展性，不能在图形中单单表示图形点的高程值，这样无法准确地反应出地形信息的变化趋势。故采用建立Delaunay三角网的方法，实现计算每等间隔点的高程值。Delaunay三角网是由一系列连续三角形构成的网状的平面控制图形，是三角测量中布设连续三角形的两种主要扩展形式，同时向各方向扩展而构成网状，具有较高的图形强度，点位分布均匀、各点之间相互牵制[4]。使用Delaunay三角网建立三角网格对于信息点离散的图形可以保持良好的严密性与唯一性，满足系统需求。

三角网的建立顺序是随机产生的，在面对实际工程数据时，计算每等间隔点的高程值的数量是极为庞大的（为保证建立的DEM数据图形更加平滑连贯，所插入的等间隔采样点越多，效果越佳。本文示例使用单位间隔）[5]。为减少计算时间、提高运算速率，在计算所有点高程值前，对所生成的三角网进行排序，即按中心点坐标值标号排序，以保证计算每一采样点的高程值时，对同一三角网格的提取次数只有一次。按上述方法，可直接绘制灰度图，生成结果如图1所示。

图1 高程灰度图显示

2.2 创建DEM文件

在生成灰度图的同时，系统内部已创建了相应的DEM文件。需要注意的是，由于最后生成的是矢量数据，故需要注册GDAL。GDAL（Geospatial Data Abstraction Library）是一个在X/MIT许可协议下的开源栅格空间数据转换库。它利用抽象数据模型来表达所支持的各种文件格式，还可以通过一系列命令行工具来进行数据转换和处理[6]。具体程序如图2所示。

图3 三维展示图

2.3 三维展示

灰度图通过色阶由黑到白表示出由低到高的高程值，但只是平面图形，缺乏立体展示性。为丰富本平台的功能，确保用户使用的完整性，添加了三维展示模块，即在用户生成DEM文件之前，可先对整体图像进行三维预览。该模块以OSG技术为基础，OSG技术是基于OpenGL技术三维图形渲染软件，可实现三维图像的动静态展示[7，8]。在灰度图绘制成功之后，利用保存在迭代器中的采样点数据，建立三维场景树，添加数字高程数据，并按单位采样间隔生成地表数据网格，即可模拟出真实的地形图，便于用户预览与使用。展示窗口如图3所示。

若用户需对以生成的DEM图像进行修改，可通过本平台提供的修改模块进行调整，系统将重新计算高程值。

3.结束语

本文提出了一种生成数字高程模型的方法，在极大限度地降低应用成本的基础上，保证了高程数据的高效性与准确性。应用本方法可实现数万级点的处理，面对上亿点级时，可考虑更改三角网查找方法，如四叉树法，可大大提高运算速率。

参考文献

[1]余鹏，刘丽芬.利用地形图生成DEM数据的研究[J].测绘通报，1998（10）：16-18.

[2]邬伦，刘瑜，张晶，马修军，韦中亚，田原.地理信息系统——原理、方法和应用[M].北京：科学出版社，2001.

[3]汪自军，陈圣波，湛邵斌，孟治国，杨春燕.利用DWG数据建立DEM关键技术研究[J].计算机应用与软件，2009，26（2）：42-44.

[4]武晓波，王世新，肖春生.Delaunay三角网的生成算法研究[J].测绘学报，1999，28（1）：28-35.

[5]姚志文，孙懋珩.基于图像的中心定位方法[J].计算机测量与控制，2004，12（1）：83-85.

[6]李民.GDAL源码剖析与开发指南[M].2014.3.

[7]王锐.最长的一帧.http：//www.chayiba.com/osgchina.org.

[8]杨化斌.Open Scene Graph3.0三维视景仿真技术开发详解[M].2012.7.

作者简介：王颖（1989—），女，北京人，硕士研究生，研究方向：电气传动自动化。