基于DEM构建地形三维场景的研究

张庆斌

摘要数字高程模型（DEM）是构建三维场景模型的基础数据。本文通过对DEM建模原理和方法的介绍，探讨了不同建模方法构建三维场景的优劣，并以某研究区域为例，利用MapGIS和Surfer平台建模，展示了该方法实现过程及建模效果。实践表明，利用DEM构建三维场景能表达出实际的地形地貌特征，具有较大的应用价值。

关键词三维场景；数字高程模型；DEM

近年来，随着计算机图形学、测绘技术、3S技术（地理信息系统（GIS），遥感（Rs），全球定位系统（GPS），合称3S）及虚拟技术的迅速发展，使得各种多样的数据信息能以空间为基础有机的结合起来，使重现三维景观成为了现实，受到了人们广泛的欢迎。与传统的二维平面图形相比，三维场景具有立体直观，层次丰富的优点，能给人带来更好的视觉享受和沉浸感。基于三维场景的这些优势，其在诸如地壳运动动态三维模拟、地形地貌历史三维模拟、工程基坑沉降三维模拟等领域已得到广泛的应用，并取得了良好的效果。

本人通过介绍DEM的制作原理和方法，对DEM制作过程中不同方法的选择进行了探讨研究，以实例为基础，实现了地形三维场景的重建，展示了三维场景的实际应用效果。

1原理及方法

数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM，是通过有限的地形高程数据来实现对地形曲面数字化的模拟，它是用一组有序数值阵列形式来表示地面高程的一种实体地面模型。

从DEM的特点来看，地形建模的表现形式主要有两种方法：规则网格模型（GRID）和不规则三角网模型（TIN）。规则格网模型（GRID）是将研究区域以一定的单元大小分成规则排列的格网构建的模型，格网大小基本一致，以正方形、矩形、三角形等规则形状为主。不规则三角网模型（TIN）是将地形特征点以一定规则来连接成覆盖整个研究区域且互不重叠的三角形构建的模型，表1为两种模型的对比表。

通过表1对两种主要的模型对比和实际建模数据的分析，我们是可以选择出一种最适合于所用数据的建模模型的方法的。这种通过以地形高程数据为主对地形曲面进行数字化模拟及构建连续三角形模拟地形基本骨架的方式，具有非常高的真实度。但是当DEM分辨率较大的时候，我们得到的地形模型却容易失真，这时可以采用插值方法对DEM进行细化处理，以获得逼真的地形模型。

2实例应用

MapGIS平台是国产制图工具软件，它在图件制作、编辑、排版及DEM构建方面与同类软件平台具有比较强的优势。Surfer是美国Golden公司开发的绘图软件，它在绘制等值线和对离散数据进行插值处理方面有优势。因此非常有必要将这两种绘图软件平台的优势结合起来使用。图1就是结合这两种软件平台构建DEM模型并绘制成功的某研究区域地形三维场景图。

图1是为了研究这个区域地形里的洼地这个地貌分布情况而构建的三维场景图，从图中我们可以清晰直观地看出研究区域地形地貌的特征及研究目标洼地分布的情况，这说明DEM构建地形三维场景是可行的。

3结论

实践表明，数字高程模型（DEM）是构建三维地形景观模型的关键，DEM构建方法选择的不同对三维地形景观模型的效果具有直接的关系。DEM构建的三维地形景观模型与二维相比：其立体感和层次感较强，蕴含的有效信息量更大，便于从图中提取出有效的数据信息并进行综合分析，能有效的提高工作效率，在地震地质、地质灾害等领域具有广泛的应用价值。