基于ENVI和ArcScene三维地表可视化研究

郁智++朱茂涛

摘要：三维可视化是一种表达工具以及用于理解地表及内部元素等许多地质现象特征的一种表达方式，它能反映出二维图像不能和难以表达的信息，而且三维图像更能通俗的表达出物体的形态，使人一目了然，三维可视化在最近十年的发展突飞猛进，在地质工作中，三维可视化更是有着不可或缺的地位，高精度的立体三维图像可以辅助地质工作的完成，本文此次研究基于云南会泽铅锌矿研究，提取矿区的三维可视化。

Abstract： 3D visualization is an expression tool and an expression for understanding the features of many geological phenomena such as surface and internal elements. It can reflect the information that two-dimensional images can not express， and 3D image can more easily express the shape of the object so that people can know the shape at a glance. 3D visualization has got rapid development in the last decade， and is indispensable in geological work. High-precision three-dimensional images can assist the completion of geological work. This paper is based on Huize Lead-zinc Ore in Yunnan to extract the 3D visualization of the mining area.

关键词：3D；三维可视化；提取方法；会泽

Key words： 3D；3D visualization；extraction method；Huize

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0189-03

0 引言

三维可视化作为地质工作中一个不可或缺的重要角色，通过计算机的高精度运算，将地形地貌十分准确逼真形象的显现出来，截止到目前为止，三维可视化在各行各业都有着不同程度的利用，而在地质方面，国内外利用三维可视化技术，运用于提取地形地貌，坡度坡向等专题图，提取线性构造等成功实例不胜枚举，本文以ASTER数据、ETM+数据为对象，基于ENVI、ArcScene为平台建立三维可视化模型。

1 研究区概况

研究区位于云南省曲靖市会泽县矿山镇，地理坐标（西安80坐标系）为东经103° 43'～103°45'，北纬26°38'～26°40'，镇政府离县城60公里，矿山镇是全国著名的铅锌矿产地之一，本次选取的研究区面积约10km2。

2 数据来源

2.1 地形数据

本次工作选取的DEM数据为基于研究区ASTER数据的band 3N和立体后视波段band 3B提取的高程数据，空间分辨率为15m。

2.2 遥感影像数据

本次工作遥感影像数据采用的ETM+数据，ETM+数据选用2010年2月07日拍摄的129/42景ETM+数据，数据标识为LT51290422010038BKT00，影像质量优秀，云量覆盖率低于0.1%。ETM+的空间分辨率为30m，为了更好的显示图像，本次工作将采用ENVI平台下的GS融合方法，选用图像的PAN波段（空间分辨率为15m）与ETM图像融合，使ETM+图像的空间分辨率达到15m，更好的清晰的表达三维立体可视化效（图1）。

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3 研究方法

3.1 建立DEM高程数据

数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM数据不仅含有地面高程信息，还包含了地貌特性，比如坡度、坡向等信息，同时还能分析地形特征参数，比如山脊线、山谷线、平原、峡谷、河流和沟谷等信息。

基于ASTER数据的band 3N和band 3B波段提取DEM数据，基于ENVI软件平台下的DEM Extraction工具从立体像对数据中提取DEM数据。提取时初步自动选点75个，将不符合相关系数低于0.7的点删除，选取余下的57个点（图2）作为地面控制点提取DEM数据（图3）。

3.2 构建二维地形模型

基于已建立好的DEM高程数据模型，用于研究地形地貌专题图件的研究，通过ARCGIS平台的3D Analyst工具下的栅格表面提取坡度、坡向、山体阴影等专题图件，通过这些图件所反映的信息可以清楚的了解本次研究区的地形地貌信息（图4、5、6）。

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3.3 构建三维地表模型

在ArcScene软件平台下构建三维地表模型，覆盖在DEM数据上的遥感影像通过不同的波段组合，反映出来的信息也截然不同，通过ETM+数据的band3、2、1波段组合构建真彩色模型（图7），色彩组合接近于自然色彩合成图像以达到人体肉眼的观测的真实色彩，如图绿色覆盖区为植被，淡蓝色覆盖区为水体，浅黄色覆盖区为出露的岩石，但是视觉效果较差，适合于非遥感地质工作者；用ETM+波段的band4、3、2波段组合建立标准假彩色（图8），植被成红色，适用于植被与水体和其他地物的区分，在植被、农作物、土地利用和湿地分析的遥感方面，这是最常用的波段组合；用ETM+波段的band5、4、3波段组合建立遥感影像覆盖（图9），band5、4、3，视觉效果强于3、2、1波段组合，可用于對水体的区分；并且利用arcmap下的线性拉伸和夸张系数，将研究区以合适的比例大小、山体高度等形象的表现出来，为工程（如公路、铁路、管线工程等）设计与施工提供有效合理的依据。

综合考虑三维可视化的波段选择，选取ETM+波段3、2、1的组合方式，该方式更能直接形象的放映出研究区的地理概况，更加符合人眼的视觉效果，同时三维可视化较于二维图像，表达出来的空间信息更多，区域自然地形地貌、水体植被的分布状况在三维图像中一目了然，为计算机运算与人类判读提供良好的互动效果。

4 结论

①地理信息系统（GIS）及三维可视化技术的发展为区域三维地形景观构建与模拟提供成熟、可行、简便的操作平台，对于DEM数据的分析利用构建三维可视化能表达出二维图像所不能表达的空间信息，使人更加通俗易懂，高精度的三维立体图像在地质方面能够起到很重要的辅助作用。

②DEM数据精度越高，所表现出来的立体影像越清楚，对于worldview、快鸟数据以及Google earth等高精度的DEM数据在应用中所构建的立体影像更是可以达到虚拟现实的效果，二维图像和三维图像的结合在表达内容上能达到更好的效果。

参考文献：

[1]郑著彬，任静丽.基于ETM+遥感影像的三维地形可视化实现[J].计算机与数字工程，2010，38（5）：119-121.

[2]肖海红.基于ArcScene的三维地形可视化及其应用[J].工程地质计算机应用，2007（3）：12-16.

[3]侯欢欢，姚宏伟，杨方廷.基于ArcGIS的i维地景动态生成方法[J].太原理工大学学报，2010，41（1）：24-32.