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摘要：通过开源的遥感与地信网站获取研究区的高程数据与卫星影像，以此为基础使用Suffer、ARCGIS等常用软件，对数据进行处理、叠合与建模，最终模拟出研究区的真彩色三维可视化场景。该模型具有形象、立体、真实等特点，能够进行信息查询，实现电子沙盘和飞行鸟瞰的功能，可应用于工程勘探、地质调查、旅游规划以及城市建设等领域。

关键词：卫星影像；地形；可视化；地质勘探；建模

中图分类号：TP751文献标志码：A文章编号：

0引言

20世纪60年代以后，地形可视化的概念随着地理信息系统的出现而逐渐形成。随后以地形和地貌为研究重点的地形三维可视化技术在地理信息系统、虚拟现实、战场环境仿真、地形穿越飞行、土地管理与利用、水文气象及地质勘探等多个领域得到了广泛的应用，而逐步受到人们的关注。

地形三维可视化模型的建立可分为2大部分，分别是地形数据的获取和模型构建。地形数据的获取需要投入较大的人力物力，如现场测量等；后期的建模过程依赖于对计算机与编程技术的熟练掌握。虽然大量的野外投入、后期制作的高技术要求往往制约着常规需求的地形三维可视化建模，但网络信息和计算机技术的发展，增加了各种数据获取的便利程度，丰富了软件的类型和功能，极大地促进了三维可视化建模技术的发展。本文旨在利用常用软件对地形起伏的山区或丘陵等进行地形的三维模型构建，以期对真实地貌有更直观、深入的认识，希望能以此为基础，为后续的各类工程勘探、规划设计等工作提供帮助，并应用于所需要的工作中。

1三维建模方法

构建三维实体的常用建模方法有三维形体构造软件和基于OpenGL的编程建模2种。编程建模自由度大，但技术要求较高，不易实现；相比之下利用三维软件易于操作和掌握，而且具有较好交互式体验，可以快速地进行建模，满足不同需求。

目前三维建模的软件种类繁多，不同行业（如地质、地信、建筑等）均有针对性较强的行业建模软件，以满足不同的需要。本次地形建模主要采用对地理信息有较强模拟功能的ARCGIS软件，同时辅以CAD、Surfer等进行，可分为几步：首先，建立目标区的数字化高程模型（DEM）；其次，将数字高程模型转化为三维地形模型；再次，制作对应于三维地形模型的高精度影像；最后，将地形模型与影像进行叠合。

2三维地形立体建模

2.1高程数据获取

本文研究通过开源网络平台获取高程数据，如某些遥感网站、地信网站等。此外，亦可通过对地形图进行数字化获取高程数据（见图1）。第1种方法以现有软件为基础，比较直接，操作相对简单，软件中可设置高程点的采样间隔和平面坐标类型等，间隔越小，精度越高，坐标类型一般选择平面投影坐标。第2种方法以研究区的地形图为基础，在CAD软件中进行矢量化和数字化，通过程序将地形图文件转换成三维的X、Y、Z三点坐标格式文件。

2.2DEM与地形建模

在获取了高程数据之后，需要将其制作成数字化的高程模型（DEM）。本文使用Surfer将高程数据进行网格化，网格越小，高程模型的精度越高，以此建立基于规则网格（Grid）的DEM数据。随后将DEM数据导入ARCGIS，将其转换成带有高程信息的数字影像，最后将影像的高度定义在网格数据的高程表面之上，形成三维地形模型（见图1）。

3卫星影像处理

3.1影像获取

研究区的影像可通过航空拍摄获取，但成本过高，后期制作繁琐。在精度允许的前提下，目前很多软件提供卫星影像的下载，根据研究区的具体范围或者拐点坐标，可下载不同等级清晰程度的卫星影像。

3.2影像处理

使用普通软件获取的卫星影像一般都经过了加密处理，有一定程度的失真，需要进行校正。为此需要对影像进行处理，使其与前述高程数据模型的平面坐标相匹配。处理方法为将卫星影像与地形图进行对照，把河流、道路拐点等标志性的地方在地形图上读取其平面坐标，在ARCGIS中对卫星影像进行平面坐标赋值，参考点越多则校正的精度越高。

4真实场景立体建模

前述地形模型通过色差与光照技术可达到一定的三维显示效果，但仅仅是高程上的模拟，无法形象地表达地貌情景。这里应用ARCGIS的纹理映射技术，将遥感影像经过重采样等处理，获得和数字化地形相应的新影像，以实现将卫星影像“贴附”在数字高程模型立体表面的效果，生成具有丰富地形地貌信息的真实地表三维立体模型（见图3）。

5地表模型的动态显示与信息功能

三维地形如果仅仅是静态的显示，则意义不大，还需要能够交互式地实时动态显示。ARCGIS提供了2种常用的模型交互式动态显示方法，即电子沙盘与飞行鸟瞰。

5.1电子沙盘

三维模型在电子沙盘模式下可围绕某一固定点任意旋转，同时可进行放大和缩小，观察者可从任意角度对模型的整体和局部细节进行浏览，便于对目标体建立全面且形象的认识（见图3）。

5.2飞行鸟瞰

飞行鸟瞰动态显示模式是在地形模型中沿飞行路径，以一定的飞行速率对沿途的模拟场景进行浏览。飞行路径由飞行方向、速率、高度三者矢量合成，观察者在虚拟的飞行过程中，可实时调整上述3个飞行参数，即飞行路径在模型中为任意的。

5.3信息查询

地表三维立体模型为数字化模型，可实现地理信息的相关查询和分析，如查询地物的坐标信息、区域的面积、道路的长度等，同时可绘制任意方向的地形剖面图。

6结语

本文通过常用软件，在高程数据和卫星影像的基础之上，不依赖于专业的编程技术，实现了任意区域的可视化三维地表建模，模型本身为真彩色显示，能够在一定程度上反映地表的真实信息，并且可以任意角度进行观看，对目标区域进行了全方位无死角的三维再现。该模型能够为用户提供宏观概念和局部信息，可广泛应用于工程勘探的设计和施工阶段、地质调查工作，以及旅游规划和城市建设等领域中。

参考文献：

［1］蒋丽丽，孙建国.起伏地表三维建模研究进展与前景［J］.勘探地球物理进展，2007，30（5）：340-347，11.

［2］丁斌，祖家奎.三维可视化中的地形建模与实现技术研究［J］.计算机仿真，2008，25（12）：212-215.

［3］潘结南，孟召平，甘莉.矿山三维地质建模与可视化研究［J］.煤田地质与勘探，2005，33（1）：16-18.

作者简介：

崔香（1993-），女，汉族，黑龙江省哈尔滨人，助理工程师，毕业于黑龙江工程学院，大学本科，主要从事数字化测绘成果生产与研究工作