基于GIS的三维地形建模及应用研究

1、 基于GIS的三维地形建模及应用研究 余璨Summary：平面地图无法直观地表现地形地貌，为了能更直观地展现地形元素，三维建模具有重要的理论和实际意义。重点论述了三维地形建模过程中的一些具体方法和流程，通过数据采集与处理、三维地形模拟等最终实现了三维可视化。实践证明，该方法建立的三维地形具有良好的可行性。Key：ArcGIS；TIN；三维地形模型DOIDOI：10.11907/rjdk.143742：TP317.4：A ：16727800（2015）0010132020 引言随着GIS应用领域的不断扩大和普及程度的不断提高，人们对GIS的操作界面和分析结果的可理解性提出了越来越高的要求。可视化

2、技术是改善操作界面、提高分析结果可理解性的有效手段。因此，可视化技术在GIS中的应用，一直是GIS开发人员和技术专家们所关心的问题。另外，图形系统是GIS的基础，而图形技术与可视化技术是密不可分的。在GIS中借助于三维可视化技术，将地理空间信息以三维立体形式直观、真实地表现出来，是地理信息三维可视化主要的和颇有潜力的发展方向之一。已有许多学者在以地图为基础的地形显示、分析、景观仿真和浏览、城市可视化、三维地图符号设计等方面做了大量工作。本文主要利用CAD、ArcGIS软件设计并实现了对于庐山地区三维地形建模的技术路线及对地形模型的分析研究，其流程如图1所示。1 数据矢量化现有数据资料为庐山地区

3、的地形等高线栅格图，首先要对其进行矢量化，矢量化工具有很多，如Mapinfo、CAD等，在这里采用CAD进行矢量化。用Photosho对等高线图进行处理，增强黑白对比度，使等高线更清晰，然后将经过Photoshop修饰后的栅格图导入到CAD中再进行矢量化，在插入栅格图像时基点选为原点，选取多段线（便于赋高程值）描绘等高线，用点描绘山头。由于庐山地区范围很大，在这里只选取了大概1/4的图进行矢量化。但是工作量仍然很大，所以要分工合作，把选择的图分成几块，每个人画一块，最后拼起来，这里就涉及到拼接的问题了。为了能更精确更方便地进行拼接，在描绘等高线之前，先在分成的几块的各个边界上画上一些点（等高线

4、与边界的交点），通过带基点（选择原点为基点）复制命令把这些点复制到每一块图上，然后每一块都以这些点为基础进行等高线的描绘，这样在拼接时，就不会发生错位现象，不需要每条进行修改，只需选择边界两边的等高线进行合并即可。矢量化完毕后，需要对等高线赋值，在CAD中选中等高线，直接修改其标高属性值即可。图1 建模流程2 数据转换CAD的数据直接导入到ArcGIS中无法进行编辑，需要将dwg格式的数据转换为shape格式，在这里利用两种方法实现了数据转换。ArcGIS软件提供了其它数据转化为shape数据的功能，可以直接利用ArcMAP中ArcToolbox里的工具进行转换。另外，可以通过专门的数据转换软

5、件进行转换。3 TIN的建立在ArcMap中利用转换后的shape数据建立TIN，然后用ArcScene显示，结果发现建立的模型如图2所示。这与庐山实际地形不符，查明原因后，发现高度与面积明显不协调。通过百度地图测距工具测量了其中两个山头的图上距离，并与实际距离作比较，然后与高度比较，再对其进行调整，在CAD中将整个地形图与矢量化的等高线在x，y方向扩大20倍，再重复上述过程，实现数据转换，建立TIN，用ArcScene打开结果如图3所示。图2 TIN模型 图3 调整后TIN模型实践证明该模型更加符合实际。接下来是添加道路、房屋、河流等要素。在TIN上描绘河流，可以利用TIN编辑直接添加软断线

6、（河流属于软断线）进行描绘。添加房屋要素需要做一些房屋模型然后添加上去。但是这种方法工作量比较大，所以考虑利用贴图完成更加真实的模拟。4 模型贴图4.1 贴图获取及处理由于ArcGIS中不能贴图，所以选择3Ds Max来完成贴图。这里利用所选择位置的卫星图进行贴图，卫星图可以在网上获取，对比谷歌地图、高德地图、老虎地图、百度地图等几种地图，谷歌地图表示地物最精细，所以选择谷歌地图的卫星图。首先将图片通过截图保存下来，然后导入到PS中，将庐山地形图作为底图参考，然后和卫星图对应起来。对应时为了更精细，通过山脊线、山谷线、湖泊、景点等这些特征地方来实现卫星图与地形图的对应，然后经过剪切等处理，使得

7、所截的卫星图与所描绘的那块对应起来。最后将处理好的贴图（截图）保存起来，如图4所示（其中有块地方有云雾遮挡，所以无法获取地形信息）。4.2 完成贴图在ArcScene里打开TIN，显示的就是一个三维模型。通过文件导出场景，将文件保存为wrl格式，这样才能在3Ds Max里打开。先在3Ds Max里打开保存的wrl文件（庐山三维模型），然后进行贴图，打开材质编辑器，将经过PS处理过的贴图赋予到材质球，并将此材质球赋予给三维模型，如果贴图与模型没有对应起来，使用“uvw Mapping”修改器处理，使贴图与模型吻合。最后结果如图5所示。图4 贴图 图5 贴图后的模型5 模型应用以上得到的模型在3D

8、s Max里打开才能看到，这样的模型不实用，可以通过converse 3D、flash 3D或quest 3D等将3Ds Max里的模型导出来转换为类似于视频性质的文件，然后将它放到网上，就可供人们直接浏览。通过浏览庐山的三维地形模型，人们可以宏观看到庐山的地形起伏和地貌概况，还可以了解到一些具体信息，如景点、河流等的位置，并可将这些具体信息与地形地貌对应起来，这样就可清晰地知道景点、河流等所处的地形地貌以及它们的相对位置关系。6 结语科技的进步也促进了三维技术的发展，实现三维空间的方法不止一种，三维地形建模的方法也不止一种。本文研究了基于GIS的三维地形建模方法，采用Photoshop处理图片、AutoCAD采集数据、ArcGIS建立三维模型和3Ds Max贴图一系列的软件组合实现了三维地形建模。这种方法实现起来相对简单，但是建立的地形模型存在一定缺陷，即模型的山体是三维的，但是山体上的房屋等要素不是三维的。因此，该方法还有待于深入研究并作出改进。 软件导刊2015年1期软