文/葉果

1 引言

數(shù)字高程模型是以數(shù)字形式描述的地形表面模型，在模擬攝影測(cè)量和分析攝影測(cè)量中，地面上的信息（地形，特征和不同的名稱）通過(guò)圖像和注釋（如輪廓線，地貌符號(hào)）顯示在圖紙上。函數(shù)的特征由不同的符號(hào)和文本注釋表示。這種地形圖很常用。按照一定的結(jié)構(gòu)組織觀察數(shù)據(jù)，以建立數(shù)據(jù)模型的表達(dá)，最后的數(shù)據(jù)管理和重建由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，并在允許的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)精確渲染3D 地形。

在最常見(jiàn)的形式中，平面和波紋數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)字地面模型，并且還包括從其獲得的數(shù)據(jù)，例如斜率，縱橫比，視線等。視覺(jué)景觀不僅具有表達(dá)表達(dá)的形式，而且還具有數(shù)據(jù)規(guī)模。但是，詳細(xì)數(shù)據(jù)和地形水平的數(shù)量彼此密切相關(guān)。如何實(shí)現(xiàn)兩者之間的最佳平衡成為研究的重點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是手動(dòng)使用相對(duì)直觀方便，但其缺點(diǎn)也很明顯，即管理不方便，特別是不能直接用于計(jì)算機(jī)。因此無(wú)法滿足各種技術(shù)的自動(dòng)化要求。因此，數(shù)字產(chǎn)品逐漸取代傳統(tǒng)的地圖，其中，數(shù)字地圖和數(shù)字地形模型為典型的產(chǎn)品。數(shù)字地面模型（DTM）已成為空間信息系統(tǒng)的組成部分。因此，系統(tǒng)地為大面積創(chuàng)建數(shù)字高程模型已成為當(dāng)務(wù)之急。

2 數(shù)字高程模型的構(gòu)建算法

數(shù)字高程模型被定義為一系列高程值，表示以數(shù)字形式存儲(chǔ)的對(duì)象的位置，并且是表示區(qū)域中的地形的有限系列的三維向量。獲取正確的數(shù)據(jù)是構(gòu)建DEM 的第一步，也是最重要的一步，它不僅會(huì)對(duì)DEM 的準(zhǔn)確性具有直接影響，還直接影響成本。從數(shù)據(jù)源和采集方法來(lái)看，包括：地面直接測(cè)量，如GPS，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等。與傳統(tǒng)地圖相比，DTM（DEM）在信息數(shù)字表達(dá)上，具有具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。首先，它可以直接輸入計(jì)算機(jī)，用于各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。其次，對(duì)于大量信息的存儲(chǔ)，可以使用DTM 多層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)功能，包括可以包含和表達(dá)非垂直排列的功能的地形圖。

需要快速找到起點(diǎn)所在的三角形，因?yàn)檫@是提高有限插入效率的重要部分，且這些插入直接影響算法的輸出效率。其中，算法在確定三角形中，還具有以下的關(guān)系定義：設(shè)V，K 為兩個(gè)三角形端點(diǎn)，V 為插值點(diǎn)。則點(diǎn)和線之間的關(guān)系是：

在TIN 中，如若對(duì)三角形之間的拓?fù)潢P(guān)系加以建立，則很容易根據(jù)三角形和三角形區(qū)域坐標(biāo)之間的拓?fù)潢P(guān)系來(lái)評(píng)估具有插入點(diǎn)的三角形。如果給出點(diǎn)d（x，Y），則區(qū)域坐標(biāo)定義為：

線段和三角形的交點(diǎn)可以減小以使線段與線段相交。如果兩個(gè)端點(diǎn)為如果第一線段位于第二線段的兩側(cè)并且第二線段的兩個(gè)端點(diǎn)也位于第一線段的兩側(cè)，那么則說(shuō)明這兩個(gè)段相交。離散數(shù)字高度模型通常直接從地球表面測(cè)量原始或無(wú)組織數(shù)據(jù)。采樣點(diǎn)通常具有分布不規(guī)則特征的地形特征。通過(guò)使用某些項(xiàng)，可以創(chuàng)建具有獨(dú)特特征的表面。

3 DEM與TIN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TIN 既可以由矢量方式構(gòu)建,也可以由柵格方式構(gòu)建。對(duì)于具有隨機(jī)離散點(diǎn)的不規(guī)則三角剖分的構(gòu)造，基本思想是根據(jù)隨機(jī)分布的原始高光創(chuàng)建一個(gè)連續(xù)覆蓋整個(gè)研究區(qū)域的不規(guī)則三角網(wǎng)絡(luò)TIN。如果三角剖分中沒(méi)有約束數(shù)據(jù)，那么可生成的數(shù)字土壤模型就不能正確表達(dá)表面的復(fù)雜關(guān)系，與此同時(shí)，也不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。因此，在隨意數(shù)據(jù)三角測(cè)量中包含限制線成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。然而，地球表面的形狀實(shí)際上是一個(gè)不規(guī)則的表面，而不是一系列簡(jiǎn)單的表面，特別是在三角形網(wǎng)格點(diǎn)稀少且地形變化很大的破碎地形上，平面插值的使用必然導(dǎo)致擬合表面的顯著變形。

建立的整體插值模型是根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果確定的。因此通常用于模擬廣泛的宏觀趨勢(shì)。使用矩陣，只要原點(diǎn)的地理坐標(biāo)，網(wǎng)格間距和矩陣的行和列信息，就可以得到當(dāng)前站點(diǎn)上每個(gè)區(qū)域的地理信息。建立每個(gè)區(qū)域之間的拓?fù)潢P(guān)系。也就是說(shuō)，找到每個(gè)三角形與其他三角形的公共邊界，并按順序?qū)⑵浔４鏋槲募４送?，我們同意所有跨越限制邊緣的三角形被設(shè)置為成為限制邊緣的影響域，并且影響域的每個(gè)三角形邊緣變?yōu)閷?duì)角線。在地形中，與其所在三角形的三個(gè)角點(diǎn)有關(guān)的插值點(diǎn)的插值，在該區(qū)域中幾個(gè)采樣點(diǎn)的高階函數(shù)上顯得更合理。

假若采用一般上通用的多項(xiàng)式，便可以對(duì)更復(fù)雜的曲面加以創(chuàng)建。分析多項(xiàng)式的前三個(gè)項(xiàng)（兩個(gè)二次項(xiàng)和一個(gè)零項(xiàng)）并發(fā)現(xiàn)它們可以生成一個(gè)平面。通常，選擇三角形作為形成地面的表面，因?yàn)槿切伪砻媸谴_定性的。將TIN 數(shù)據(jù)中的每個(gè)三角形劃分為基于重心的三個(gè)子三角形。目標(biāo)是將三角形劃分為三個(gè)區(qū)域，并使用每個(gè)區(qū)域找到子三角形，其中每個(gè)區(qū)域的公共邊緣具有不同的三角形。嵌入約束線段（屬性線或約束線段）時(shí)，需要知道哪些三角形與約束線段相交，以及三角測(cè)量中的哪些邊與約束線段相交，然后執(zhí)行局部三角測(cè)量重建和LOP（部分優(yōu)化過(guò)程）優(yōu)化。

4 結(jié)論

對(duì)于DEM 構(gòu)造方法，本文采用T1N 和規(guī)則網(wǎng)格兩種建模方法實(shí)現(xiàn)DEM 構(gòu)造，并討論了包含TIN 的算法并確定了相應(yīng)模型。介紹了普通網(wǎng)格（DEM）模型的快速構(gòu)建和小波簡(jiǎn)化方法，之后總結(jié)了計(jì)算機(jī)上顯示的三維圖像的基本知識(shí)。此外，全局控制矩陣索引的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是用于該混合模型的局部三角剖分，它解決了大規(guī)模數(shù)據(jù)的精確三維地形映射。常規(guī)網(wǎng)格是DEM 和不規(guī)則三角測(cè)量TIN 以及兩者的混合應(yīng)用。