论文总字数：19698字

摘 要

地形是自然界最复杂的景物，其三维绘制一直是国内外计算机图形学领域的

热点。三维地形能高度逼真地反映外部真实世界，利用数字测图获取的野外碎部点三维坐标测量数据构建DEM模型，可以实现地面空间分布特性的三维描述和显示及数据处理与应用。

论文以学校地形为例，以MATLAB为平台，采用基于格网的建模方法，用二次移动拟合的方法生成DEM，然后通过选取不同的格网步长，点位密度与点位分布生成DEM，将生成的DEM与实际地形比较，以确定生成高精度DEM所适合的步长，点位密度以及点位分布。

关键字：DEM TIN 坐标格网 精度评定

DEM based data Research on 3D terrain modeling

Abstract

Terrain is the most complicated scenery in nature, and its 3D rendering is always the field of computer graphics in China and abroad.Hot spot. Three-dimensional description of 3D terrain can highly realistic to reflect the external real world, using digital measurement field gets broken point 3D coordinate measurement data and DEM was constructed, can realize the ground space distribution characteristics and display and data processing and application.

The terrain school as an example, using MATLAB as a platform, modeling method based on the grid, with secondary moving fitting method for generating DEM, followed by different grid step size selection, site density and distribution of DEM generation, generation of DEM and the actual topography of the comparison, to determine the generation of high precision DEM for step, bit by bit density and distribution.

Key word: 　DEM ; TIN ; Coordinate grid ; Accuracy assessment

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 2

1.3本课题研究内容 2

1.4解决问题的关键 3

第二章 建立数字高程模型的理论与算法 4

2.1 地形表面重建与内插的通用多项式函数 4

2.2 数字表面建模的各种方法 4

2.3不规则三角网的生成方法 7

2.5对DEM数据的误差与精度分析 10

2.6本章小结 12

第三章 建立DEM以及DEM精度分析 12

3.1 实验目的 12

3.2数据来源 13

3.3生成DEM的方法 14

3.4 DEM模型的精度评定 18

3.5实验结论 27

3.6本章小结 27

第四章 总结 28

4.1研究工作总结 28

4.2进一步的工作 28

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1研究背景

地理信息与人类的生产生活密切相关。战争要重视地形,选择有利于己方战场作战。地质勘查要重视地形,选择有价值的区域作业。修路筑桥要重视地形,确定路桥线路和位置。城市规划、资源普查、环境保护、工程选址、洪灾预防预测等等,都需要地理数据。随着人类进入现代化时代,地形与人类的关系更加紧密。人类的各种活动都离不开地形,人类需要更好的达真实地形来服务实践活动。二十世纪八十年代,地图测绘、数据库技术、计算机图形学技术的飞速发展,为人类用计算机表达地形提供了充分的可能性,电子地图由此而生。通过卫星定位、航拍、遥感、传统测量等多种方式获取的地理位置、地形地物信息统一成矢量数据,用数据库来组织管理,用电子地图方式表现并提供漫游。计算机图形比传统的纸质地图有显著进步。一是提供了纸质地形更强大的应用功能,如查找、定位、分层显示等等。二是管理维护更加方便,如地形更新,只要有变更数据,可随时进行。最重要的是它使得相关行业消除了应用计算机的障碍,迈向信息时代。计算机图形是表达地形的第三种形式,是对符号线条地形的一种数字化。但是继承了符号线条地形的最大缺点:缺乏真实感，不能直观的表现地形。这使得三维地形更加重要，三维空间表达地形具有二维没有的真实感和直观性，但计算机不易处理;二维平面表达地形适合于计算机处理。人们既想利用计算机的便利,又希望得到三维图形的真实感和直观性。计算机技术的快速发展,尤其是计算机图形学的迅速成熟,计算机处理能力空前的提高,人类实现了这一愿望。在计算机上真实直观地表达三维地形改变了人类在社会实践活动中表达地形的典型型式。许多领域和行业都需要利用三维地形平台。如三维GIS,它致力于研究地球表层的各种要素的空间分布,这一领域不能没有三维地形平台。如地质的勘探,野外采集的数据都是离散数据,内业分析时往往要求把这些离散数据可视化,需要借助三维地形平台。又如城市规划,图纸上的设计方案是不完整的,缺乏对设计效果的感性表

达。这就要将方案可视化,不需要太多的语言描述,就可以一目了然。地形是自然界最复杂的事物之一，绘制三维地形一直是计算机图形学领域关注的热点。三维地形能够高度真实地反映外部世界，相对于传统纸质地图和计算机生成的电子地图、实体型地图，它具有可视化程度更高高、存储和查询方便等特点。

1.2研究现状

传统测绘技术已经不能很好的满足发社会高速发展的需要，如何提高测绘成图的精度和质量成了现在测绘研究的主要内容。新世纪以来，GPS技术以其精确、灵活、快速定位的特点，已经使测量技术得到了质的飞跃、 RTK技术的广泛应用为DEM大量的数据来源提供了可能。自投入应用以来，DEM受到了极大地重视，并在工程测量、大地测量、规划设计、军事国防等领域得到普遍应用。随着科学技术特别是计算机技术的迅速发展，使DEM的数据获取、数据存储和数据处理速度等方面以取得重大发展。数字地形模拟已经成为地球科学的一个重要分支。DEM有三种表示模型，采用三种不同数据结构的DEM表达方式在数据存储以及空间关系上有各自的优劣。虽然TIN在存储空间的要求上相对较高，但在处理任意复杂的地形上具有绝对优势，并且大多数图形显示硬件都针对三角形进行了特殊优化，因此在可视化研究上以TIN的数据结构作为我们研究的主要数据模型。

1.3本课题研究内容

一般说来，数据高程模型的数据的获取主要有以四种方式，其中每种方式各有其优缺点。

（1）野外实测获取 DEM 数据 。

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