三维地形分析
如何进行三维地形模型构建与分析
如何进行三维地形模型构建与分析地形模型是地理信息系统(GIS)中重要的组成部分，它提供了对地表形态和地貌特征的三维可视化和分析。
三维地形模型的构建与分析越来越受到学术界和工业界的关注，在城市规划、自然资源管理和灾害防治等领域具有广泛的应用。
本文将介绍如何进行三维地形模型的构建与分析，并探讨一些实用的工具和方法。
一、数码摄影与激光雷达技术构建三维地形模型的首要任务是获取地表的几何数据。
目前常用的方法主要有数码摄影与激光雷达技术。
数码摄影利用高分辨率的数码相机拍摄地面景物，通过计算机图像处理和摄影测量技术生成三维模型。
激光雷达则利用由飞行器或地面设备发出的激光脉冲探测地面，通过接收脉冲返回的时间和强度信息来计算地表高程。
二、地表数据处理与配准获得地表数据后，需要对其进行处理和配准。
数据处理包括图像校正、去噪和配准等步骤。
图像校正主要是校正图像失真，使其符合真实地面形态；去噪则是去除图像中的干扰信息，保留真实地表的特征；配准是将不同数据源获得的数据进行精确对准，以保证后续分析的准确性。
三、地形模型构建通过地表数据处理后，可以开始构建三维地形模型。
常用的方法包括三角网格化和体素化。
三角网格化是将地表数据进行三角形拟合，生成一个连续且光滑的地表模型。
体素化则是将地表数据划分为小立方体（体素），每个体素代表一个地表区域，再通过插值等方法生成连续的三维模型。
这两种方法各有优缺点，选择应根据具体需求和数据特点进行。
四、地形模型分析三维地形模型的分析是利用模型来探索地表特征、模拟地貌过程和预测地理现象的方法。
常见的地形模型分析包括地形剖面分析、坡度和坡向计算、流域提取和水文模拟等。
地形剖面分析是通过抽取地表数据的剖面来分析地表形态的变化。
坡度和坡向计算则是分析地表的陡峭程度和朝向。
流域提取可以根据地表高程和水流方向进行，用于分析洪水的传播和河流的形成。
水文模拟则是模拟地表径流和水文过程，用于灾害风险评估和水资源管理。
如何进行三维地图的建模和展示
如何进行三维地图的建模和展示三维地图的建模和展示是近年来地理信息系统领域的一项重要研究内容。
随着科技的不断进步和人们对地理信息的需求不断增加，三维地图的制作和展示正逐渐成为全球各行各业的重要工具和应用。
本文将介绍如何进行三维地图的建模和展示，以及一些相关技术和方法。
首先，三维地图的建模是一个复杂而精细的过程。
它需要地理空间数据的采集、处理和分析。
一般来说，地理空间数据的采集可以通过卫星遥感、GPS定位、数字摄影等技术手段来完成。
采集到的数据需要进行整理和处理，剔除不符合要求或有误差的数据点。
然后，通过地理信息系统软件，将数据进行空间分析和建模。
在建模的过程中，可以采用栅格模型和矢量模型两种不同的数据结构，分别适用于不同场景的建模需求。
其次，三维地图的展示是将建模数据以合适的方式呈现给用户的过程。
三维地图的展示可以分为两个方面，一是展示平台的选择，二是展示方法的选择。
在展示平台的选择方面，目前常用的平台有桌面端、移动端以及Web端。
不同的平台适用于不同的用户需求和使用环境，因此在选择展示平台时需要根据具体情况来决定。
在展示方法的选择方面，可以采用静态展示和交互式展示两种方式。
静态展示通常是通过图片或视频的方式呈现，更适用于简单的展示需求；而交互式展示则可以通过用户的操作来实现对地图的探索和查询，更适用于复杂的展示需求。
除了建模和展示，三维地图的应用也是非常广泛的。
三维地图不仅可以用于城市规划、交通规划等领域，还可以应用于旅游、游戏等娱乐领域。
例如，通过三维地图可以方便地查看和规划旅游线路，提供更好的旅游体验；通过三维地图可以制作逼真的游戏场景，增加游戏的可玩性和真实感。
此外，在环境监测、灾害预警等方面，三维地图也有着重要的应用价值。
最后，要进行三维地图的建模和展示，还需要掌握一定的技术和方法。
例如，要进行三维地形的建模和展示，可以采用数字高程模型（DEM）和三维网格模型等技术手段；要进行建筑物的建模和展示，可以采用激光扫描和摄影测量等技术手段；要进行动态交通模拟和可视化，可以采用交通仿真和虚拟现实等技术手段。
13.三维分析
plume
污染物空间的TIN表面
实验五、制作飞行动画
实验目的
▪ 掌握三维地形漫游及动画制作的基本方法
实验准备
▪ 数据： Path.shp 飞行路线 dtm_tin 地形数据 Photo.sid、Topo.sid 地形影像数据
实验目的
▪ 掌握利用某区域地形数据及遥感影像数据浏览三维 地形特征的方法
实验准备
▪ 数据：某区域TIN数据、遥感影像
实验四、要素三维可视化
实验目的
▪ 掌握掌握点、线、面要素三维可视化的基本方法
实验准备
▪ 数据：
facility.shp 需清理设施
wells.shp 水井
congrd
污染物浓度栅格数据
第十三章 三维分析
主要内容
实验一、空间插值与三维可视化 实验二、TIN创建与三维可视化 实验三、地形三维可视化 实验四、要素三维可视化 实验五、制作飞行动画
实验一、空间插值与三维可视化
实验目的
▪ 掌握空间内插的方法 ▪ 帮助人们了解土壤污染与发病率的关系
实验准备
▪ 数据： Subsample_1994_CS137.shp 土壤Cs137含量
ThyroidCancerRate、TIN创建与三维可视化
实验目的
▪ 掌握构建TIN的基本方法
实验准备
▪ 数据： Arc_Clip.shp 等高线矢量数据 Arc_Clip_river.shp 道路矢量数据 Arc_Clip_river.shp 水系矢量数据
实验三、地形三维可视化
1.应用MATLAB进行地理三维地貌可视化和地形分析
第17卷 增刊2 广西工学院学报 V ol117 Sup2 2006年12月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY D ec12006文章编号 100426410(2006)S220017203应用M AT LAB进行地理三维地貌可视化和地形分析唐咸远(广西工学院土建系,广西柳州 545006)摘 要:从M A TLAB软件强大的功能入手,讨论了M A TLAB中进行地理三维地貌可视化和地形分析的方法,并展望其在工程中良好的应用前景。
关 键 词:M A TLAB;三维地貌可视化;地形分析0 引言M A TLAB的含义是矩阵实验室(M A TR I X LABORA TOR Y)[1],自其问世以来,就以数值计算称雄。
其计算的基本单位是复数数组(或称阵列),使得该软件具有高度“向量化”。
经过十几年的完善和扩充, M A TLAB现已发展成为线性代数课程的标准工具。
由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。
在地理信息系统(G IS)中,地形的三维可视化通常是利用数字高程模型(D E M)来完成的,而D E M最常用表示方法为规则格网,它是将区域空间切分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个数值,即高程值。
数学上可以表示为一个矩阵,在计算机实现中则是一个二维数组。
可见利用M A TLAB处理D E M数据,完成地形的三维可视化分析是切实可行的。
1 M AT LAB软件及其功能M A TLAB产品家族是美国M ath W o rk s公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境,已广泛地应用在航空航天,金融财务,机械化工,电信,教育等各个行业。
该软件的主要特点包括:1)有高性能数值计算的高级算法,特别适合矩阵代数领域;2)有大量事先定义的数学函数,并且有很强的用户自定义函数的能力;3)有强大的绘图功能以及具有教育、科学和艺术学的图解和可视化的二维、三维图;4)基于H TM L完整的帮助功能;5)适合个人应用的强有力的面向矩阵(向量)的高级程序设计语言;6)与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力;7)有在多个应用领域解决难题的工具箱。
ArcGIS9教程_第9章三维分析
ArcGIS9教程_第9章三维分析第九章三维分析相当长的⼀段时间⾥，由于GIS理论⽅法及计算机软硬件技术所限，GIS以描述⼆维空间为主，同时发展了较为成熟的基于⼆维空间信息的分析⽅法。
但是将三维事物以⼆维的⽅式来表⽰，具有很⼤的局限性。
在以⼆维⽅式描述⼀些三维的⾃然现象时，不能精确地反映、分析和显⽰有关信息，致使⼤量的三维甚⾄多维空间信息⽆法加以充分利⽤。
随着GIS技术以及计算机软硬件技术的进⼀步发展，三维空间分析技术逐步⾛向成熟。
三维空间分析相⽐⼆维分析，更注重对第三维信息的分析。
其中第三维信息不只是地形⾼程信息，已经逐步扩展到其它更多研究领域，如降⾬量、⽓温等。
ArcGIS具有⼀个能为三维可视化、三维分析以及表⾯⽣成提供⾼级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以⽤它来创建动态三维模型和交互式地图，从⽽更好地实现地理数据的可视化和分析处理。
利⽤三维分析扩展模块可以进⾏三维视线分析和创建表⾯模型（如TIN）。
任何ArcGIS 的标准数据格式，不论⼆维数据还是三维数据都可通过属性值以三维形式来显⽰。
例如，可以把平⾯⼆维图形突出显⽰成三维结构、线⽣成墙、点⽣成线。
因此，不⽤创建新的数据就可以建⽴⾼度交互性和可操作性的场景。
如果是具有三维坐标的数据，利⽤该模块可以把数据准确地放置在三维空间中。
ArcScene是ArcGIS三维分析模块3D Analyst所提供的⼀个三维场景⼯具，它可以更加⾼效地管理三维GIS数据、进⾏三维分析、创建三维要素以及建⽴具有三维场景属性的图层。
此外，还可以利⽤ArcGlobe模型从全球的⾓度显⽰数据，⽆缝、快速地得到⽆限量的虚拟地理信息。
ArcGlobe能够智能化地处理栅格、⽮量和地形数据集，从区域尺度到全球尺度来显⽰数据，超越了传统的⼆维制图。
利⽤交互式制图⼯具，可以在任何⽐例尺下进⾏数据筛选、查询和分析，或者把⽐例尺放⼤到合适的程度来显⽰感兴趣区域的⾼分辨率空间数据，例如航空相⽚的细节。
第三章地形三维显示的基本理论和算法精品PPT课件
投影面P
y
m
O
θn
N
Z
x TOT
物面T
YT M
XT
§3.3 投影变换的数学模型
如上图所示，DEM中任一点M在地面坐标系OT－ XTYTZT，a中的坐标为（Xm,Ym，Zm），它在投影平面 P上的像点为m，则m点在投影坐标系O－xy中的坐标 （xm,ym）由下式计算求出：
y xm m ((X X (X M M M X X X S S))Ss c )s(io X i n M ss n ss iiiX n n ( n S Y )(M Y c (Y M M o Y S Y ) Y S sc)(SY s )M o s i ic s n Y c n S c o )o so s i(s Z (s n Z M (Z M M Z Z SZ )Ss)Sc ) io n s
不难看出，上述坐标变换的数学模型具有以下特点： 1）该数学模型在理论上是严密的；
2）改变视点S的位置，就可以在屏幕上绘制出在不 同方位观察地面的立体透视图；
3）若视点位置不变，只改变参数θ，这意味着代 表地形表面的DEM数据场绕视点和投影平面P旋转不同 的角度，也同样可以在屏幕上生成不同视角条件下的 立体透视图。
(XT,YT,ZT)是视点S在地面坐标间的夹角；
θ是地面坐标系的XT轴与投影坐标系的X轴之间的夹角。
§3.2.3 透视投影变换原理
S 视点
投影面P
y
m
O
θn
N
Z
x TOT
物面T
YT M
XT
§3.3 投影变换的数学模型
如上图所示，DEM中任一点M在地面坐标系OT－ XTYTZT，a中的坐标为（Xm,Ym，Zm），它在投影平面 P上的像点为m，则m点在投影坐标系O－xy中的坐标 （xm,ym）由下式计算求出：
三维数字地形图测绘技术分析
三维数字地形图测绘技术分析摘要：三维地形图测绘技术在早期二维数字地形图的基础上增强了空间性和丰富性，本文通过笔者对三维数字地形图测绘技术的应用总结，探讨了测绘关键技术及应用方法，希望为同行业发展提供借鉴。
关键词：三维数字，地形图，测绘技术，应用分析abstract: three-dimensional topographic map surveying and mapping technology in early 2 d digital terrain map to enhance the space on the basis of sex and richness, this article through the three-dimensional digital topographic map surveying and mapping technology application summed up, and discusses the key technology and application of surveying and mapping method, hope for the industry development for reference.keywords: 3 d digital, topographic map, surveying and mapping technology, application analysis中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号：地形图是对地理地形的客观存在特征进行了概述和抽象的一种科学方法，但由于地理地形本身存在多变性、空间性和实体性，想要全面充分的通过地形图来表达实际地理状态，具有一定的技术难度。
随着我国科学技术水平的不断提升，目前人们已经在不断探索具有全面性、真实性、科学性等优点的测绘方法和技术，并获得成效。
三维地形图测绘技术如今已经不仅仅是一种概念性的技术内容，而是在早期二维数字地形图的基础上增强了空间性，使数字地形图丰富化、三维化，也为实际的研究和测量工作提供新的依据。
石大《GIS分析》实习指导04三维分析
第四章三维分析一、实验目的DEM是对地形地貌的一种数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径，它的应用可遍及整个地学领域。
通过对本实习，我们应：1、加深对DEM建立过程的原理、方法的认识；2、熟练掌握ARCGIS中建立DEM、TIN的技术方法。
3、结合实际、掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。
二、实验准备1、软件准备：ArcGIS2、数据准备：Elev_clip.shp，Elevpt_clip.shp、Boundary.shp、移动基站.shp;三、实验内容三维分析扩展模块的装入：Customize→Extensions→3D Analyst 本实验中3D分析参数设置：1、DEM及TIN的建立1.1 由矢量数据建立TIN（1）【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Data Management】-【TIN】-【Create TIN】，分别选择Elevpt_clip.shp和Elev_clip.shp生成TIN，并比较结果；（2）TIN的显示将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式：1.2 由TIN建立DEM【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Conversion】-【From TIN】-【TIN to Raster】，分别选择tin_Elevpt和tin_Elev生成Grid格式的DEM，并比较结果；1.3 由矢量数据建立DEM【ArcToolbox】-【3D Analysis Tools】-【Raster Interpolation】选择Elevpt.shp，利用IDW、Kriging、Natural Neighbor、Spline数据内插方法生成Grid格式的DEM；2.DEM 的应用基于ArcGIS 的地形因子的提取，均是基于DEM 的基础上的。
由于由线生成的TIN 再转化得到的DEM （tin_elev ）精度更高，故后续的DEM 应用均采用该数据进行。
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实习（六）三维分析
武汉大学资源与环境科学学院吴艳兰
一、主要内容
1、对地理数据进行透视观察、三维浏览；
2、将图像作为纹理贴在地形表面；
3、利用离散三维点建立TIN，以此表达地形；
4、练习剖面图绘制等地形分析。
二、学时安排：2学时
三、预习内容
1、ArcScene的主要功能：进行三维显示和三维场景分析的模块；
2、GIS中数字高程模型的概念、表示、TINDEM建立方法、GridDEM内插、地形分析等相关知识。
四、具体内容及操作
实习数据为: Arctutor/3Danalyst
1、用ArcCatalog预览三维数据
1) 在ArcCatalog中定位到Arctutor/3Danalyst/Exercise1,点Death Valley Terrain数据（tin）,点preview,再点preview下拉箭头，选3dView.
2) 鼠标放在ArcCatalog的菜单或工具栏上，按右键，选取3d View tools
，可以对三维场景进行各种观察。
2、将图象覆盖在地表上
1) 类似ArcMap加图层的操作，在ArcScene 中添加Death Valley Terrain数据。
同样可以应用3d View tools，观察场景。
2) 用工具，添加位于Arctutor/3Danalyst/Exercise1/data下的遥感影象数据dvim3.TIF。
可以看到该遥感影象是平地，与三维地形没有匹配，明显地看到是两层数据。
3) 关闭地形数据，点取影象数据层，击右键，properties 中的Base Height,选取Obtain for layer from surface,如下图。
按确定。
4)用工具对场景进行局部放大，可见该影象就随着地形有了起伏。
5)修改场景的高度比：点Scene layers,按右键，点Scene Properties,弹出场景的属性，将垂直夸大比vertical Exaggeration 由none改为2，观察效果。
3、建立TIN 来表达地形
1）在ArcScene中点File\Open打开Arctutor/3Danalyst/Exercise4下的BuildTIN.sxd文件。
观察数据层，有道路、离散点、等高线等。
2）显示Cavesurvey数据层，点取该数据层，按右键，点“Zoom to Layer”,可以看到该数据层具有三维信息，位于高程为0的其他层之上，如图。
3）用vipoints point层建立TIN。
a、点取vipoints point层，打开该层的属性表，其中Spot存储了各点的高程信息。
b、点3Danalyst下的Create/Modify TIN/Create TIN From Features。
选取vipoints point，如图。
c、Ok后，产生一个tin数据层，用观察该地表，它位于Cavesurvey之上。
d、点取ＴＩＮ数据层，按右键，点properties/symbology,点Add,添加Face Elevation with graduated color clamp .将Faces 关闭后，确定，可得到分层显示的地表三维图。
4、将要素添加到地表TIN上
并指定要素的高程来源，各要素与地形融合的方式。
１)点Click 3D Analyst/ point to Create/Modify TIN/Add Features to TIN.选取railroad，Height source改为None; Triangulate as改为soft line. 如下图。
２)选取brklines，按OK;
３)选取smclp，Height source改为None, Tag value field改为None.
４)选取Save Change into a new output TIN,取名为tin2.
5)Ok后，产生一个tin２数据层，点该数据层的Layer Properties/symbology,将Face 关闭，6)确定后，用观察该地表和各要素，如下图。
5、绘地表的剖面图
１) 启动 Arcmap，按OK;
2) 鼠标放在工具栏处，按右键，点取3D Analyst.
3) 在ArcScene中点取ＴＩＮ１，右键后，点copy；
４) 在ArcMap中点Layers,右键后，点Paste Layer(s)，就将tin1层copy到ArcMap中。
５) 在3D Analyst工具栏中，点Interpolate Line.在ＴＩＮ１数据层上点取剖面线，左键点线，双击后结束。
６) 按剖面生成按钮，得到下图：
6、其他工具按钮的练习。
7、练习3D Analyst下的其他分析功能，如坡度、坡向等。