Question

地表建模

Answer 1

（一）地表的生成

生成地表的主要数据是地表离散点数据，地表离散点数据由ARCINFO格式数据转换而来。组成等高线的平面线段与它的高程值一一对应，这样，就有了地表的三维坐标集。系统输入时，读入组成等值线的各个点，即读入各个线段的点，结合线段所对应的高程值，就形成了生成模型所需的离散点，系统使用这些离散点进行插值，生成地表。由于数据较多，这样离散点的密度也大，以MapGIS明码文件存放的数据容量达到150多兆，如果把这些数据都输入到系统中，插值生成地表面，那么生成地表面的小三角形数量将会相当大，占用过多的计算机资源，对后续模型的构建影响很大。同时，生成地表面时速度慢，效果不理想。因此就需要对这些离散点进行抽稀处理。抽稀的效果是减少等值线上的点的数量，由于等值线上有大量的点存在，按比值抽稀不会对它的精度造成影响。抽稀后，生成模型所需的离散点密度降低，离散点的数量减少，系统生成地表面时速度加快，地表面的平滑度提高。对于地表面的一些坏点，如高程值过高或过低的点，即高程高于地表最高点，或高程低于地表最低点的高程，这些点是由于误差或数据转换时造成的，使用这样的点插值，就会造成地表面的起伏变化剧烈，地表面粗糙不平，影响地表面的光滑度。因此，对于这样的点需要在输入系统时进行剔除处理，即在系统输入模块中，采用门槛值进行限制，过高或过低的点剔除，不让其参与建模。

将处理后的离散点数据导入到工区中作为控制点，采用DSI插值技术生成三角网，用这个三角网来描述地表的形态。

（二）加载地表信息

1.地理信息数据

地理信息数据包括河流、铁路、公路、湖泊、城市等点、线、面图元信息，这些信息对于增强三维可视化模型的内涵、增强模型的展示效果具有积极的作用。每项地理信息数据读入后，采用OpenGL技术来实现这些图元在三维模型中的显示状态，同时给出对应的属性信息内容。但建模系统目前不做GIS方面的分析功能，留待后续开发时进行功能增强。

2.遥感影像图片

地表网格剖分完成以后，系统采用OpenGL的纹理映射技术，将卫星影像贴到地表，这样使整个模型看起来更加真实，效果更好。为减少内存占用量，卫星影像在保证可视化分辨率的前提下，转变为位图图像格式（.bmp）读入。

为了使遥感影像图片与生成的地表网格贴合得很好，位置更准确，系统采用三点坐标定位的方法对图片进行校正。校正的方法是从图片上选取三点，确保这三点不在同一条直线上，将它们分别记作P1、P2和P3，用户要知道这三点的真实坐标值，为此可以选那些具有标识性的地理位置点。我们设图片贴到地表上时这三点的坐标为01d_P1、01d_P2和01d_P3，而输入的真实坐标为New_P1、New_P2和New_P3，依据最小二乘原理可以得到一个变换矩阵M，过程如下：

地下水三维可视化系统开发与应用

地下水三维可视化系统开发与应用

用矩阵M对图片的四个顶点进行变换，即可以得到校正后的图片。图4-10是加载了地理信息和遥感影像图片的地表形态。

图4-10 加载信息后的地表形态

（三）模型网格大小的确定

模型所建的地质体如地表、地层、断层和透镜体等都是由网格相连构成面，面相包而组成体。构成模型的最小单位是小三角形，三角形的数量多少对模型的精度、系统运转的快慢有直接的影响。

一般来说，生成模型的三角形网格过大，则模型面比较粗糙，模型不精细，甚至不能表现面的形态特征，网格过小，则网格的密度大，对这些三角形运算需占用大量的系统资源，使计算机处理的数据量剧增，从而使机器运行速度慢，如果离散点数据量过多或过少，则会使模型面较复杂，不能表现模型面的总体特征。因此，在构建模型时，需要选择合适的网格大小。

经过实践，地表的网格大小选用50～200m的格网间距较好，机器速度和表面光滑度能达到协调统一。一般在模型初建中，选用200m的格网间距，机器速度快，如果需要对建模区域进行分割，如黑河流域模型，则在小盆地模型构建完成后，选用50m格网间距进行地表面生成，使地表面比较精细。

地层和断层由于使用剖面图上的线段进行建模，系统会自动在这些线段上加密离散点，选用100～200m的格网间距，对地层和断层的生成影响不大，精细度也符合要求。透镜体由于其面积小，对精度要求适中，因此网格大小选用50～100m的格网间距即可满足需要。

对于栅格数据，如遥感影像图片，其空间分辨率可根据模型显示的精度调整像素的大小。一般100～300dpi即可。可根据需要把精细的具有800多兆的遥感影像图片生成BMP、JPG等图形格式，达到保证像素精度和减少内存占用量的需要。