《高等摄影测量》
主讲：王树根
武汉大学遥感信息工程学院
第七章 3D空间数据获取 建模与可视化
关于三维空间数据 q 什么是三维空间数据
它是人类对客观世界（主要指地球表 面物体）的几何描述，通过一定的测 量手段、技术、方法获得。
q 三维空间数据的基本特性
ü 空间特性：指物体的空间位置、形状、大
小等几何特征以及与相邻物体的拓扑关系
与建模和可视化有关的几个术语
q Aliasing: 指对信号（几何、纹理）的一 种欠采样现象，造成结果的不真实痕迹
欠采样
与建模和可视化有关的几个术语
q Breakline: 指断裂线、特征线等，需要 在多边型格网中体现出来 q Level of Detail (LoD): 涉及信息的量或 复杂性，LoD通常是目标物与观察者之 间距离的函数
3D空间数据的获取
q 对上述所有方法，理论上都包括两个步骤： 1、第一步: 获取大量地面（目标）点的三维 位置（坐标）； 2、第二步: 对上述数据点进行重采样，以满 足用特殊的格网形式或数据结构描述。
3D空间数据的建模（modeling） q 几个概念之间的区别：
ü ü ü ü ü DTM (Digital Terrain Model)： 数字地面模型 DEM (Digital Elevation Model)：数字高程模型 DHM (Digital Height Model)： 数字高程模型 DSM (Digital Surface Model)： 数字表面模型 DOM (Digital Object Model)： 数字目标模型
q Shading : 加阴影或阴影处理 q Splines: 样条函数，它是一种局部多项 式函数，在局部范围内可具有非常简单 的形式，但同时具有对全局的适应性 q Surface: 表面，其主要的表示方法有： ü 隐式函数（用点集表示） ü 参数形式（用多项式表示）
3D形状建模技术 q 主要分为两大类:
3D Studio Max Lightwave
基于摄影测量的3D建模
q主要过程:
ü设计（传感器和网格几何） ü量测（点云、线 等） ü构造/建模（包括几何、纹理） ü可视化/结果分析
Design Measurement Modeling Visualization current future 目前，对3D目标的几何恢复与量测和建模与可视化大都是 分离式的，而很多实际应用要求他们是集成式的
关于数字目标模型DOM
q 目标是广义的，大到一个数字地球或数字 城市
关于数字目标模型DOM
q 小到一个建筑物、工业零件或细胞
关于3D空间数据的可视化
3D建模与可视化研究发展趋势
q 摄影测量（遥感）的研究体现出从大 到小的研究趋势 q 计算机视觉的研究体现出从小到大的 研究趋势 q 数字摄影测量与计算机视觉的结合
Байду номын сангаас
混合式格网将结合两者的优点
与建模和可视化有关的几个术语 q任何一个Mesh都将包括:
ü顶点（vertices） ü边缘（edges） ü面（face） 通常采用有限元的方法 来产生一个表面网格
与建模和可视化有关的几个术语
q Modeling: 指建模，是关于目标物体的 数学结构或计算机表示。它实际上是通 过定义一系列的三维点（Xi,Yi,Zi）阵列， 这些点通过数学模型连接在一起，以便 生成多边形，再用多边形（格网）来表 达目标（表面）。
这些方法主要是通过估计表面的法向量（法线）而非3D数据
3D形状建模技术 q 无需量测的3D建模技术:
主要指商用计算机建模软件，其特点是： ü ü ü ü 3D建模可以从简单元素（如多边形）开始 多采用3D样条技术来对多边形进行分块和光滑 不需要用测量的方法得到实际结果 常用于计算机模拟、动画等电影或游戏软件
ü 时间特性 ü 尺度特性：与空间分辨率及采样间隔有关
三维空间数据涉及问题 q 三维空间数据的获取 q 三维空间数据的处理（建模） q 三维空间数据的表达（可视化）
The third Dimension
3D空间数据的获取
q 3D数据获取的主要方法有: 天文、大地测量 地面测量方法；如：GPS、全站仪 等 对现有地图数字化 利用数字传感器，如：干射雷达(InSAR）、 激光测距（LIDAR）、断面扫描仪等 ü 摄影测量、遥感方法 ü Shape from shading 等等 ü ü ü ü
与建模和可视化有关的几个术语
q Rendering : 指利用计算机技术对3D目 标物体进行再现或描绘，需考虑的因素 包括： ü 目标物体的透明性 ü 目标物体的色彩 ü 目标物体的漫反射或镜面反射 ü 目标物体的折射特性 等 两种Rendering技术： ü 光线跟踪方法 ü 扫描线处理方法
与建模和可视化有关的几个术语
① 基于目标量测的3D形状建模技术 ② 无需量测的3D形状建模技术
3D形状建模技术
q 基于目标量测的3D建模技术: 主要指基于立
体交会的方法或主动式3D传感器的方法，如：
ü 基于立体摄影量测的方法 ü 基于激光点云的方法 其它方法还有： ü Shape from shadow ü Shape from texture ü Shape from contour
其中都有一个字“Model”
DEM与DSM的区别与联系 DSM
DEM
对裸露地表：DEM= DSM
进一步关于DEM和DSM
q 不管是DEM还是DSM，它们都是用以表 示地表高程变化的模型。实际上自然界的 Landscape非常复杂，以致于无法用解析 方法进行模拟，而只能用有限的“采样点” 去描述。因此，理论上一个真正的“模型” 除了给出这些采样点高程外。还应该给出 数据点之间的内插策略，通常这部分工作 交由用户完成。
与建模和可视化有关的几个术语
q Mesh: 指表面网格（眼），是一些连续 的三角形或四边形的集合 三种形式 规则格网 不规则三角格网（TIN） 混合式
不同类型格网的比较
规则（矩形）格网 存储量小，便于使 优 点 用和管理 不能准确地表示地 缺 点 形的结构和细部 不规则三角形 （或称TIN） 能较好地顾及地貌 的特征点、线 数据量大；数据结 构复杂，因而使用 和管理也较复杂