A L P B C R
x
扫描线
扫描线与三角形边交点的灰度为：
graylevel L graylevel A graylevel R graylevel A
yk y A ( graylevelC graylevel A ) yC y A yk y A ( graylevel B graylevel A ) yB y A
（6）纹理映射



2）凹凸纹理：模拟表面细小凹凸； 凹凸纹理生成方法是在光照模型计算中使用扰动 法向量，直接计算物体粗糙表面 凹凸纹理主要用来表示不太平滑的表面，如：近 距离观察的地面；
第八讲 数字高程模型的可视化
“人脑的神经细胞有一半以上用于处理和理解视觉输
出。因此，为了在对付大量的数字数据的科学能力 上达到最佳，人必须最大限度地利用其极为重要的 视觉器官”。
－Levine
一、可视化的概念及发展


可视化包括图像的理解和综合，也就是说， 可视化是一个工具，用来解释输入计算机 中的图像数据和根据复杂的多维数据生成 图像。它主要研究人和计算机怎样协调一 致地接受、使用和交流视觉信息。 可视化是人脑中形成对某件事物（人物） 的图像，是一个心智处理过程，促进对事 物的观察及概念的建立等。
（4）光照模型



识别可见面之后，需要分解成像素进行着 色，称为明暗处理；处理实质是模拟光源 照射效果，计算像素亮度； 光照处理是通过光照模型进行处理； 反射方式有漫反射和镜面反射，地面光照 条件一般二者都要模拟；
（4）光照模型


光照模型是指根据光学物理的有关定律， 计算景物表面上任一点投向观察者眼中的 光亮度的大小和色彩组成的公式。 光照模型需要模拟光的漫反射和镜面反射。
地形可视化技术
二、地形可视化方法

(1)写景法： 早期地形表现 方法，地貌采 用原始的绘制 方法，表现从 侧面看到的山 地、丘陵的仿 真图形；
——《广州府舆图》（清代）
二、地形可视化方法


(2)等高线法：用一定间隔（高差）等高线组合 来反映地面起伏，可以反映地面高程、山体、坡 度、坡形、山脉走向等基本形态变化； (3)分层设色法：等高线地图的再加工，按照一 定设色原则，给不同的高度带设置不同颜色；

(3)可见面识别



深度排序法（画家算法）：将三角形按照到视点 距离排序，然后从远到近处理每一个三角形； Z-buffer（深度缓冲法） ：Z是指模型的坐 标,Buffer是缓冲器，Z-Buffer法是根据缓冲器 里物体的深度信息坐标来确定隐藏面的。 光线跟踪法（Ray Tracing）：从视点出发， 通过屏幕像素向场景投影一光线，交场景中的第 一个交点（可见点），并置相应像素的光亮度为 交点处的光亮度，从而绘制出一幅完整的真实图 形。（4Fra bibliotek光照模型
漫反射模型：
Lambert模型， I=IdKdcosA Id是光源强度；Kd是 漫反射系数；A为L和 N之间的夹角； L(光源)
N(法向)
A 地面 漫反射
（4）光照模型

镜面反射模型：
Phong模型， I=IsW(A) cosnB W(A)为表面反射系数， 0<W(A)<1 N为会聚系数，表面越 光滑，N越大。 L(光源)
（6）纹理映射



灰度图像只是表现地形起伏变化，要表示地表的 要素特征，需要添加表面细节； 在三维物体上加绘的细节称之为纹理； 纹理的生成属于表面修饰，可以大幅度提高图形 真实感；
（6）纹理映射



1）颜色纹理：通过颜色或明暗变化来体现； 生成颜色纹理需要预先定义纹理图案（纹 理空间）通过纹理映射来表现； 颜色纹理主要表现较光滑表面，比如较高 高空观察的地面
一、可视化的概念及发展



地图学就是研究地理数据和属性的可视化 的学科； 表格、图解、照片等是地学研究的可视产 品； 地理信息系统是地学研究可视化分析的有 效手段；
一、可视化的概念及发展



地形可视化是地理信息可视化的重要研究 内容； 尤其是DEM的应用以及数字地形分析技术、 虚拟现实技术的发展使得地形可视化研究 取得较大的进展； 地形可视化技术在数字城市、数字河道、 数字流域等研究领域起着重要作用；
明暗等高线示意图
二、地形可视化方法

(4)渲晕法：地图生产产生立体效果的 主要方法，描绘一定光照条件下的地貌 光、暗效果，通过人视觉心理间接感受 山体起伏变化；
(5)实景照片

三、高度真实感图形生成


将模拟场景变成二维灰度阵列， 用灰度曲 面取代传统线划图； 将经过细分的DEM描绘成灰度浓淡的图像， 类似相片的观察效果一般称之为真实感图 形；
N(法向) 反射 视点 A A
B 地面
镜面反射
（4）光照模型

Phong光照模型：
（漫反射和镜面反射综合模型） I=KaIa+∑[IdKdcosA＋ IsW(A) cosnB] KaIa表示环境光强度；

给定光源的亮度和颜色以及地面的各种光反射系数，对于 地面上的某一点，只要算出它的法向量、光线向量和视线 向量，就可以求得该点的颜色和亮度。
三、高度真实感图形生成
（1）三角形分割


三角形决定了最小的图形面元，算法简单、 可靠、系统性能最佳； TIN结构直接可以进行明暗处理，栅格结构 的DEM需要进行三角面剖分；
（1）三角面剖分
a c
b
d
（2）图形变换
图形变换
地理坐标系
观察坐标系
坐 标 变 换
投 影 变 换
三维地面
二维屏幕
平移、旋转、缩小
三、高度真实感图形生成



真实感图形处理需要模拟光源位置、颜色； 地面起伏条件和方位；地面光谱特性； 通常需要根据以上因素计算画面中每一点 的颜色灰度； 通过纹理进行整饰；
三、高度真实感图形生成



处理步骤： （1）三角形分割； （2）图形变换（视点变换、方向变换） （3）可见面识别 （4）计算可见表面光度和色彩 （5）三角面显示 （6）纹理映射
透视投影
(3)可见面识别

消隐就是要运用某种算法把物体上看不见的线或 面从画面中消去或者用虚线画出，为消去隐藏面, 要把每一个组成物体的面与每一个不透明面进行 遮蔽判断,把可见的或部分可见的与不可见的或部 分不可见的区别开来,最后绘出那些可见面或面的 可见部分,这样就可得到经过消隐处理的立体图， 这种消隐处理又称为可见面识别。 消隐处理算法基本上可以分为两大类:即物体空间 方法和图象空间方法。
y
扫描线中每个像素的灰度为：
graylevel p graylevel p 1 graylevelincrement ，p 1,2,... X R X L graylevel 0 graylevel L graylevelincrement graylevel R graylevel L xR xL
（5）三角形面片的明暗处理


如果仅对三角形面片以中心值赋色填充， 面片之间灰度不连续，显示的逼真度较差； 较为实用的办法是对三角形面片中每个像 素进行插值，通过顶点进行面片之间明暗 合理过渡；
（5）三角形面片的明暗处理

(1)Gouraud明暗处理：根据光照模型计算每 个顶点灰度，顶点处法向取关联三角形的平均 法向；三角形内部像素灰度采用内插方法得到。