一种基于人眼视觉特性显示和生产地形图的方法与流程

本发明属于测绘地形图的渲染可视化效果增强技术领域，特别涉及一种基于人眼视觉特性显示和生产地形图的方法。

背景技术：

地形渲染是根据三维地形模型通过计算机程序生成图像的过程。要渲染的三维地形模型可以是包含诸如数字高程模型(DEM)、数字表面模型(DSM)或数字地形模型(DTM)的高程数据的网格。

数字高程模型是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达）它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。

过去野外使用的多为等高线表示的地形图，这是一种没通过渲染的地形图，等高线上标有高程值，表示方式简洁精确。但是等高线地形图的局限性也很明显。等高线地形图上山谷和山脊难以分辨，细小弯曲的轮廓线也同样难以理解；山体倾斜方向无法体现；浅的坑洞 陡峭的斜坡不能很好表现在平面图纸上。

另外，在1:25000比例尺地形图中，等高距间隔为10m，等高线线框为0.15mm，坡度越大越接近90°，等高线间距越小。在坡度为2°左右的时候等高线接近10mm间隔，当倾斜角度到达80°时，等高线之间的间隔已经小于0.1mm。在肉眼上已经很难把等高线区分开来。

分层设色地形图是地形图中最常见的一种，分层设色地形图是在等高线地形图的基础上绘制的，它能够直观的告诉我们地势起伏状况。在绘有等高线和等深线的地图上，按照不同的高度和深度，着上深浅不同的褐色、黄色、绿色、蓝色等颜色，以鲜明的表示地面和海底起伏的形态。分层设色地形图的立体感强，它既能表示海拔，又能表示相对高度，所以它既能表示地势，又能在一定程度上表示各种地形类型。分层设色地形图上各种颜色表示的高度范围，需查看图上所附的等高线分层设色表。要区分更小间距的高程，需要增加颜色的数量，但是增加颜色的数目是有限的。而且此方法对大比例尺的地形图的细节显示同样不明显。

晕渲图也是DEM地表形态表达的一种形式，通过设置光源的高度角和方位角更形象或者更符合人类视觉的方式展示一个地区的地形。通过晕渲图，可以很好的反应地形地势的变化，有很好的立体感。

如今，随着数字地图处理技术的发展，利用数字高程模型（DEM）数据作为信息源，以地面光照通量为依据，计算相应栅格所输出的灰度值，通过灰度（明亮程度）的变化，具有相当逼真的立体效果。

但是，在大比例尺的地形图中，晕渲图在地形的细节在视觉上也不够明显，往往会导致错误的判断。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于人眼视觉特性显示和生产地形图的方法，应用于三维地形数据中，来增强地形细节显示。

本发明的技术方案为：

一种基于人眼视觉特性显示和生产地形图的方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据地形获取激光雷达数据；

步骤S2：对激光雷达数据进行滤波、分类，转换得到DEM数据；

步骤S3：对DEM数据进行建模处理；

步骤S4：根据DEM数据计算地形的坡度，生成坡度图；

步骤S5：对坡度图配色设置成黄金色，输出黄金色坡度图；

步骤S6：根据DEM数据计算地形的地上开度图和底下开度图，再运算反转地下开度图的值与地上开度图融合成山脊山谷度图；

步骤S7：使用DEM等高线画图叠加显示成等高线图；

步骤S8：将黄金色坡度图、山脊山谷度图、等高线图融合生成黄金立体地形图；

步骤S9：将黄金立体地形图进行测量计算、360°浏览、放大查看地形细节和输出数字三维地形图。

优选的：所述步骤S1中获取高程精度达10cm以上的机载激光雷达数据。

优选的：所述步骤S3对DEM数据进行不规则三角网建模。

优选的：所述步骤S4根据DEM数据，计算地形各位置的坡度值，从0°到90°进行分层设色进行显示，坡度值高颜色深，坡度值低颜色浅。

优选的：所述步骤S6中，计算地形地上开度图的地上开度为天空和地貌剖面的上部切线的角度，使用二值化显示；地形地下开度图的地下开度是地下和地貌剖面下方面切线的角度，使用二值化显示；反转地下开度图的二值化显示方向，山脊山谷度图的度数 =（地上开度-地下开度)/2。

优选的：所述步骤S7中使用DEM数据，设置等高距20m，生成等高线图，将生成的等高线图叠加到生成的立体地形图，设置等高线显示高程值。

优选的：所述步骤S9中360°浏览为在浏览视图中放大、缩小和旋转360°浏览三维地形数据。

本发明的有益效果为：

(1)增强三维地形图细节显示，由于采用高精度的DEM数据和基于人眼视觉特性的地形渲染技术，不仅可以软件上360°视角浏览地形数据，还可以输出野外高精度三维地形图。

(2)三维测量多样精确，提供精确的三维测量工具，直接可在三维地形图上进行测量，可使用测量工具直接量测两点之间的垂直高度、水平距离和直线距离。

(3)数字三维地形图视角自定义，利用三维可视化模块对该地形三维数据进行可视化处理，可以生成渲染过的正射三维地形图，也可以选择任意角度输出三维数字地形图。

附图说明

图1为本发明一种基于人眼视觉特性显示和生产地形图的方法工作流程图。

图2为本发明一种基于人眼视觉特性显示和生产地形图的方法三维地形图制作方法结构框架图。

具体实施方式

下面结合具体的例子对本发明做进一步说明。

实施例1

一种基于人眼视觉特性显示和生产地形图的方法，包括以下步骤：

本发明在三维地形图制作及显示方法本身所存在的缺点，首先，将高程精度达10cm以上的机载激光雷达数据进行滤波、分类等，得到DEM数据导入软件；其次，将DEM数据使用不规则三角网进行建模然后显示；再次，使用DEM数据计算该地形坡度生成坡度图；根据人眼视觉特性在色域CIE颜色系统中选择黄金配色方案给坡度图进行设置，生成黄金色坡度图；使用DEM数据，设置等高距20m，生成等高线图；根据DEM数据计算出该地形的地上开度图和地下开度图，再把运算反转地下开度图的值，融合成山脊山谷度图；最后，将黄金坡度图、山脊山谷度图、等高线图进行融合生成黄金立体地形。

使用DEM数据生成一定间距的等高线线画图进行叠加显示；得到的黄金立体地形图可进行测量计算、360°浏览、放大查看地形细节和输出数字地形图。应用本发明所述的方法进行三维地形图的绘图和显示，提高了目前三维地形图的细节表现效果，工作方法更具科学性、合理性和可操作性，为基于地理信息系统的三维绘图领域、三维地形图渲染领域提供了一种适用方法。

上述技术方案中，DEM，即数字高程模型（Digital Elevation Model),简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达）它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。

不规则三角网也名“曲面数据结构”，根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置。