引 言

DTM（數(shù)字地形模型）的定義為“以數(shù)字形式存儲(chǔ)的地球表面上所有信息的總和，是描述地面特征空間分布的數(shù)值的集合，是地形表面形態(tài)等多種信息的一種數(shù)字表示，是描述地形特征空間分布的有序數(shù)值陣列。”數(shù)字地形模型不僅包通過(guò)航、衛(wèi)片的立體像對(duì)生成的高程數(shù)據(jù)，還包括公路、建筑物、河流等存在于地形表面的地物數(shù)據(jù)。地形可視化概念自形成以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就針對(duì)不同的目的對(duì)數(shù)據(jù)模型、相關(guān)算法以及理論進(jìn)行不斷研究，如今依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)成功建立起多種可視化模型。1997 年，Mark 等人提出了 ROAM（實(shí)時(shí)優(yōu)化適應(yīng)網(wǎng)格）算法，ROAM 算法規(guī)則是對(duì)傳統(tǒng) LOD（層次細(xì)節(jié)技術(shù)）算法的改進(jìn)，優(yōu)化后的的ROAM 算法可以極大地提高地形數(shù)據(jù)的運(yùn)算效率，尤其適合應(yīng)用于大規(guī)模地形數(shù)據(jù)，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)視點(diǎn)的位置實(shí)現(xiàn)對(duì)模型細(xì)節(jié)層次的動(dòng)態(tài)計(jì)算。通過(guò)近年來(lái)的研究，我國(guó)學(xué)者提出一種基于地形特征和參數(shù)的地形生成方法，研究者將地形視為一個(gè)隨機(jī)統(tǒng)計(jì)過(guò)程，并綜合應(yīng)用了實(shí)用回歸、分形幾何模型等多種技術(shù)。另外， 有學(xué)者將三角網(wǎng)地形生成方法與傳統(tǒng)的分割 - 合并法融合在一起，提出了基于不規(guī)則三角網(wǎng)模型的自適應(yīng)分塊思想以及相應(yīng)的地形簡(jiǎn)化過(guò)程。

1 改進(jìn)的 Delaunay三角網(wǎng)法算法

數(shù)字地面模型從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度可以分為 2 大類，即TIN（不規(guī)則三角網(wǎng)模型）和 Grid（不規(guī)則網(wǎng)格模型），TIN是針對(duì)離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，其具有數(shù)據(jù)冗余小的優(yōu)點(diǎn)，而且可以充分顧及到地形特征，能夠?qū)⒌匦胃鞣N復(fù)雜的細(xì)節(jié)特征有效反映出來(lái)，但該方法的算法比較復(fù)雜，所以在實(shí)現(xiàn)方面存在一定難度，而且存儲(chǔ)以及空間操作上也很不方便 ；Grid是基于規(guī)則分布數(shù)據(jù)點(diǎn)，該方法拓?fù)潢P(guān)系簡(jiǎn)單，算法容易實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)以及空間操作都非常方便，但其數(shù)據(jù)冗余較大，不能有效地對(duì)地形結(jié)構(gòu)和特征進(jìn)行描述。TIN是地形生成算法的基礎(chǔ)， 本文著重討論TIN的算法。三角網(wǎng)相對(duì)于TIN 和 Grid算法比較簡(jiǎn)單，而且圖形靈活多變，改進(jìn)的Delaunay三角網(wǎng)法可以有效提高 TIN的建網(wǎng)效率，下面就對(duì)Delaunay的改進(jìn)算法的相關(guān)研究。

利用數(shù)據(jù)分塊建網(wǎng)再合并技術(shù)對(duì)Delaunay 算法進(jìn)行優(yōu)化處理，因?yàn)?Delaunay 算法的原則同樣適用于TIN 建網(wǎng)和合并， 所以基于該方法的建網(wǎng)效率與采樣點(diǎn)增長(zhǎng)呈線性遞減分布，使得Delaunay 三角網(wǎng)的生成速度得到大幅度提高。Delaunay 改進(jìn)算法處理過(guò)程如下：

2 處理原始數(shù)據(jù)（切分采樣點(diǎn)）

圖 1所示是采用數(shù)據(jù)切分的過(guò)程圖，圖中的“A為原始采樣點(diǎn)。首先對(duì)原始采樣點(diǎn) A插入二叉樹(shù)根節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)采樣點(diǎn)的地理位置置入葉子節(jié)點(diǎn)，如果葉子節(jié)點(diǎn)中采樣點(diǎn)的最終數(shù)量大于三角網(wǎng)采樣點(diǎn)的最大允許數(shù)量值，將該葉子節(jié)點(diǎn)作成根節(jié)點(diǎn)形成兩個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，此時(shí)形成了兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域二分，反復(fù)進(jìn)行此操作模式直到數(shù)據(jù)插入完畢”。圖 1中采樣點(diǎn)處理完畢后一共形成 4個(gè)三角網(wǎng)，各個(gè)三角網(wǎng)的合并好結(jié)合其在二叉樹(shù)中的位置進(jìn)行， 其中有父節(jié)點(diǎn)相同時(shí)先合并。圖 1中 11由110和 111 合并而成，1由10和 11合并而成，完整的Delaunay 三角網(wǎng)最終由1 和 0 合成。

3 基本三角網(wǎng)的生成

3 三維地形可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

地形表面網(wǎng)格模型的構(gòu)建根據(jù) DEM 數(shù)字高程模型，以 實(shí)現(xiàn)三維地形可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并利用光照、立體視覺(jué)技術(shù) 以及紋理映射等實(shí)現(xiàn)地形地貌的真實(shí)再現(xiàn)。三維地形建模的 流程如下圖 2 所示。 

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 

本 研 究 的 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 為 Windows XP 操 作 系 統(tǒng) 以 及 VC++6.0、OpenGL，基于以上系統(tǒng)和軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，三維地 形可視化系統(tǒng)用到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可根據(jù)三角形面片使用單 鏈表形式定義，代碼如下：（來(lái)自 DEM 文件的數(shù)據(jù)多通過(guò)面 向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)出的 Cterrain 類來(lái)處理，這里不再詳細(xì)介紹）。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用逐點(diǎn)插入的方法對(duì) Delaunay 進(jìn)行三角劃分是三維地 形顯示中非常重要的環(huán)節(jié)，在原有 Delaunay 算法基礎(chǔ)上采用 采樣數(shù)據(jù)分塊建網(wǎng)，然后對(duì)基本三角網(wǎng)進(jìn)行合并，這一方法極 大的提高的 Delaunay 三角網(wǎng)的生產(chǎn)速度。