張 磊

（1．福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350003）

基于DEM的地貌暈渲圖制作方法

張 磊1

（1．福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350003）

以福建省1∶10 000 DEM為例，介紹了基于大范圍、大數(shù)據(jù)量DEM的地貌暈渲圖制作方法，為生產(chǎn)中容易出現(xiàn)的問題提供了解決思路，并提出了合成法暈渲圖制作方法及其制作工藝，能有效增強(qiáng)暈渲圖的表現(xiàn)力，更加形象地展現(xiàn)福建省的地形地貌特征。

數(shù)字高程模型；暈渲圖；福建省

數(shù)字高程模型（DEM）[1]一般采用一組有序數(shù)值陣列描述地面高程信息，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理極為方便，適合于大區(qū)域、地形連續(xù)、全局性的地形表面建模。DEM數(shù)據(jù)通過一定的算法，能轉(zhuǎn)換為各種形式的專題圖產(chǎn)品[2]，可用于各種工程設(shè)計(jì)[3]，也可與影像數(shù)據(jù)集成形成三維地形場景。目前，DEM獲取方式有成熟的掃描矢量化、數(shù)字?jǐn)z影測量和比較先進(jìn)的雷達(dá)測量技術(shù)[4]，早期通常以數(shù)字?jǐn)z影測量法和地形圖掃描矢量化法為主，其產(chǎn)品內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式及技術(shù)指標(biāo)按CH/T 1008-2001《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1∶10 000 1∶5 000數(shù)字高程模型》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求執(zhí)行。本文結(jié)合福建省1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)特點(diǎn)，為了能在地貌暈渲圖上更加直觀、形象地展現(xiàn)福建省的地形特征，對地貌暈渲圖的制作方法進(jìn)行了研究。

1 暈渲圖制作流程

福建省1∶10 000 DEM的暈渲圖制作需經(jīng)過數(shù)據(jù)整理、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、暈渲圖生產(chǎn)和質(zhì)量檢查等步驟，見圖1。

1.1 數(shù)據(jù)整理

數(shù)據(jù)整理工作主要包括：整理原始數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量（數(shù)據(jù)精度、接邊情況等）；處理數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)缺失等問題；記錄生產(chǎn)中的遺留問題。

由于福建省1∶10 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中的DEM數(shù)據(jù)經(jīng)過投影變換、重采樣入庫等操作，對數(shù)據(jù)本身的精度產(chǎn)生了一定影響，因此直接使用建庫前的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行整合改造。建庫前的DEM數(shù)據(jù)是依照GB/T 13989-92《國家基本比例尺地形圖分幅編號》分幅存儲(chǔ)，采用了1980西安坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)源的質(zhì)量情況會(huì)直接影響后期數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量，因此需對數(shù)據(jù)源的質(zhì)量進(jìn)行檢查?？衫肁rcGIS快速檢查數(shù)據(jù)是否存在異常[5]，發(fā)現(xiàn)問題需按照DEM數(shù)據(jù)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行修改或根據(jù)異常值周圍的地形情況進(jìn)行內(nèi)插[6]；無法修改的問題需做好生產(chǎn)記錄。

1.2 格式轉(zhuǎn)換

福建省1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)格式大部分為*．dem，少數(shù)為*．grd、*．bil等格式，處理過程中需采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式（如IMG格式），以便多文件數(shù)、大數(shù)據(jù)量DEM數(shù)據(jù)的批量處理?？上壤肅CGIS軟件將所有數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換成ASC格式，再利用GIS軟件（ArcGIS、ERDAS、PCI、FME等）將ASC格式批量轉(zhuǎn)換成IMG格式。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要包括拼接和裁切。根據(jù)應(yīng)用需求的不同，可分為3類：依照標(biāo)準(zhǔn)分幅的拼接裁切處理、依照行政單元的拼接裁切處理和依照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的拼接裁切處理。

福建省1∶10 000 DEM采用了3°分帶的高斯投影方式，在DEM數(shù)據(jù)拼接過程中，應(yīng)盡量避免多次投影重采樣產(chǎn)生誤差累積?？上葘?shù)據(jù)按照3°帶和4°帶分別進(jìn)行拼接，最后再拼合成1塊。如需依照行政單元或項(xiàng)目需求范圍進(jìn)行裁切，應(yīng)優(yōu)先采用未進(jìn)行投影重采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.4 暈渲圖生產(chǎn)

由于福建省1∶10 000 DEM的數(shù)據(jù)范圍和數(shù)據(jù)量都很大，直接使用拼接的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行暈渲圖生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)效率低、數(shù)據(jù)冗余大、生產(chǎn)工期長。因此，選取范圍適中、最具代表性區(qū)域進(jìn)行暈渲圖生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，先確定暈渲圖的制作方法，再進(jìn)行大范圍的生產(chǎn)。

1.5 質(zhì)量檢查

檢查暈渲圖的質(zhì)量是否符合要求，包括數(shù)據(jù)的精度、暈渲圖的效果等，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)精度有損失、產(chǎn)生拉花現(xiàn)象等應(yīng)立即查找原因并及時(shí)修改錯(cuò)誤，做好檢查記錄。

2 暈渲圖生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)

較好的暈渲圖生產(chǎn)方法有等高線法、分層設(shè)色法和陰影密度法[7]。等高線法、分層設(shè)色法通常利用ArcMap的等高線回放、制圖表達(dá)實(shí)現(xiàn)；陰影密度法可利用GIS軟件的地形分析功能實(shí)現(xiàn)，常用的有ArcGIS的 Hillshade，ERDAS的 Shaded Relief、Painted Relief等工具，主要是從太陽高度角、太陽入射角、高程放大系數(shù)3個(gè)方面控制暈渲圖的效果。

實(shí)驗(yàn)中，分別以3種地貌造型方法制作暈渲圖?？紤]到目前暈渲圖主要用于疊加各類專題要素和基礎(chǔ)地理信息要素，需從立體感、細(xì)節(jié)特征、美觀度和信息承載力4個(gè)方面分析，實(shí)驗(yàn)對比分析見圖2和表1。等高線法暈渲圖的立體感較弱，細(xì)節(jié)特征豐富，但是圖面信息承載力較弱，影響其他地物的判讀；分層設(shè)色法暈渲圖的圖面美觀，信息承載力較強(qiáng)，但是立體感較弱，細(xì)節(jié)特征不豐富；陰影密度法暈渲圖的立體感較強(qiáng)，細(xì)節(jié)特征較豐富，但是色彩單一，圖面不夠美觀、信息承載力較弱。

圖2 地貌造型方法對比實(shí)驗(yàn)圖

表1 地貌造型方法實(shí)驗(yàn)對比分析表

綜合考慮3種地貌造型方法的表現(xiàn)效果，借鑒王曉延等提出的陰影密度法的5種改進(jìn)制作方法[8]和陽曦提出的多光源合理應(yīng)用法[9]，筆者提出采用分層設(shè)色法與混合光源陰影密度法相結(jié)合的方式即合成法，制作出的暈渲圖山體立體感更強(qiáng)烈，細(xì)節(jié)特征更豐富，圖面更美觀，信息承載力更強(qiáng)。合成法暈渲圖的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)過程見圖3，實(shí)驗(yàn)效果見圖4。

圖3 合成法暈渲圖生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)圖

圖4 合成法暈渲圖實(shí)驗(yàn)效果圖

1）將DEM數(shù)據(jù)按照多個(gè)高程放大系數(shù)，進(jìn)行灰度暈渲圖生成實(shí)驗(yàn)，確定一個(gè)能明顯體現(xiàn)地形特征、立體感強(qiáng)烈而又不失真的高程放大系數(shù)；

2）按照既定高程放大系數(shù)，將DEM數(shù)據(jù)按照多個(gè)太陽高度角、太陽入射角數(shù)值生成多個(gè)暈渲圖，從不同的視角體現(xiàn)地形特征；

3）依據(jù)高程值分布特征，將DEM數(shù)據(jù)按照一定色系由淺到深，制作色彩分層圖；

4）將多個(gè)灰度暈渲圖和色彩分層圖，按照一定的比例合成為一幅彩色的暈渲圖；

5）從總體、局部、細(xì)節(jié)3個(gè)層面[10]評價(jià)暈渲圖的表現(xiàn)效果。

如果在前2步生成灰度暈渲圖時(shí)，得到的效果比較差，如出現(xiàn)明顯的紗布狀、階梯狀和條紋狀等紋理異常的情況，則需采用未進(jìn)行投影重采樣的DEM數(shù)據(jù)，先生成灰度暈渲圖，再進(jìn)行投影、拼接、合成等步驟。

按照合成法暈渲圖生產(chǎn)技術(shù)，利用福建省1∶ 10 000 DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)的暈渲圖效果見圖5，從山體立體感、細(xì)節(jié)特征等方面，生動(dòng)形象地展現(xiàn)出福建省地形地貌的分布特征。

圖5 福建省暈渲圖概圖

3 結(jié) 語

本文以福建省1∶10 000 DEM為例，介紹了基于大范圍、大數(shù)據(jù)量DEM的暈渲圖制作流程，為暈渲圖制作中容易出現(xiàn)的問題提供了解決思路，并通過總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和不斷改進(jìn)生產(chǎn)方法，提出了合成法暈渲圖制作工藝，能有效增強(qiáng)暈渲圖的表現(xiàn)力，更加形象地展現(xiàn)福建省的地形地貌特征，為基于大范圍、大數(shù)據(jù)量DEM的暈渲圖制作提供借鑒。

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1672-4623（2014）01-0161-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.057

張磊，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用。

2013-09-26。