1、本科生畢業論文（設計）題目 基于MAPGIS 三維地形模型的實現 姓名 學號 院系 地理與旅游學院 專業 地理科學 指導教師 職稱 2015 年 5 月 16 日曲阜師范大學教務處制目 錄 HYPERLINK l _Toc25882 摘要1TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc12214 關鍵詞 PAGEREF _Toc12214 1 HYPERLINK l _Toc28075 Abstract PAGEREF _Toc28075 1 HYPERLINK l _Toc26665 Key words PAGEREF _Toc26665 1 HYPERLINK l _Toc2

2、0718 引言(ynyn) PAGEREF _Toc20718 1 HYPERLINK l _Toc151 1 研究(ynji)區域概況及數據源 PAGEREF _Toc151 2 HYPERLINK l _Toc7072 1.1 研究(ynji)區域概況 PAGEREF _Toc7072 2 HYPERLINK l _Toc21673 1.2 數據源 PAGEREF _Toc21673 2 HYPERLINK l _Toc12948 2 具體操作方法及流程3 HYPERLINK l _Toc18288 2.1 操作方法 PAGEREF _Toc18288 2 HYPERLINK l _Toc

3、24567 2.2 圖件掃描 PAGEREF _Toc24567 3 HYPERLINK l _Toc10300 2.3 圖像文件的格式轉換 PAGEREF _Toc10300 3 HYPERLINK l _Toc5194 2.4 標準分幅影像圖（DRG）的生成 PAGEREF _Toc5194 4 HYPERLINK l _Toc21051 2.4.1 圖幅生成控制點 PAGEREF _Toc21051 4 HYPERLINK l _Toc24584 2.4.2 順序修改控制點 PAGEREF _Toc24584 4 HYPERLINK l _Toc13810 2.4.3 生成質量評估文件

4、PAGEREF _Toc13810 5 HYPERLINK l _Toc29619 2.4.4 標準圖幅裁剪 PAGEREF _Toc29619 5 HYPERLINK l _Toc932 2.5 矢量化等高線 PAGEREF _Toc932 5 HYPERLINK l _Toc8481 2.5.1 新建MAPGIS 6.7的點、線、面工程文件 PAGEREF _Toc8481 5 HYPERLINK l _Toc9709 2.5.2等高線矢量化 PAGEREF _Toc9709 6 HYPERLINK l _Toc28723 2.5.3 等高線自動賦值 PAGEREF _Toc28723 6

5、 HYPERLINK l _Toc30221 2.6 DTM模型的生成 PAGEREF _Toc30221 7 HYPERLINK l _Toc8122 2.6.1 平面等值線圖的繪制 PAGEREF _Toc8122 7 HYPERLINK l _Toc6271 2.6.2 彩色等值立體圖的繪制 PAGEREF _Toc6271 8 HYPERLINK l _Toc32282 2.7 三維地形的生成及飛行 PAGEREF _Toc32282 8 HYPERLINK l _Toc28386 2.7.1 三維地形的漫游 PAGEREF _Toc28386 9 HYPERLINK l _Toc24

6、118 2.7.2 平面暈渲圖的繪制 PAGEREF _Toc24118 9 HYPERLINK l _Toc6119 2.7.3 立體示意圖的繪制 PAGEREF _Toc6119 9 HYPERLINK l _Toc11706 結語 PAGEREF _Toc11706 10 HYPERLINK l _Toc21947 致謝 PAGEREF _Toc21947 10 HYPERLINK l _Toc19126 參考文獻 PAGEREF _Toc19126 10 基于(jy)MAPGIS 三維地形模型的實現地理(dl)科學專業學生 111指導(zhdo)教師 111摘要：本文以山東省曲阜市東南

7、部尼山鎮顏母莊的1：10000（I50G013052）的地形圖為地理底圖，介紹了基于軟件MAPGIS 6.7的三維地形模型及三維漫游的實現的操作步驟和經驗技巧，以期對地圖制作等相關操作及軟件的使用起到借鑒作用。關鍵詞：MAPGIS 6.7；尼山鎮顏母莊；三維地形模型；三維漫游The Realization of 3D Terrain Model Based on MAPGIS Student majoring in Geography 111Tutor 111Abstract：The article introduces the general step and the key technol

8、ogies of the production of 3D Terrain Model based on MAPGIS 6.7,taking the area of Nisan Yanmu Town ,ShanDong Province as example.I hope to provide some suggessions ,experiences and skills of 3D terrain realization and flight.Key words：MAPGIS 6.7; Nisan Yanmu Town;3D Terrain Model;3D terrain realiza

9、tion and flight引言MAPGIS是武漢中地信息工程有限公司研制的具有自主版權的大型基礎地理信息系統軟件平臺。它是一個集當代最先進的圖形、圖像、地質、地理、遙感、測繪、人工智能、計算機科學于一體的大型智能軟件系統，是集數字制圖、數據庫管理及空間分析為一體的空間信息系統，是進行現代化管理與決策的先進工具。MAPGIS 地理信息系統適用于地質、礦產、地理、測繪、水利、石油、煤炭、鐵道、交通、城建、規劃及土地管理專業 ，在該系統的基礎上目前已完成了城市綜合管網系統、地籍管理系統、土地利用數據庫管理系統、供水管網系統、煤氣管道系統、城市規劃系統、電力配網系統、通信管網及自動配線系統 、環保

10、與監測系統、警用電子地圖系統、作戰指揮系統、GPS 導航監控系統、旅游系統等一系列應用系統的開發【1】。數字高程(gochng)模型（Digital Elevation Model),簡稱DEM。它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型(mxng)，是數字地形模型(Digital Terrain Model，簡稱DTM)的一個分支，其它各種地形特征值均可由此派生。一般認為，DTM是描述包括(boku)高程在內的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內的線性和非線性組合的空間分布，其中DEM是零階單純的單項數字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度變化率等地貌特性可在DEM的基

11、礎上派生【2】。本文以山東曲阜市東南部尼山顏母莊的1：10000（I50G013052）的地形圖為地理底圖，介紹了基于MAPGIS 6.7軟件實現三維漫游的常規步驟和關鍵技術，包括DRG（數字柵格圖）的生產、等高線矢量化、等高線高程自動賦值、GRD模型及TIN模型的生成、三維地形的瀏覽與飛行。除此之外，在學習使用本軟件的同時，總結了MAPGIS 6.7系統制作地理圖中的一些經驗技巧，以期對該軟件的使用起到指導作用。1 研究區域概況及數據源11 研究區域概況本文所研究的區域為山東省曲阜市東南部尼山鎮顏母莊，位于山東省濟寧曲阜市境東南隅。尼山鎮西靠南辛鎮，東、南與鄒縣為鄰，北與泗水縣接壤。該鄉鎮四

12、面環山， 中為尼山水庫，轄魯源、 長座、顏母莊、張馬4個管理區，其中顏母莊村位于曲阜市東南部，東與鄒城市田黃鎮相鄰，西依顏母山，東經1171115，北緯353000。12 數據源本文所使用的地理底圖為山東曲阜市東南部尼山鎮顏母莊1：10000地形圖（格式為.tif）。圖幅號分別為I50G013052。該地形圖航攝于1997年2月，采用1980西安坐標系，1985國家高程基準，等高距為2.5m，1998年12月由山東省測繪局調繪，采用1993年版圖式，2000年出版。紙質遙感數字影像圖掃描（.tif）圖像分析模塊中圖像文件格式的轉換DRG(數字柵格地圖)的生產輸入編輯模塊中人際交互等高線矢量化

13、等高線高程的賦值DTM分析模塊中GRD模型、TIN模型示意圖的生成電子沙盤模塊中三維地形顯示2 具體操作方法及流程2.1 操作方法圖1.基于MAPGIS 6.7系統(xtng)三維地形實現及飛行的流程示意圖2.2 圖件(t jin)掃描本文所采用(ciyng)的地理底圖為曲阜尼山顏母莊地區1：10000（I50G013052）地形圖,采用滾筒式掃描儀將其進行數字化，掃描分辨率為300dpi，并將圖件存儲為.tif格式文件。2.3 圖像文件的格式轉換MAPGIS軟件系統所支持的影像文件格式有許多種（例如：.bmp，.msi，.dom，.grd，.rbm，.tif，.jpg等）,但在基于MAPGI

14、S6.7進行屏幕跟蹤數字化時，一般將以遙感影像作為地理底圖的.tif格式轉化為系統所默認的.msi格式【3】。而之所以要將.tif格式轉化成.msi格式，原因主要有兩個。首先，.msi格式能夠先校正再矢量化，而.tif格式則不可以進行先期校正，它要求在矢量化之后才能進行誤差校正；其次，.msi格式可以添加到工程文件作為圖層文件輸出打印，而.tif格式則不可以【4】。 雖然也可以將.tif格式文件直接進行矢量化，但這樣會對接下來的數字柵格地圖（即DRG）生成的效率以及矢量化的進行產生大大的影響。除此之外需要注意的是，若出現MAPGIS 6.7系統不能打開.msi格式文件的情況，有可能是軟件遭到了

15、破壞或者軟件為盜版，需要重新安裝正版軟件。 如圖2所示，用軟件MAPGIS 6.7直接將.tif格式的地形圖導入到MAPGIS6.7矢量化平臺的顯示效果。 如圖3所示，用軟件MAPGIS 6.7將.tif格式轉化為.msi格式的地形圖后導入到MAPGIS矢量化平臺的顯示效果。 2 .tif圖導入矢量化平臺(pngti) 圖3.msi圖導入矢量化平臺以上兩張地圖都是在0.125314顯示比例下顯示的。通過對比，我們可以(ky)明顯的看出圖3中.msi格式的顯示效果要明顯的好于圖2中.tif格式的顯示效果。在MAPGIS 6.7矢量化平臺中的地理底圖都有相應的地理坐標，這樣在進行空間分析或者(hu

16、zh)DTM分析時才會具有地理意義。MAPGIS 6.7的圖像處理模塊可以將沒有地理意義的普通地圖賦予地理意義，而其所支持的文件格式只有.msi一種。要實現圖像文件的格式轉換就要用到MAPGIS 6.7下的 “圖像處理”模塊下的“圖像分析”子系統。將.tif格式的圖像轉換成.msi格式(MAPGIS 6.7圖像格式)文件類型的具體步驟如下：圖像處理圖像分析點擊文件“數據輸入”或“數據輸出”轉換數據類型(選擇要轉入或轉出的圖像文件格式如:tif)單擊“添加文件”（如果是多幅圖像，則點擊“添加目錄”選擇影像所在目錄，本文只需要選擇“添加文件”） 在彈出的對話框中選擇要轉換的文件單擊“打開”按鈕單擊

17、“轉換”按鈕，系統提示保存結果文件換名保存關閉點擊文件打開影像選擇要打開的影像文件點擊打開即可。2.4 標準分幅影像圖（DRG）的生成DRG是Digital Raster Graphic的縮寫，中文叫數字柵格地圖：是根據現有紙質、膠片等地形圖經掃描和幾何糾正及色彩校正后，形成在內容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格數據集。標準分幅影像圖的校正即數字柵格地圖（DRG）的生成。MAPGIS 6.7系統根據DRG數據生產的特點提供了高精度的幾何校正算法、完善的質量檢查功能、便捷的操作和有效的數據共享方法，有效地解決了高精度DRG數據生產問題。DRG生產是應用“圖像處理”模塊下的“圖像分析”子系

18、統進行的。如圖4所示，DRG生產流程為：輸入圖幅信息定位內圖闊點修改控制點輸出信息文件逐格網校正質量評估圖4.DRG生產流程示意圖 2.4.1 圖幅生成(shn chn)控制點“圖像分析”子系統文件菜單打開影像轉換好的.msi文件圖像處理鑲嵌融合輸入圖幅信息圖幅生成控制點DRG生產輸入圖幅號,網格間距,坐標系確定點擊左上角的內圖廓交叉點單擊“左上角”把圖像左上角放大(鼠標右鍵選擇放大,拉框放大) “控制點信息”與“控制點瀏覽”單擊“生成GCP”按鈕接受刪除原有控制點右上角的內圖廓交叉點單擊“右上角”左下角的內圖廓交叉點右下角的內圖廓交叉點單擊“右下角”讓紅顏色的十字正好放在黑顏色的十字里面單擊

19、“左下角”角” ，分析控制點的分布是否正確，錯誤則要返回(fnhu)重新操作以上步驟【5】。2.4.2 順序(shnx)修改控制點 鑲嵌融合DRG生產順序修改控制點鼠標右鍵放大第一個控制點直到可以清楚的看見紅顏色十字讓紅顏色十字完全放在黑顏色十字里面打開鼠標右鍵選擇指針是否完全放在黑色十字里面換名保存結果文件輸入與原圖一樣的分辨率點“空格鍵”確認(直到把所有控制點修改好)逐格網校正DRG生產確定鑲嵌融合確定在調節中要靈活應用快捷鍵，在此控制頁面下F5是放大功能，F6是縮小功能，空格鍵則是換至下一個控制點，這樣即可依次按順序調整結束。注意：控制點的修改不能返回重新操作，所以為保證配準精度，應該在

20、修改時仔細精確。2.4.3 生成質量評估文件將圖像關閉，然后重新打開逐格網校正完后保存的MSI文件，選擇DRG生產次級級聯菜單下的生成質量評估文件。操作步驟類似于圖幅生成控制點，將四角的控制點輸入后選擇生成質量報告，得到的圖像糾正后的中誤差等信息，如果中誤差小于2便可以接受。本文圖像糾正后的.mck評估報告如下： 圖象糾正后： 中誤差：0.457129 圖廓邊長及對角線尺寸檢查(單位：米)： 上邊a=0.167500 下邊a=-0.069219 左邊a=-0.052195 右邊a=-0.118790 對角a=0.323912 對角a=-0.3557222.4.4 標準圖幅裁剪(cijin)上面

21、步驟(bzhu)完成后得到的圖象便可以到輔助工具下進行標準圖幅裁剪，并再次輸入一遍圖幅信息，便可得到DRG圖象。2.5 矢量化等高線等高線矢量化過程(guchng)即數字線劃圖（DLG）的生成過程。等高線的矢量化過程即把柵格數據轉換成矢量數據的過程。等高線的矢量化步驟是該專題地圖制作的最為關鍵的一步，等高線矢量化的水平和質量將會影響到接下來各項操作的效率，同時矢量化過程也是整個操作時間話費最多的一步。屏幕跟蹤矢量化的處理使用的是“圖形處理”中“輸入編輯”這一子系統。利用軟件MAPGIS 6.7進行等高線矢量化的步驟如下：2.5.1 新建MAPGIS 6.7的點、線、面工程文件首先選擇文件中的新

22、建工程，系統將彈出一個設置工程的地圖參數對話框，編輯工程中的題圖參數設置參數。本文中設置坐標為投影平面直角坐標，高程類型為1980年國家高程基準，水平單位、垂直單位及圖形參數單位均為毫米。設置完成后點擊確定按鈕，出現定制新建項目內容對話框，選擇“自定義生成可編輯項”，創建相關的點、線、面文件，點確定后即創建一個工程文件【6】。2.5.2等高線矢量化MAPGIS 6.7提供了點、線、面、網四種格式的矢量文件，而本文是為了建立三維地形模型，因此本文主要是實現等高線的矢量化。本文因此只需要建立等高線有關的線文件即可。本文在進行等高線矢量化之前，需要建立高程字段（在線編輯菜單下利用編輯線屬性結構完成）

23、。具體步驟如下：矢量化點點點一下右邊的窗口(激活菜單)點點確定定確定確定點點確定點點新建工程點點點 文件菜單點點選擇要矢量化的圖像文件點點裝入光柵文件點點輸入線點點線編輯點點確定點點取名點點確定點點選擇線類型(雙線,折線,流線)線型,顏色,線寬點點鼠標右鍵結束點點按地圖畫線DRG生產點點線型，顏色,線寬率點點ctrl+鼠標右鍵封閉點點新建區文件點點文件前面打勾點點確定點點取名點點輸入弧段選擇弧段類型點點區編輯點點在等高線矢量化的過程中，應熟練使用快捷鍵，其中F5鍵是放大功能，F6鍵是移動功能，F7鍵是縮小功能，F8鍵是加點功能，F9鍵是退點功能，F12鍵是捕捉線頭線尾、靠近線功能等，對于閉合曲

24、線的矢量化可采用Ctrl+右鍵來實現【7】。等高線矢量化結果如圖5所示：圖5 矢量(shling)等高線2.5.3 等高線自動(zdng)賦值在處理等高線的高程這一屬性時，可以在進行等高線矢量化的同時輸入等高線的高程值。但是如果是這樣(zhyng)，工作量就會大大增加且容易出錯。也可以將全部的等高線矢量化之后，利用MAPGIS 6.7的高程自動賦值這一功能對等高線進行自動賦值。這樣既可以大大的減少了工作量又可以減少出錯的幾率【8】。具體步驟如下：在高程域名這里選擇高程的屬性結構針點點旁邊點一下點點輸入當前高程(鼠標點擊的第一下的等高線的高程值)點點鼠標放在你要賦值的第一條等高線點點打開點點高程

25、自動賦值點點矢量化點點選擇等高線文件點點修改線屬性點擊每條等高線,確保屬性里面都有等高線的高程值確定點點輸入高程增量(相鄰的等高線的高程差值，本文為2.5m)點點線編輯參數編輯最后，將未能用“等高線自動賦值”賦值的等高線單獨賦值【9】。如圖6所示，將等高線進行自動賦值后如圖6所示：圖6.等高線自動賦值2.6 DTM模型(mxng)的生成DTM模型(mxng)即數字地形模型，DTM模型(mxng)可以用于建立各種各樣的模型以便用于解決一些實際問題，其主要的應用有:按照用戶設定的等高距生成透視圖、等高線圖、斷面圖、坡度圖、渲染圖、與數字正射影像(DOM)復合生成景觀圖，或者計算特定物體對象的體積、

26、表面覆蓋面積等，還可用于可達性分析、空間復合、擴散分析、表面分析等方面【10】。本文中使用DTM模型的生成功能主要是在“DTM分析”子系統中實現的。利用該子系統，可以實現繪制等值線圖、數據插密、剖面分析、繪制彩色等值立體圖等功能。確定換名保存文件換名確定離散數據網格化GRD模型確定屬性高程數據域(選擇高程屬性結構)點或者線數據高程點提取打開數據文件(點或者線)文件繪制三種圖即可GRD模型打開三角剖分文件文件2.6.1 平面等值線圖的繪制可以通過“GRD模型”來繪制平面等值線圖。平面等值線圖繪制按鈕打開換名保存后的GRD模型系統彈出設置等值線參數對話框“等值線套區”選項設置生成等值線圖時實現區域

27、套色等值線給定層中的各項參數來制等值線區域圖“等值線光滑處理”設置所追蹤的等值線是否要光滑，同時可設置光滑級別（低、中、高）（本文為默認）可選擇繪制“示坡線”；可選擇“制圖標記”并選擇“標記方向”“制圖幅面”方便用戶完成數據的坐標轉換；對話框中的“刪除一層”選項用于刪除當前等值線層“添加一層”用于添加一待追蹤的等值層“裝設置.”與“存設置.”用于裝入或保存已有的用于等值圖追蹤的設置確定，即可生成平面等值線圖。圖7所示為基于本文數據的平面等值線圖的一部分：圖7.平面等值線圖 2.6.2 彩色(cis)等值立體圖的繪制 彩色等值立體圖的繪制與平面等值線圖的繪制步驟(bzhu)一致，選擇彩色等值立體

28、圖繪制按鈕，按照制圖要求填寫對應的對話框即可。本文處理的彩色等值線圖如圖8所示：圖8 彩色(cis)等值線圖2.7 三維地形的生成及飛行 三維地形的生成及飛行是在DTM模型生成的基礎上的進一步操作,是在圖像處理系統中的電子沙盤模塊實現的。電子沙盤系統是一個32位專業軟件。本系統提供了強大的三維交互地形可視化環境，利用DEM數據與專業圖像數據，可生成近實時的二維和三維透視景觀，通過交互地調整飛行方向，觀察方向、飛行觀察位置、飛行高度等參數，就可生成近實時的飛行鳥瞰景觀。系統提供了強大的交互工具，可實時的調節各三維透視參數和三維飛行參數；此外，系統也允許預先精確地編輯飛行路徑，然后沿飛行路徑進行三

29、維場景飛行瀏覽。11本文主要在該子系統中實現三維地形的漫游、2D平面暈渲圖以及立體示意圖的繪制。2.7.1 三維地形的漫游 選擇圖像處理系統電子沙盤模塊文件裝入高程文件GRD模型場景鷹眼窗口指北針窗口【12】，這就生成了尼山顏母莊的三維漫游圖。結果如圖9所示： 圖9 三維漫游(mnyu)圖2.7.2 平面(pngmin)暈渲圖的繪制 在三維漫游圖的基礎上選擇2D按鈕即可生成平面暈渲圖，然后以.msi格式(g shi)輸出平面暈渲圖，如圖10所示： 圖10 平面暈渲圖2.7.3 立體示意圖的繪制在三維漫游圖的基礎上選擇全景顯示按鈕即可癡線尼山顏母莊的立體圖，通過場景高程縮放因子選擇合適的縮放數右鍵旋轉、平移等功能將立體圖置于窗口中間，結果如圖11所示：圖11 立體(lt)示意圖結語(jiy)本文基于軟件(run jin)MAPGI