晕渲图自动生成软件的设计与实现

论文摘要

数字地貌晕渲的完美实现是数字制图技术发展到一定阶段需要尽快解决的课题。本文围绕计算机环境下数字地貌晕渲实现的理论与技术展开了深入的探讨,建立起数字地貌晕渲的相关理论和方法,对其技术过程进行了全面系统的研究,对地貌晕渲自动实现的智能化方法进行了探讨,在此基础上研制了晕渲图自动生成软件系统,并进行了实践应用。论文首先研究了地貌晕渲的原理和利用计算机进行地貌晕渲的方法和模型。从传统地貌晕渲方法出发探讨地貌晕渲相关理论,对地貌晕渲的概念、分类及各自特点和光源的选择等问题进行了分析。在此基础上,对利用计算机进行自动地貌晕渲理论进行了研究,系统阐述数字地貌晕渲的实现方法与技术步骤。设计数字地貌晕渲图生成时的光照模型,总结不同制图区域光源的调整与使用方法;实现对数字地貌晕渲图进行数学基础控制及图像变换计算的方法;建立彩色地貌晕渲色彩设计的基本方法,论述了地貌晕渲图制作使用的数字高程模型数据和自动晕渲图制作的光照模型,讨论了影响晕渲效果的相关参数设置,包括制作倍率、DEM网格边长、垂直高度比、水平比例和光源方向等,并提出了相关改进方法。然后,系统介绍了所开发的晕渲图自动生成软件的系统设计思路和实现途径。在分析晕渲图自动生成软件总体结构设计思路的基础上,分别讨论了计算和参数调整模块设计和实现方法、图形的生成与显示模块设计和实现方法、地形分析模块设计图像读写模块设计和实现方法,同时介绍了晕渲图自动生成软件中各模块的功能。其次,展示了晕渲图生成软件的主要界面与功能演示示意图,主要给出了晕渲图生成软件主界面,演示了缺省情况下的晕渲、彩色晕渲、像点查询功能、原始DEM数据转换为灰度图象功能、通视分析功能和等高线自动叠加功能。最后,将论文开发的晕渲图生成软件与其它晕渲图制作软件进行了比较和分析,主要包括ArcGIS中的晕渲图制作、ERDAS中的晕渲图制作和Surfer中的晕渲图制作,并从参数的设置、操作的简便性和地貌晕渲效果三个方面进行了对比,对比结果显示,论文所开发的晕渲图生成软件具有直观性、科学性和艺术性的特点,不足之处在于软件还不能满足印刷出版要求和用作专题地理信息系统基础底图的彩色地貌晕渲图,实现与其他地形要素的自动、精确叠加等方面有待进一步深入研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 地貌晕渲的基本原理
• 2.1 地貌晕渲的概念
• 2.2 地貌晕渲的种类及特点
• 2.2.1 直照晕渲
• 2.2.2 斜照晕渲
• 2.2.3 综合光照晕渲
• 2.2.4 彩色晕渲
• 2.3 地貌晕渲的光源
• 2.4 小结
• 第三章 计算机自动地貌晕渲技术原理
• 3.1 地形模型
• 3.1.1 DEM 的基本概念
• 3.1.2 DEM 的主要表示模型
• 3.1.3 晕渲图制作对DEM 数据的要求
• 3.2 坐标转换
• 3.3 光照模型
• 3.3.1 镜面反射
• 3.3.2 漫反射
• 3.3.3 环境光
• 3.4 基于DEM 的地貌自动晕渲原理
• 3.4.1 地面微单元法向量的计算
• 3.4.2 光源向量的确定
• 3.4.3 灰度计算模型的确定
• 3.5 影响晕渲效果的相关参数设置
• 3.5.1 制作倍率
• 3.5.2 DEM 网格边长
• 3.5.3 垂直高度比
• 3.5.4 水平比例
• 3.5.5 光源方向
• 3.6 基于DEM 的地貌晕渲的改进
• 3.6.1 光源方向改进的讨论
• 3.6.2 辅助光源的使用
• 3.6.3 投影阴影的选择应用
• 3.6.4 晕渲图整体灰度的调整改进
• 3.6.5 晕渲图与等高线的叠加
• 3.6.6 彩色晕渲
• 3.7 晕渲图片的自动拼接
• 3.7.1 点的坐标映射
• 3.7.2 晕渲图有效范围的截取
• 3.7.3 图片定位信息的生成与晕渲图的自动拼接
• 3.8 小结
• 第四章 晕渲图自动生成软件的设计
• 4.1 软件的总体结构设计
• 4.2 计算和参数调整模块设计
• 4.3 图形的生成与显示模块设计
• 4.4 地形分析模块设计
• 4.5 图像读写模块设计
• 4.6 小结
• 第五章 晕渲图自动生成软件的实现流程
• 5.1 总体结构流程图
• 5.2 缺省情况下的晕渲流程图
• 5.3 彩色晕渲流程图
• 5.4 像点查询流程图
• 5.5 原始DEM 数据转换为灰度图象功能流程图
• 5.6 通视分析功能流程图
• 5.7 等高线自动叠加功能流程图
• 5.8 小结
• 第六章 晕渲图自动生成软件的系统测试与比较分析
• 6.1 缺省情况下的晕渲测试
• 6.2 彩色晕渲测试
• 6.3 像点查询功能测试
• 6.4 原始DEM 数据转换为灰度图象功能测试
• 6.5 通视分析功能测试
• 6.7 等高线自动叠加功能测试
• 6.8 与其它晕渲图制作软件的比较与分析
• 6.8.1 常用DEM 数据格式
• 6.8.2 相关软件之间的比较
• 6.8.3 不同晕渲图制作软件的比较分析及结论
• 6.9 小结
• 第七章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录：软件部分源代码
• 附录1：利用高程数据生成三维地形
• 附录2：晕渲算法实现，根据传入的高程数据生成相应的晕渲图