基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程

　　摘要：随着以地形地貌为研究重点的三维地形可视化技术在测绘工程以及地理信息系统等多个领域中的广泛应用，三维地形可视化技术越来越受到人们的关注，其中基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法作为三维地形可视化技术常用的一种方法，更是得到人们的广泛关注。本文从对ArcGIS和Global Mapper软件的介绍谈起，然后对三维地形可视化技术进行了深刻的说明，最后就基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程进行了详细的剖析。

　　关键词：ArcGIS,Global Mapper ,三维地形可视化技术,测绘工程,实现流程

　　一、认识ArcGIS和Global Mapper软件

　　(一)ArcGIS软件概述

　　ArcGIS是基于一套由共享GIS组件组成的通用组件库所实现的全面的GIS平台。ArcGIS 主要由三部分组成：一是ArcSDE，它是一个在多种关系型数据库管理系统中管理地理信息的高级空间数据服务器;二是ArcIMS，它是一个可伸缩的，通过开放的Internet协议进行GIS地图，数据和元数据发布的地图服务器;三是ArcGIS Server，它是一个应用服务器，包含了一套在企业和Web框架上建设服务端GIS应用的共享GIS软件对象库。ArcGIS作为当今GIS技术的重要应用软件，该软件具有强大的三维分析、空间分析功能，主要用于实现等高线、高程点的数字高程建模。

　　(二)Global Mapper软件概述

　　Global Mapper 是一款地图绘制软件，不仅能够将数据显示为光栅地图、高程地图、矢量地图，还可以对地图作编辑、转换、打印、记录GPS及利用数据的GIS功能，同时它还可以对数据集的范围进行裁剪，并且可以提供距离和面积计算，光栅混合、对比度调节、海拔高度查询、视线计算等。与其他地理信息系统软件相比，Global Mapper软件具有很好的兼容性，它可以打开绝大多数的地理信息系统数据，同时还可以以真实的3D方式来查看高程地图。

　　二、三维地形可视化技术说明

　　(一)三维地形模型的构建

　　三维地形模型的构建主要有规则网格、等高线、非规则三角形网格这三种不同的构建形式，以下将分别给以具体的说明。

　　1、规则网格模型的构建

　　规则网格模型的构建主要是由一系列等间距的高程值以及这些高程值的属性值所实现的。由于规则网格的间距都是相等的，所以只需用一个包含高程值及其空间坐标位置的二维数组来进行记录，空间位置元素的数据值可以由二维数组的下标计算得出，显然，规则网格模型的构建节省了数据量，同时等间距的这一特性很好的促进了多分辨率层次细节模型的生成。

　　2、等高线模型的构建

　　等高线模型的构建在各种地图和现代地理信息系统中的应用比较广泛，该模型构建方法是用二维技术来处理三维物体的重要方法。由于在虚拟的三维地形系统中，图元基本上采用的都是三角形结构，因此等高线模型的构建到最后还要转化为另外两种方式的模型构建。

　　3、非规则三角形网格模型的构建

　　非规则三角形网格由于数据结构比价复杂，而且空间中那些点的分布多是散乱无规则的，很难按照某种规则连接成规则的三角形，该模型构建的过程中三角化过程比较复杂，相应的拓扑关系也比较繁琐，尽管非规则三角形网格模型的构建虽然比较，但是该模型的描述效率非常高，所以其应用还是比较广泛的。

　　(二)三维地形可视化显示方法

　　三维地形可视化显示方法主要包括静态生成方法和实时动态生成方法两种不同的可视化显示方法，以下将分别给予详细的说明。

　　第一、静态生成方法。静态生成方法首先对原模型作不同程度近似处理而生成多个近似模型，然后在三维地形绘制的过程中根据当前的视点参数，从创建好的多个近似模型中选择合适的近似模型来进行绘制。静态生成方法具有速度快和简单易用的优点，但同时还具有近似模型不连续以及模型占用内存资源较多的缺点。

　　第二、实时动态生成方法。利用实时动态生成方法生成的三维地形是视点相关的。随着视点的移动，地形网格将不断被更新。与上述的静态生成方法相比，利用实时动态生成方法建立起来的三维地形场景可以更好的满足人们的视觉要求，因为在这种方法下，人们看到的细节是动态变化的。实时动态生成方法的缺点就是要耗费额外的时间，而且很难实现速度和精度之间的平衡。

　　三、基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程

　　(一)基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程图

　　基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法的流程图如图1所示，基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法主要包括数据的采集和数据处理、ArcGIS软件自然相邻节点的插值操作以及Global Mapper软件的处理操作等内容。

　　图1 基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法的流程图

　　(二)基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘方法的流程说明

　　1、数据的采集与处理

　　其中数据的采集和处理主要采用数字摄影测量技术来实现的，应用数字摄影测量技术进行大比例尺空间基础信息采集与动态更新，可以很好的满足规划设计中高程精度和平面精度的要求。而且与常规的三维激光扫描和地面测量的数据采集技术相比，利用数字摄影测量技术进行数据的采集和处理还往往具有操作简单、周期短和成本投入小的优点。

　　2、基于ArcGIS软件的离散数据插值

　　三维地形数据的插值处理多采用的是自然邻近插值法，所谓的自然邻近插值法就是在插值点附近找到一个与样点最相近的一个采样点子集，根据采样区域比例以及其应用权重来进行插值操作。基于ArcGIS软件的离散数据插值方法能够自动适应实际的地形特征，无需用户的参与，便可以自动确定三维地形的区域形状、搜索半径以及样点数量等，利用基于ArcGIS软件的离散数据插值方法还可以对表示三维地形空间的一些离散数据进行高效的处理，并可以逼真的模拟这些离散数据所描述的地形。

　　3、Global Mapper软件的处理

　　Global Mapper软件的最大特点在于它具有很强的数据文件格式兼容性，可以对栅格、矢量、高程类的文件进行处理。利用Global Mapper软件可以将本文通过数字高程模型的构建来创建一个复合的地理环境系统，可以实现用户对各种空间信息的提取以及对空间相关数据的量测，最后在Global Mapper软件中导入事先建好的三维模型，就可以快速的展示出相应的可视化的三维图形效果。其中Global Mapper软件的处理操作主要包括以下两点：

　　第一、虚拟三维地形可视化模型的实时显示。Global Mapper软件在地形的生成与显示中采用了Lod技术，运用Lod技术可以将ArcGIS软件生成的栅格数据转化成地形网格。Global Mapper软件不仅建立了三维地形的层次细节模型，还进行了表面的细节划分，充分保证了生成的虚拟三维地形可视化模型的逼真度和准确性。

　　第二、基于虚拟三维地形可视化模型的信息提取。对提取的三维地形信息进行分析处理后绘制相关图件是Global Mapper软件处理的一项重要内容。由于Global Mapper软件具有数据采集以及地理数据提取等功能，所以利用Global Mapper软件实现三维地形可视化模型的信息提取是非常便捷的。

　　4、数据的纠正

　　利用ArcGIS和Global Mapper软件还可以对空间的数据质量进行有效的控制，Global Mapper软件可以实现实际影像与三维虚拟地形的叠合后就比较容易发现实际区域与高程之间的差距，然后利用ArcGIS软件，并定位到显示高程字段的区域，迅速找到该区域中与实际区域存在偏差的那些离散点，并将其删除后，从新进行数据的采集和插值处理，完成最后的数据纠正。

　　结语： ArcGIS和Global Mapper软件在三维地形测绘中的应用，可以生成精度高，而且能够实时显示的精细三维地形，而且还可以基于可视化的三维地形模型来实现多元信息的提取，有效的提高了工程测绘的质量和效率，对进一步推动测绘技术的发展具有非常重要的意义。

　　参考文献：

　　[l]田茂义，刘如飞.基于ArcGIS和Global Mapper软件的三维地形可视化技术的应用[J].测绘科学，2010(05).

　　[2]张继开,古梅.三维地形可视化技术的研究[J].计算机仿真，2005(07).

　　[3]林松,程维明,乔玉良.基于GlobalMapper的地貌晕渲制图-以西安幅( 1-49)为例[J].地球信息科学学报,2009(07).

《基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程》

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