数字高程模型TIN和等高线建模

随着地理信息系统(GIS)的发展，数字高程模型(DEM)成为空间信息系统的一个重要组成部分，并且是工程建设、战场环境仿真等许多领域最为重要的基础数据之一。我们可以将DEM的表示方法主要为三类，即规则格网模型、不规则三角网模型和等高线模型。由于不规则三角网(TIN)能以不同层次的分辨率来描述地形表面，所以TIN被视为DEM中最基本和最重要的一种模型，而且TIN与等高线之间的相互转换是DEM建模的最基本方法。因此本文主要研究了常用于TIN生成的Delaunay三角网生成算法、基于TIN的等高线生成和处理算法和基于等高线建立TIN的算法。 在基于离散点的Delaunay三角网生成算法方面，本文在优化了凸壳生成算法的基础上，提出了一种Delaunay三角网凸壳生成算法，其时间复杂度为O(nlogn)。该算法首先对离散点进行排序，然后利用新插入点与已生成凸壳之间的位置关系，再进行新凸壳生成和三角网联结，最后利用有向边的拓扑结构进行三角网优化。在三角网联结过程中该算法不但避免了所有的交点测试，而且使得新加入点与凸壳边的平均比较数不多于4次，从而保证了三角剖分的高效。 在基于TIN的等高线生成和处理算法方面，本文实现了在任意边界区域内等高线的追踪过程。在标注的位置和密度研究的基础上，本文完善了数字等高线高程的自动标注算法，使得自动标注的过程更加人性化和结果更加符合人们的读图习惯。在光滑等高线的问题上，本文使用张力样条函数解决了等高线光滑时的相交问题。 在基于等高线建立TIN的算法方面，为了保证建立的TIN能保持等高线中的高质量的几何及高程信息，本文先将等高线离散化后建立初始三角网，再将等高线线段作为约束条件嵌入到初始三角网中。在约束条件嵌入问题上，本文提出了“插入—交换”约束边嵌入算法，该算法的时间效率不受影响域形状的影响而且计算量较小。本文还完善了TIN中平坦区域的修正算法，该算法不仅补充了平坦区域搜索法没有完成的部分，还能保证修正了平坦区域后的TIN能较好地虚拟现实地表的真实形状，并且能提高修正速度。 所开发的软件在运行多组地形数据后所得到的实验结果表明本文提出的实现流程和算法能够实现快速地、高精度地进行数字高程模型TIN和等高线建模的目的。