三维地形数据处理教程.docx
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三维地形数据处理教程
三维地形数据处理教程
1用于3DSMAX模型制作的基础地形处理
操作比较简单,利用GlobalMapper把DEM数据转换DXF3D表面文件即可。
注意:
1.导入到MAX中是Mesh文件,点未合并。
2.文件通常比较大,容易导致计算机响应缓慢,所以数据量要进行控制。
一般是15米分辨率40平方千米是一个极限,一般处理为30米分辨率的。
2VRMap地形制作预处理
数据预处理的目的是将各种原始文件转换成VRMap识别的文件格式。
地形文件数据预处理为标准的USGSDEM数据,由于VRMap不识别投影系统,所以只要平面坐标信息正确即可。
影像文件数据预处理为标准的Tiff数据,并需要编辑相应的tab,以便与地形文件相匹配。
由于原始数据的情况比较多,所以这部分工作比较复杂,根据原始数据的情况分为以下几种情况。
2.1最理想情况——客户提供标准的DEM数据和影像数据。
标准的DEM数据:
一般是ArcGIS的GRID格式数据,也有直接提供USGSDEM数据的,数据具有投影坐标系统,数据已经分幅切割完毕。
标准的影像数据:
一般是TIFF数据,与DEM数据具有相同的投影坐标系统且匹配良好,已经分幅切割完毕。
对于这种情况,操作如下:
DEM数据处理使用globalmapper。
1.如果数据范围较小,只有很少的文件数(一般只有一张),可以直接打开GRID文件,点击file(文件)菜单,选择输出栅格文件——DEM文件。
可能会弹出对话框提示投影坐标之类的信息,在这里无需管他,确定进入下一对话框。
在弹出的对话框中:
一般设置里,垂直单位一般选择meter(米),采样间距一般不修改,但不要小于1米;
如原始文件比较大,可以在网格化里指定网格输出的行列数或指定输出的单个DEM的大小;
如果想要输出指定范围的DEM,可以在导出边界里选择输出的范围,通常使用全球投影(UTM-米)或绘制方形区域。
在导出边界的全球投影中可以看出DEM的四至,但DEM可能不是矩形,所以不能简单的认为四至就代表角点的坐标值。
为了保证DEM和影像数据有效匹配,需要把DEM裁切成矩形,以便获得角点的坐标值来裁切相应的影像和编辑Tab文件。
设定好参数后,确定,选择输出目标位置和文件名,输出DEM数据。
2.如果数据范围大,文件数多(要求文件切割良好),可选择batchconvert/reproject(批量转换/重投影),在弹出的selectfiletypetoconvertfrom(选择转换的文件类型)对话框里,选择需要转换的数据格式,这次是geosoftgrid(也就是grd),单击ok。
在弹出的selectfiletypetoconvertto(选择转换的目标文件类型)对话框里,选择要转换成的数据格式,这次是dem(usgsasciidemformat),单击ok。
在弹出的batchconvert对话框里,点击addfiles,选择要转换的文件,在右侧点击specifyoutputdirectory然后点击change,更改输出目录,最后点击ok。
如果原始文件不带投影,在转换时会弹框报警,直接ok(确定),在弹出的对话框里注意planarunits和elevationunits的单位是否是meter(米),点击下面的useselcectprojectionforall,直接ok,开始输出DEM数据。
影像数据处理由于Tiff数据支持良好,所以主要工作是裁切影像和tab文件的编辑。
1.裁切影像:
为了保证影像与DEM的良好匹配和方便编辑Tab文件,需要参照裁切好的DEM,裁切影像,并获得影像的角点坐标值。
裁切影像是在输出栅格文件——tiff文件的对话框里利用边界导出进行,并在全球投影中读取角点坐标值。
2.Tab文件的编辑:
标准的MapInfoTab文件支持不好,一般使用自行编辑的tab文件。
标准MapInfoTab文件内容如下:
!
table
!
version300
!
charsetWindowsLatin1
DefinitionTable
File"CQB_E5.bmp"
Type"RASTER"
(63446.000000,76591.000000)(0,0)Label"NW",
(63446.000000,73553.500000)(0,6075)Label"SW",
(66342.500000,76591.000000)(5793,0)Label"NE",
(66342.500000,73553.500000)(5793,6075)Label"SE"
CoordSysEarthProjection8,104,"m",106.419263888887,0,1,50000,-3202855.272
Units"m"
VRMap支持的Tab文件内容如下:
!
table
!
version300
!
charsetWindowsSimpChinese
DefinitionTable
File"CQA_A1.tif"
Type"RASTER"
(51858.000000,88743.000000)(0,0)Label"Pt1",
(54754.500000,88743.000000)(5793,0)Label"Pt2",
(54754.500000,85705.500000)(5793,6075)Label"Pt3"
CoordSysNonEarthUnits"m"
Units"m"
角点的坐标是自左上角点顺时针旋转的三个点,前面的坐标是地图上的绝对位置,后边的坐标是影像的像素值。
切记角点的顺序不要弄错,否则编译时会出错。
角点的坐标值可以从边界导出中的全球投影中获得,角点坐标值需要是裁切过的影像的角点坐标。
2.2客户提供的数据不符合要求。
这种情况需要先进行数据转换和数据配准。
1.数据转换
DEM可能出现TXT格式、ASC格式、IMG格式、甚至Tiff格式,影像可能出现jpg格式、IMG格式等等,基本上可以利用ArcGIS和GlobalMapper进行转换。
GlobalMapper的操作可以参照DEM的输出操作进行(同时还可以进行裁切和角点坐标的记录)。
GlobalMapper基本上可以转换绝大部分格式的数据,但IMG格式不行。
ArcGIS可以转换IMG格式为Tiff格式,但不能转出DEM格式,所以两种软件都需要使用。
2.配准
配准操作的目的是使数据具有绝对坐标,并对不匹配的数据使之匹配。
如果客户需要有绝对坐标的数据,就一定需要提供至少一张有绝对坐标的数据,可以是影像,DEM数据、矢量图等任何形式,或者是绝对坐标偏移量数值。
配准的数据准备有带有绝对坐标的参照数据、需要配准的数据。
操作如下:
●在ArcGIS中打开参照数据和需配准数据,两者应该会有一定的偏差。
●在工具栏上右键点击,选择Georeferencing工具,在Layer中选择需要配准的数据。
●在Georeferencing工具中点击最后面的钮,调出ViewLinkTable(连接查看器)。
●在最左边的Georeferencing下拉菜单里不要激活AutoAdjust(自动调整)。
●点击Georeferencing工具中倒数第二个按钮——AddControlPoint(添加控制点),开始在需要配准的数据和参照数据之间连接同名点,随着同名点的不断添加,ViewLinkTable(连接查看器)里的计算方法会逐渐增加,一般1次项和2次项就可以了,也可以选择最下面的Adjust算法,同时RMS(系统误差)会慢慢变化,只要数值不太大就可以,如果数值太大,就意味着有同名点连接错误,需要删除或修改。
●在控制点数量差不多,RMS又比较下的时候,就可以选择apply,接受配准,需要配准的数据会发生平移,旋转,缩放,变形等,最后与参照数据高度匹配,这是如果认为合适就可以在Georeferencing下拉菜单里选择Rectify输出数据。
●输出选项里可以选择数据的输出格式,分辨率等。
●数据转换成可以接受的格式后,就可以按照理想情况进行数据处理了。
2.3客户不提供DEM和影像数据
这种情况至少需要一张符合客户要求的矢量图,不要求有绝对的投影,但平面坐标必须符合客户要求,通常要求客户提供这样一张图(一般还有投影坐标文件,一般是prj格式),这是最低要求,如果不满足,则只能制作虚拟的地形数据,这就失去了地形数据制作的意义。
一般会是地形图或工程图。
其他基本的数据需要公开下载,下面有相关介绍,请参考。
流程图如下:
最终影像数据根据客户需求可以选择LandSat数据或Google截图数据作为可编译的数据。
1.带投影坐标的矢量图,在ArcCatalog中如下图绿色的文件所示,不同的符号代表不同的类型,基本分为点、线、面等。
在ArcCatalog中,右键点击矢量图文件,选择属性(properties),在XYCoordinateSystem选项中查看是否有投影坐标系统,如果有的话,则进入下一步配准google截图或LandSat影像。
如果没有的话,选择select加载客户提供的prj文件(通常这样操作)或ArcGIS内置的投影坐标系统,或者选择import加载有投影坐标系统的文件,使矢量图获得与加载文件一致的投影坐标系统(有时会这样操作)。
通过这一步,获得带投影坐标系统的矢量图文件。
2.获得可编译的精度要求不高的LandSat影像数据。
利用LandSat影像直接配准,获得与矢量图一致投影坐标的LandSat影像,但配准的难度较大,有一定经验后可以这样操作。
如果选择了直接配准LandSat影像,在配准完成后就可以进行理想状况的操作了。
3.利用Google影像建立投影坐标系统与经纬度的关系,并获得可编译的Google影像。
利用按照经纬度下载的Google截图,以矢量图为参照,通过配准,使Google影像具有与矢量图一致的投影坐标系统,同时Google影像的角点具有经纬度。
如果客户要求影像的分辨率比较高且数据精度要求不高的情况下,在Google影像配准后就可以直接转换Google影像为tiff格式进行影像编译了。
4.获得可编译的较为准确的LandSat影像数据。
如果选择以Google影像作为中间环节来配准LandSat影像,那就需要参照带投影坐标系统的Google影像对LandSat影像进行配准,使LandSat影像具有和矢量图一致的投影坐标系统。
获得可编译的影像数据后就可以按照理想状况进行操作了。
5.获得可编译的DEM数据。
利用Google影像或LandSat影像的角点经纬度与DEM数据的角点经纬度一致的关系,将下载的DEM数据配准到已经具有投影坐标系统的Google影像或LandSat影像上,使DEM数据具有和矢量图文件一致的投影坐标系统。
注意事项
这种情况的误差是非常大的,在操作时要非常小心,尽量减少人工误差的出现。
不可避免的误差有:
Google影像配准矢量图、DEM数据配准Google影像时的系统误差,Google截图时经纬度与实际位置的计算误差。
只在不得已的情况下且数据的精度要求可以降低时使用本方法,并应声明误差不可避免。
3地形修改
需要地形修改的情况有以下几种:
1.原始DEM数据质量不高,有坏点;
2.DEM数据现势性不好,与影像不匹配;
3.模型与DEM数据冲突,出于美观和合理性考虑。
地形修改的方法有两种:
1.在VRMap平台中指定范围降低DEM的高度,比较简单,但效果不是十分理想,易出现漏缝和立壁。
平地和小范围较为合适。
2.利用ArcGIS修改等高线,重新生成DEM数据,效果理想,但时间长,对操作人员的经验要求比较高,理论上可以任意修改地形。
下面只介绍ArcGIS修改地形的操作过程。
1.在ArcCatalog中建立与DEM坐标系一致的面层和修改用等高线层(带z值字段)。
2.在ArcMap中加载DEM数据和面层,用面元素标出需要修改的DEM的范围。
3.利用Arctools中的空间分析工具,抽取需要修改的DEM数据。
(2、3的目的是为了减少不需要修改的数据的显示,提高效率)
4.在ArcMap中加载抽取的DEM数据,利用3D分析工具生成原始等高线层。
5.加载修改用等高线层,绘制希望修改成的地形,并在赋予z值。
这时也可以加载3DSMAX导出的带高程的DXF数据辅助绘制等高线。
6.绘制完需要的等高线,利用3D分析工具CreateTINfromFeature,生成TIN文件,再利用TINtoRaster生成GRID文件。
7.利用GlobalMapper转换为DEM格式文件,在地形合并工具中与原来的地形pak合并,形成新的地形。
注意事项:
修改等高线需要比较多的经验,并对实际情况和最终效果有比较清晰的理解才可以进行。
4数据格式说明
VRMap只接受USGSDEM格式的高程模型数据,最小网格1米;影像接受Tiff格式,需要制作相应的tab文件进行配准。
可能会接触到的地形文件格式有:
1.IMG文件:
后缀为img的ERDASIMAGE栅格地形文件,可以理解为用灰度表示高程的影像图片;
2.TIFF文件:
后缀为Tiff的栅格地形文件,直接就是灰度表示高程的影像图片;
3.GRID文件:
形式为文件夹形式的ArcGISGRID地形文件格式,用ArcGIS打开就是一张灰度高程图像,在其他软件里打开时可能需要进入文件夹内打开名为w001001.adf的文件,效果是一样的;
4.文本文件:
后缀为asc或txt的文本格式文件,稍微复杂,需要转换,可能会不识别,这个要具体分析;
5.DEM文件:
后缀为dem的USGSDEM文本格式文件,这是最理想的文件格式,可直接使用。
可能接触到的影像文件格式(含配准文件)有:
1.IMG文件:
后缀为img的ERDASIMAGE栅格影像文件,文件本身带有坐标信息和投影信息,是比较标准的影像文件格式,但不是所有软件都支持。
2.TIFF文件:
后缀为Tiff的标准影像格式文件,分为成对文件(tiff+tfw)和单一文件(只有tiff,但标准名称为GeoTiff)两种,所以单独的tiff文件可能带有地理坐标和投影信息,也可能不带,基本上所有的软件都支持,部分图像处理软件也部分支持,VRMap对该格式支持最好。
3.bmp文件:
后缀为bmp的标准图片格式,不带地理坐标和投影信息,但也有部分软件会识别后缀为bpw的bmp配准文件。
4.jpg文件:
后缀为jpg的标准压缩图像格式,不带地理坐标和投影信息,但也有部分软件会识别后缀为jpw的jpg配准文件。
其他文件:
1.tab文件:
后缀为tab的Mapinfo配准文件,VRMap支持不完整的tab文件,所以需要对标准的tab文件进行编辑,下面会说到具体编辑内容。
2.prj文件:
后缀为prj的投影坐标文件,一般是ArcGIS支持的格式。
文件夹下显示如下:
ArcGIS的模块ArcCatalog中显示如下红框所示:
用记事本打开内容如下:
5公开原始数据的获取
原始数据一般由客户提供,但也有特殊情况,最不理想的数据情况是客户不提供任何原始数数据,这种状况要求我们自己寻找合适的原始文件。
DEM数据:
目前网上可以免费下载30米分辨率的全球DEM数据。
注意:
查询数据可以是匿名,但下载数据必须注册。
数据是按照经纬度提供的,可以根据目标地区的经纬度确定究竟需要下载那几张数据。
确定要下载的数据,点击最后面的操作,弹出选项:
数字高程数据下载和坡度数据下载。
点击数字高程数据下载,文件一般只有几MB。
下载的文件是zip格式的压缩数据。
解压后是三个文件,IMG格式的DEM数据、jpg格式的快照和IMG格式的未知文件,从文件名就可以知道经纬度和投影坐标情况。
例子的最小经纬度是南纬10度、东经18度,跨度都是1度,投影坐标是UTM投影,WGS84坐标系。
由于文件是经纬度坐标,所以需要转换。
国内通用的北京54坐标系和西安80坐标系与WGS84坐标系在没有参数的情况下不能互相转换,参数是保密的,客户一般不会提供。
所以需要使用其他办法将数据转换为平面直角坐标的数据。
影像数据:
目前网上可以免费下载15米分辨率的全球LandSat数据。
另外如果需要可以利用工具下载GoogleEarth的米级影像数据,但这种数据有版权争议,不能作为商用。
LandSat数据下载:
数据是经纬度坐标,所以也需要转换。
要使用其他办法将数据转换为平面直角坐标的数据,下面会介绍如何转换。
注意下载也需要注册。
Google截图使用GETscreen软件,操作比较简单,在软件界面下,选择两点定位,通过点击右键,拉框或输入坐标选择需要下载的影像,输入截图高度,再图片计算后,即可开始截屏。
注意:
屏幕上不要出现其他东西,否则会一起被截图
Google影像是UTM投影,WGS84经纬度坐标,可以作为配准的中间环节。
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