前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的流域河口三維場景實現(xiàn)，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

生態(tài)安全評價本質(zhì)上是指根據(jù)研究區(qū)域可持續(xù)發(fā)展對區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的要求，把研究區(qū)域各指標(biāo)轉(zhuǎn)換成一維實數(shù)的綜合安全指數(shù)，進而對各區(qū)域生態(tài)安全等級進行綜合評判［1］。將三維可視化場景作為生態(tài)安全評價結(jié)果展示的平臺，可以更生動、直觀地表達出研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地學(xué)可視化經(jīng)歷了二維到三維的發(fā)展。早期地學(xué)可視化的發(fā)展受限于計算機二維圖形軟硬件顯示技術(shù)，將大量的研究放在二維圖形顯示的算法上。繼二維可視化之后，發(fā)展為對地學(xué)等值面(如數(shù)字高程模型)的三維圖形顯示技術(shù)的研究，通過三維到二維的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、隱藏線、面消除、陰影處理、光照模型等技術(shù)，把三維空間數(shù)據(jù)投影顯示在二維屏幕上，由于對地學(xué)數(shù)據(jù)場的表達方式是二維的，而不是真三維實體空間關(guān)系的描述，因此屬于2．5維可視化［2］。但現(xiàn)實世界是真三維空間的，二維或2．5維的表達方式無法真實地表達諸如地質(zhì)體、礦山、海洋、大氣等地學(xué)真三維數(shù)據(jù)場。所以從80年代末以來，真三維成為地學(xué)可視化發(fā)展的主要趨勢。由于在二維可視化方面已經(jīng)具備比較成熟的理論和技術(shù)，三維可視化技術(shù)在生物、醫(yī)學(xué)、大氣等領(lǐng)域也已經(jīng)有很多成功的應(yīng)用，并且作為數(shù)據(jù)存儲工具的關(guān)系數(shù)據(jù)庫已有較成熟的理論技術(shù)和廣泛的應(yīng)用［3］，為三維可視化的發(fā)展提供了豐富有利的條件。本文以大洋河為研究區(qū)、Skyline為GIS平臺，針對流域河口的特點設(shè)計并實現(xiàn)了大洋河流域河口的三維場景，為流域河口生態(tài)安全評價提供更為直觀、有效的成果表達方式。   1研究區(qū)概況   大洋河位于遼東半島，地理坐標(biāo)介于123°31'～123°43'E，39°48'～39°，發(fā)源于岫巖北部山區(qū)，上游分哨子河和東洋河兩條河流，匯合后流經(jīng)鳳城在東港市孤山鎮(zhèn)南注入黃海［4］。大洋河流程202km，流域面積6202km2，年徑流量9．8億m3，是遼河、鴨綠江之間的最大河流。流域海拔高度范圍從-5．7m到1128．1m，平均海拔高度為210．9m。流域內(nèi)行政單位主要包括岫巖、鳳城、東港及莊河4個縣(市)，現(xiàn)有人口83．3萬人。受黃、渤海暖濕氣流和內(nèi)陸干旱氣流的影響，大洋河流域植物種類繁多，森林資源豐富，流域內(nèi)陸水域的生態(tài)環(huán)境良好。但近年來，當(dāng)?shù)夭缓侠淼纳a(chǎn)經(jīng)營活動導(dǎo)致了土壤侵蝕、水土流失頻繁發(fā)生，很多工業(yè)污水、生活污水的隨意排放等產(chǎn)生了很多污染源，這些情況對大洋河流域生態(tài)環(huán)境的健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。研究區(qū)地理位置如圖1。   2材料與方法   2．1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備   流域河口通常是指河流的地面集水區(qū)及進入海洋、湖泊和水庫的地段及支流匯入干流處。作為一個半封閉的沿岸水體，流域河口與外海直接相連［5］，具有特定的地形地貌、地質(zhì)、土壤和植被等地理環(huán)境，這就決定了對于流域河口的三維場景再現(xiàn)必定不同于虛擬礦山、城市景觀等完全陸面景觀的建模方式。其三維場景的構(gòu)建既要考慮陸域景觀的三維建模，也要涉及到水下地貌景觀的模擬。為實現(xiàn)大洋河流域河口的三維場景，共收集到如下幾方面數(shù)據(jù):遙感影像數(shù)據(jù)。包括2009年覆蓋大洋河流域的高精度衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，1985年、1990年、1995年、2000年覆蓋大洋河流域的歷史衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。地理信息數(shù)據(jù)。大洋河流域的1∶5萬和1∶10萬數(shù)字地形數(shù)據(jù)。建筑物模型數(shù)據(jù)。以大洋河流域內(nèi)的孤山鎮(zhèn)為主要城鎮(zhèn)模擬區(qū)，到實地采集了孤山鎮(zhèn)內(nèi)具有代表性的古建筑群落的尺寸數(shù)據(jù)、紋理數(shù)據(jù)和地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)。   2．2總體框架   流域河口三維場景實現(xiàn)的整體思路是將研究區(qū)的高分辨率的遙感影像及高程數(shù)據(jù)(DEM)加載到Skyline系列的TerraBuilder軟件中，生成MPT格式的文件，即地表模型;在TerraExplorerPro中加載地表數(shù)據(jù)集，導(dǎo)入相關(guān)的二維矢量數(shù)據(jù)和通過3dsMAX建立的建筑物模型數(shù)據(jù)，得到FLY格式的項目文件，進而生成了逼近真實的流域河口三維場景。實現(xiàn)過程中所采用的核心軟件為Skyline系列產(chǎn)品，用于三維展示和應(yīng)用開發(fā);輔助工具軟件有三套:ArcGIS用于矢量數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換，PhotoShop用于紋理圖像的加工與處理，3dsMAX用于建筑物的模型建立。實現(xiàn)流域河口三維場景的技術(shù)路線如圖2。   2．3平臺介紹   2．3．1Skyline   Skyline是目前應(yīng)用較為廣泛的三維GIS平臺，由TerraBuilder、TerraGatesare和TerraExplorerPro三個相互獨立的子系統(tǒng)構(gòu)成，分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)合成、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)展示三大功能［6］。Skyline作為三維GIS平臺應(yīng)用起點低，操作簡單、快捷，便于編輯、修改，能夠?qū)崿F(xiàn)多級分辨率影像無縫分級顯示，采用金字塔格網(wǎng)數(shù)據(jù)管理方式、海量數(shù)據(jù)流量顯示方式。并且該軟件的二次開發(fā)簡單，可用vb/vc/Delphi等標(biāo)準(zhǔn)語言進行系統(tǒng)開發(fā)，直接讀取Qracle、SQLServer、Access等數(shù)據(jù)庫及shp、dxf、GeoData等格式的數(shù)據(jù)文件，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的綁定、GIS圖形編輯、注釋、查詢、以及空間分析等功能。   2．3．23dsMAX   3dsMAX是美國Autodesk公司旗下優(yōu)秀的電腦三維動畫、模型和渲染軟件，廣泛應(yīng)用于三維動畫、影視制作、建筑設(shè)計等各種靜態(tài)、動態(tài)場景的模擬制作。3dsMAX軟件功能強大、擴展性好、操作簡單，且與其它相關(guān)軟件配合流暢，可以高效快捷地建立復(fù)雜物體的三維模型，從而彌補Skyline這方面的不足。但在3dsMAX中很難實現(xiàn)交互性及實時的控制模型，因此把Skyline與3dsMAX結(jié)合起來實現(xiàn)三維場景的搭建可以達到事半功倍的效果。   3流域河口三維場景的實現(xiàn)   3．1三維模型的建立   三維空間數(shù)據(jù)模型是三維GIS系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，一個成熟的、可靠的三維空間數(shù)據(jù)模型不但能夠很好地表達三維空間對象，還有利于計算機進行處理與分析［7］。三維場景中的模型通常分為地表模型和建筑物模型兩類，地表模型是通過DEM及經(jīng)過校正處理的影像來反映地形、地貌和山脊走向等，建筑物模型則是通過3D模型和紋理、屬性來表達［8］。在模型的建立過程中應(yīng)注意地形和建筑物的相互連接，使其有效地集成為一個整體。#p#分頁標(biāo)題#e#   3．1．1地表模型的建立   地表模型的建立一般包括三個主要步驟:首先是地表空間顯示建模;然后是地表顏色處理或紋理映射;最后是光照處理［9］。近年來大規(guī)模高精度數(shù)據(jù)獲取手段的逐步應(yīng)用和數(shù)字高程模型(DEM)的規(guī)模化生產(chǎn)，為使用真實世界的地形幾何數(shù)據(jù)進行地表空間建模提供了數(shù)據(jù)保證。同時來自于各種遙感和航空攝影測量產(chǎn)生的地面影像，可作為地表模型的紋理，增強三維場景的真實感［10］。大洋河河口區(qū)以大范圍的平坦?jié)竦貫橹鳎匦纹鸱淮?流域范圍內(nèi)高程值從-5．7m到1128．1m，平均海拔高度210．9m，地形起伏相對比較明顯。選擇覆蓋整個大洋河流域河口范圍的1:5萬DEM數(shù)據(jù)和2009年的高精度衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在Skyline的Terra-Builder和TerraExplorerPro中實現(xiàn)地表模型的建立。其中DEM空間分辨率的確定以能夠表現(xiàn)地表的真實起伏為依據(jù)，影像的精度則以能夠區(qū)分地表主要地物類型作為確定其分辨率的最低標(biāo)準(zhǔn)［11］。   3．1．2建筑物模型的建立   大洋河流域范圍面積廣大且行政區(qū)劃很多，主要選擇位于河口區(qū)的東港市孤山鎮(zhèn)為主要城鎮(zhèn)模擬區(qū)。孤山鎮(zhèn)在東港市區(qū)域內(nèi)占地面積最大，且歷史悠久、文化底蘊深厚，鎮(zhèn)內(nèi)有大孤山國家級森林公園等具有典型地域特征的古建筑群落，是建筑物建模的主要對象。不同于大范圍現(xiàn)代建筑物的規(guī)則性，古建筑以其復(fù)雜性為特征，屬于精細建模。對復(fù)雜建筑物的精細建模主要從建筑物模型的視覺變量入手，主要包括:形狀、空間姿態(tài)、尺寸、紋理、明暗度(光照)、陰影和清晰度［12］。尺寸和形狀是通過實地量測或利用GIS軟件的量測功能獲取的面積來表達的，其高度數(shù)據(jù)由于實際條件的限制通常采取室內(nèi)高度再加上估計的板材厚度來獲得，因此必然存在些誤差。空間姿態(tài)是模型構(gòu)建主要依據(jù)，主要是利用一些基本的幾何元素如長方體、球體等通過平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸等處理后以搭積木的方式來達到實際效果。通過上述方法得到的模型皆是灰塊模型，不具有真實性，因此模型搭建之后就涉及其他四個視覺變量的處理。為模型進行紋理貼圖并處理好明暗度、陰影和清晰度等問題，一方面可以提高物體模擬的逼真程度(尤其是某些細節(jié))，另一方面可以極大地降低多邊形面片的數(shù)量，從而實現(xiàn)了逼真度和運行速度的平衡［13］。建筑物紋理數(shù)據(jù)的獲取多由數(shù)碼相機拍攝照片完成。這樣獲取的紋理真實感強，和實際建筑物的外觀能達到完全吻合。但實際過程中照片不可能以完全垂直于建筑物表面的角度拍攝，需要在后期經(jīng)過Photoshop等軟件進行斜切、扭曲等處理，避免在紋理貼圖過程中發(fā)生變形。在紋理的處理過程中需要注意對同一建筑物的所有圖片進行一個綜合的比對，確保亮度、對比度、顏色偏差等都保持一致或相互接近，符合建筑物三維景觀模型質(zhì)量檢查與評價的要求［14］。模型的規(guī)范性和紋理貼圖的大小及處理方式對三維場景的運行速度與效果起著至關(guān)重要的作用，因此Sky-line平臺對模型的制作提出了具體的要求，包括貼圖的尺寸、貼圖文件的存放及貼圖的方式等等［15］。在遵循這些建模要求的前提下，三維模型作為GIS的可視化產(chǎn)品，其清晰性、簡潔性是保證直觀理解的基本條件之一，因此設(shè)計三維模型時既要考慮到模型的藝術(shù)性、可讀性，又要顧及到可行性，各方面都要兼顧才能盡可能優(yōu)化系統(tǒng)的性能［16］。對孤山鎮(zhèn)古建筑模型進行紋理貼圖的對比效果如圖3。   3．2三維場景的構(gòu)建   在處理好地表模型和建筑物模型的基礎(chǔ)上，就可以實現(xiàn)三維場景的搭建。首先在3dsMax中利用PandaDi-rectX插件將所建立的建筑物模型導(dǎo)出為．X格式的文件，然后利用Skyline提供的MakeXPL工具將建筑模型導(dǎo)成TerraExplorerPro識別的XPL格式的文件，再利用ArcGIS根據(jù)建筑物的地理坐標(biāo)獲得SHP格式的建筑物點層文件，最后在TerraExplorerPro中加載地表模型(MPT文件)，并根據(jù)應(yīng)用需求添加相關(guān)的矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)，保存即獲得了FLY格式的成果文件，完成了基本的三維場景的搭建。具體效果如圖4、圖5。三維場景搭建成功后，在可視化集成開發(fā)環(huán)境VisualStudio2005中采用C#編程語言，利用Skyline提供的開發(fā)端口，根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計自定義的界面，以三維場景為平臺將流域河口的生態(tài)安全評價結(jié)果加以展示。在該三維場景搭中，可采用設(shè)置固定的路線和新建動態(tài)對象兩種方式進行漫游，其中新建動態(tài)對象這一方法可以在創(chuàng)建對象的過程中設(shè)置移動路線、路線的高度、移動的速度等，進一步完善了三維場景中的漫游效果。在此基礎(chǔ)上，通過加載Skyline提供的接口實現(xiàn)基本空間分析功能，并妥善表達流域河口生態(tài)安全評價結(jié)果。   4總結(jié)   本文針對大洋河流域河口的地理特征，以Skyline為基礎(chǔ)平臺，借助于ArcGIS、PhotoShop、3dsMAX等軟件實現(xiàn)了研究區(qū)三維場景的構(gòu)建，為大洋河流域河口生態(tài)安全評價三維演示系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。實現(xiàn)過程中采用3dsMAX進行古建筑群這類復(fù)雜建筑物的模型建立，以彌補Skyline在精細建模方面的不足，做到高效便捷、生動逼真地模擬大洋河流域河口的地形地貌及城鎮(zhèn)景觀。目前實現(xiàn)的大洋河流域河口三維場景主要再現(xiàn)了整個流域范圍及孤山鎮(zhèn)的陸域景觀，為下一步流域河口生態(tài)安全評價三維演示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)做好了準(zhǔn)備。