格網DEM生成不規則三角網TIN

詳細論述了GIS中地形的格網DEM轉換成不規則三角網TIN的算法，并且給出了具體實作。

目錄

概述

詳論

資料準備

轉換算法

TIN建構

具體實作

實驗結果

參考

在GIS（地理資訊科學）中，地形有兩種表達方式，一種是格網DEM，一種是不規則三角網TIN。一般情況下規則格網DEM用的比較多，因為可以将高程當作像素，将其存儲為圖檔類型的資料（例如.tif）。但是規則格網存儲的資料量大，按規則取點，并不能最大程度的保證地形特征，是以很多情況下需要将其表達為不規則三角網，也就是TIN。

下載下傳SRTM30的DEM資料，找到美國大峽谷附近的地形，通過UTM投影，将其轉換成30米的平面坐标的DEM（.tif格式）。通過Global Mapper打開，顯示的效果如下：

格網DEM本身也可以看作是一個三角網，每個方格由兩個三角形組成，N個方格據組成了一個地形格網。是以在參考文獻一中提到了一種保留重要點法，将格網DEM中認為不重要的點去除掉，剩下的點建構成不規則三角網即可。那麼怎麼直到有的點重要，有的點不重要呢？參考文獻一中提到了一種限制：

可以看到這類似于圖像進行中的濾波操作，通過比較每個高程點與周圍的平均高差，如果大于一個門檻值，則為重要點，否則為不重要點。其中的關鍵點就是求空間點與直線的距離，具體算法可參看這篇文章《空間點與直線距離算法》。

經過保留重要點法過濾之後，剩下的點就要進行構網了。一般來說最好建構成Delaunay三角網（因為Delaunay三角網具有很多最優特性）。Delaunay三角網的建構算法也挺複雜，不過可以通過計算幾何算法庫CGAL來建構。

查閱CGAL的文檔，發現CGAL居然已經有了GIS專題，裡面有許多與地形處理相關的示例。其中一個示例就是通過點集生成了Delaunay三角網，并且生成了.ply檔案。.ply檔案正好是一種三維資料格式，能夠被很多三維軟體打開。

解決了兩個關鍵算法，具體實作就很簡單了：引入GDAL資料來處理地形資料（.tif），周遊每個像素點（高程點）做濾波操作，通過CGAL來建構TIN：

将最終生成的三維模型檔案.ply通過MeshLab打開，渲染效果如下：

通過Global Mapper還可以看到具體的三角構網效果：

DEM模型之間的互相轉換

代碼位址1

代碼位址2 提取碼:x0wt