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不规则三角网模型(Triangulated Irregular Network,TIN)是数字高程模型(DigitalElevation Model,DEM)常用的数据结构之一。但是由于目前在构建TIN 时都是将采样点投影到水平面上,然后利用平面上的三角剖分确定三角形的连接关系,再将高程信息附加到顶点上,这就导致垂直地形和悬挂地形投影到水平面后无法区分,从而使TIN的构建无法准确进行,进而TIN也就无法表达垂直地形和悬挂地形。另外,由于TIN 构建时采用的剖分准则都是基于二维平面的三角剖分,这导致在二维平面上较好的三角形在三维空间内不一定是很好的三角形,可能会出现狭长三角形的情况。这对于地形的表达显然是不利的。
本文针对以上问题深入分析了现有TIN的剖分准则以及现有垂直地形和悬挂地形的特点,借鉴了非流形形体表示方法的思想,提出了面向非流形地形的TIN(Non-manifold Relief OrientedTIN,简称 NM--TIN)的剖分准则、数据组织方式和构建方法。NM-TIN 采用空间上的张角最大准则,在构建过程中不再向水平面进行投影,而是利用点的x,y,z 坐标,直接在三维空间中进行剖分,利用空间上的张角最大进行构建,从而避免了平面上很好的三角形在空间上不好的问题,同时也有效的保证了垂直地形的构建。在数据组织上,专门为非流形地形设计了存储结构和拓扑结构,同时在构建过程中区别对待流形地形和非流形地形,分别进行构建,最后进行拼接。从而有效的保证了非流形地形的表达。本文还对实现过程中几个限制性问题进行了重点分析和公式推导,提出了简单有效的简化算法,降低了算法的复杂程度提高了运算效率。论文针对以上提出的剖分准则和构建方法开发了原形系统,并提供了与现有的规则格网DEM,等高线等相互转换的接口。最后,以江南平原某地区的数据进行了验证,取得了满意的结果。
本文提出的NM-TIN的构建方法对于现有数字高程模型起到了一定的补充作用,使数字高程模型对于地形的表达更加准确和精细,对数字高程模型和数字地分析的广泛应用具有一定的实际意义。