Phương pháp xây dựng mô hình địa hình(Methods for Constructing a Terrain Model)

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

KS Nguyễn Duy Liêm

Điện thoại: 0983.613.551

Email: nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn

Bài giảng: Mô hình hóa bề mặt

(Surface modeling)

Trang 2

Phương pháp xây dựng mô hình địa hình

(Methods for Constructing a Terrain Model)

Đường bình độ (Contours) Mạng lưới tam giác không đều (Triangulated Irregular Networks)

Mạng lưới ô vuông đều (Regular Grid Networks)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

Trang 3

Nội dung

 Nhắc lại: Mô hình hóa bề mặt địa hình (Terrain Modeling)

 Phương pháp biểu diễn bề mặt địa hình (Representation of

Terrain Surfaces)

 Hình thức: Bản đồ (Maps), Hình ảnh (Photographs)

 Nội dung: Đường bình độ (Contours), Mạng lưới tam giác không

đều (TINs- Triangulated Irregular Networks), Mạng lưới ô vuông đều

(Regular Grid Networks)

 Cấu trúc dữ liệu (Data Structures), Phương pháp xây dựng

(Construction Methods)

 Đường bình độ

 Mạng lưới tam giác không đều

 Mạng lưới ô vuông đều

 Chuyển đổi giữa các phương pháp biểu diễn bề mặt địa hình (Conversion involved in Representation of Terrain Surfaces)

3

Trang 4

Tài liệu tham khảo

 Terrain Analysis- Principles and Applications (2000)

Trang 5

Nhắc lại

 Mô hình hóa bề mặt địa hình (Terrain Modeling)

 Biểu diễn bề mặt địa hình dưới dạng raster , trong đó mỗi pixel thể hiện một giá trị độ cao của bề mặt địa hình tại vị trí đó.

 Quá trình mô phỏng bề mặt địa hình thông qua:

một tập hợp các điểm phân tán,

một tập hợp dữ liệu dạng đường,

một tập hợp dữ liệu dạng vùng

5

Trang 6

Từ bề mặt Trái đất đến mô hình bề mặt địa hình!

6

(Manipulation)

Thu thập dữ liệu (Data capture)

Địa hình thực tế

(Reality)

Khảo sát, đo đạc, thu thập dữ liệu địa hình

Xử lý, thiết lập mối quan hệ giữa dữ liệu đầu vào và

Đường bình độ Mạng lưới tam giác không đều

Mạng lưới ô vuông đều

Trang 7

Phương pháp biểu diễn bề mặt địa hình

Hiện đại (modern times)

 Đo lường dựa trên các quy tắc

toán học

 Tổng quát hóa (generalization)

 Biểu tượng hóa (symbolization)

Trang 8

tinh (satellite images)

Ảnh Thành phố Huế do vệ tinh VNREDSat-1 chụp ngày 13/5/2013

Trang 9

 Từ giữa thế kỷ 20, biểu diễn địa hình dạng số phát

triển cùng với công nghệ máy tính, toán học, đồ họa máy tính

 Máy tính trở thành phương tiện quan trọng biểu

Trang 10

 Đường bình độ (Contours)

 Tập hợp các đường nối liền các

điểm có độ cao bằng nhau theo

khoảng cao đều cho trước.

 Mạng lưới tam giác không đều

(TINs- Triangulated Irregular

Networks)

 Tập hợp các tam giác không đều

nằm kề nhau nối liền các điểm độ

cao theo quy tắc Delaunay.

 Mạng lưới ô vuông đều

(Regular Grid Networks)

 Tập hợp các ô vuông (pixel) nằm

kề nhau thể hiện giá trị độ cao.

10

Trang 11

Yêu cầu cần đạt

 Nắm bắt sự phát triển của các hình thức biểu diễn địa

hình: bản đồ, hình ảnh từ thời cổ đại đến thời hiện đại?

 Ảnh hưởng của máy tính, toán học và đồ họa đến các

phương pháp biểu diễn địa hình?

 Phân loại theo nội dung thể hiện, có những phương pháp biểu diễn địa hình đang được sử dụng hiện nay?

11

Trang 12

 Tập hợp các giao tuyến tạo bởi

các mặt phẳng (song song với

mặt thủy chuẩn) với bề mặt địa

hình.

 Ví dụ, các đường giao nhau của mặt

nước với bề mặt đất xung quanh.

Trang 13

Một số dạng đường bình độ

14

Trang 14

(ghi giá trị độ cao/ Index

contours) Đường bình độ con

in thường, giá trị được nội suy

từ bình độ cái.

 Khoảng cao đều (contour

interval) là chênh lệch độ cao

giữa 2 đường bình độ liên tiếp

Trang 15

Trang 16

Đường bình độ (Contours)

 Tính chất

 Độ dốc lớn nhất của địa hình tại bất kỳ điểm nào trên đường bình

độ là đường dọc theo pháp tuyến của đường bình độ tại điểm đó.

18

Trang 17

nhau, không xoắn ốc, không

cắt nhau (trừ trường hợp hang

động và núi hàm ếch).

 Mỗi đường bình độ phải tự

đóng nhưng không nhất thiết

phải nằm trong khung bản đồ.

20

Trang 18

Đường bình độ (Contours)

 Phương pháp xây dựng

 Phương pháp thiết lập/vẽ đường bình độ trên một mặt phẳng

hoặc bản đồ được gọi là bình độ hóa (contouring).

 Tùy thuộc thiết bị sử dụng (để xác định khoảng cách ngang và

đứng của các điểm), có thể chia thành 2 phương pháp:

Trực tiếp

 Gián tiếp

22

Trang 19

 2 điểm A, B nằm trên lần lượt hai đường đồng mức có giá trị

500m, 600m Biết khoảng cách ngang 50m Hãy tính độ dốc do tia

AB hợp với mặt phẳng song song với mặt thủy chuẩn?

23

Trang 20

 Nắm bắt tính chất, cấu trúc dữ liệu của đường bình độ?

 So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp xây dựng đường bình độ?

24

Trang 21

Mạng lưới tam giác không đều (TINs)

 Tập hợp điểm độ cao được kết

nối bởi các tam giác không

đều theo quy tắc Delaunay.

28

Trang 22

 Quy tắc xác định tam giác Delaunay

 Xác định vòng tròn ngoại tiếp:

Trong đường tròn ngoại tiếp của một tam giác nào đó, không có bất

cứ điểm nào khác ngoài ba đỉnh.

29

Trang 23

 Quy tắc xác định tam giác Delaunay

 Góc lớn nhất- nhỏ nhất:

Tối đa hóa góc nhỏ nhất và tối thiểu hóa góc lớn nhất trong mọi tam giác.

30

Trang 24

 Cấu trúc dữ liệu

 Nút (nodes) – Cạnh (edges) – Tam

giác (triangles) – Topology

 Nút:

Yếu tố nền tảng

Bắt nguồn từ điểm dữ liệu đầu vào

Mỗi nút đều có 1 giá trị độ cao, mối

Mỗi tam giác chứa 3 nút

Chứa thông tin về độ dốc, hướng dốc, diện tích bề mặt, chu vi bề mặt

 Xem xét toàn bộ tam giác, có thể rút ra thông tin về thể tích, mặt cắt, phân tích tầm nhìn,…

Trang 25

 Cấu trúc dữ liệu

 Nút (nodes) – Cạnh (edges) – Tam giác (triangles) – Topology

 Topology

Định nghĩa nút, cạnh và mối liên lệ với các tam giác khác

Mỗi tam giác, TIN lưu trữ thông tin: (1) Mã số tam giác, (2) Tam giác

liền kề, (3) Mã số của ba nút, (4) Tọa độ x, y của mỗi nút, (5) Giá trị z của mỗi nút

32

Trang 26

 Phương pháp tạo TINs

 Phương pháp tĩnh:

 Xem xét tất cả các dữ liệu để tạo thành một mạng tổng thể.

 Phương pháp động:

 Cho phép thêm, xóa điểm tam giác trong quá trình xử lý.

 Phương pháp sơ đồ Voronoi

33

Trang 27

 Tạo TINs từ phương pháp tĩnh (vector)

 Chọn một điểm khởi đầu cho tam giác Delaunay

 1 Trọng tâm của các điểm dữ liệu (Elfick 1979)

 2 Đoạn thẳng ngắn nhất nối 2 điểm (Yeoli 1977)

 3 Đoạn thẳng nằm trên ranh giới tưởng tượng (McCullagh and Ross 1980)

 4 Đoạn thẳng nằm trên ranh giới lồi (Tsai 1993; Gosper 1998).

34

Trang 28

 Tìm kiếm điểm tạo thành tam giác Delaunay

Từ điểm bắt đầu, chọn 1 điểm gần nhất tạo thành cạnh cơ sở của tam giác.

Điểm thứ 3 của tam giác được xác định bằng cách vẽ vòng tròn từ

trung điểm của cạnh cơ sở với bán kính nào đó,

 Nếu chỉ có 1 điểm nằm trong vòng tròn, chọn điểm đó.

35

Trang 29

 Tìm kiếm điểm tạo thành tam giác Delaunay

Từ điểm bắt đầu, chọn 1 điểm gần nhất tạo thành cạnh cơ sở của tam giác.

Điểm thứ 3 của tam giác được xác định bằng cách vẽ vòng tròn từ

trung điểm của cạnh cơ sở với bán kính nào đó,

 Nếu có hơn 1 điểm nằm trong vòng tròn, chọn điểm có góc đối diện với cạnh cơ sở lớn nhất.

 Nếu không có điểm nào nằm trong vòng tròn, mở rộng bán kính tìm kiếm.

36

Trang 30

Bài tập 2

 Trong không gian Oxyz, cho các điểm A (1,3,100), B (1,2,200),

C (4,2,600), D (5,3,400), E (3,1,400), F (3,3,300), G (5,1,200) với z

là giá trị độ cao (m) Vẽ mô hình TIN trong mặt phẳng Oxy?

 Hãy trình bày công thức tổng quát (có chứng minh) xác định

số lượng tam giác Delaunay của TIN dựa trên số lượng điểm đầu vào cho trước? (Gợi ý: phương pháp quy nạp)

37

Trang 31

 Nắm bắt quy tắc Delaunay, cấu trúc dữ liệu của TINs?

 Mô tả, lý giải ưu nhược điểm của TINs trong biểu diễn bề mặt địa hình?

38

Trang 32

Chuyển đổi giữa đường bình độ và TINs

 TIN  đường bình độ: Tạo đường bình độ với khoảng

cao đều 100m từ TIN

40

Bước 1 Tạo mô hình TIN Bước 2 Hoàn tất mô hình TIN (cạnh tam giác không cắt sông ngòi)

Bước 3 Đánh dấu điểm độ cao trên từng cạnh tam giác (dựa trên

khoảng cao đều, 2300m, 2400m,…)

Bước 4 Vẽ đường đồng mức (Nối các điểm cùng độ cao, Gán nhãn độ cao)

Trang 33

Chuyển đổi giữa đường bình độ và TINs

 Đường bình độ  TIN

 Lấy điểm mẫu trên từng đường bình độ

 Chuyển về phương pháp tạo TIN từ điểm độ cao

41

Trang 34

Bài tập 3

 Trong không gian Oxyz, cho các điểm A (1,3,100), B

(1,2,200), C (4,2,600), D (5,3,400), E (3,1,400), F (3,3,300), G (5,1,200) với z là giá trị độ cao (m)

 Từ mô hình TIN, vẽ đường bình độ với khoảng cao đều

100m (có ghi chú độ cao)?

42

Trang 35

 Nắm bắt, vận dụng quy tắc chuyển đổi giữa đường bình

độ và TINs?

43

Tiêu đề	Phương Pháp Xây Dựng Mô Hình Địa Hình (Methods for Constructing a Terrain Model)
Tác giả	Nguyễn Duy Liêm
Trường học	Trường Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Khoa Môi Trường & Tài Nguyên
Thể loại	Bài Giảng
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	1,08 MB