引言

无论是搭建二维水动力模型，还是构建三维虚拟现实场景，都离不开DEM（Digital Elevation Map）。DEM的获取途径可以是卫星影像，或是无人机航拍。针对DEM的编辑，网络上的教程大部分是通过gis进行拼接、提取、填洼以及简单的栅格计算等。笔者一直希望能够对DEM进行较为细致的加工，例如将获取的实际地形编辑为其他预设工况下的地形，或将较为精细的河道断面数据镶嵌在DEM上。通过收集相关资料并对多个软件学习研究后终于找到了较为可靠的方法。

一、将河道数据镶嵌在DEM上

需要的软件：HEC-RAS 5.0.7（早期版本可能无相关功能）、Arcgis 10.1。

地理空间数据云下载的DEM，在河道部分一般为水面地形。如何将一维河道断面插值成二维河道栅格数据并与DEM数据拼接在一块形成具有河底地形的DEM呢？方法可见知乎上模型笔记分享的内容https://zhuanlan.zhihu.com/p/491337542。在此基础上笔者增加了更为详细的操作步骤，最终将河道地形镶嵌在DEM栅格上。

①在新建工程后，打开RAS Mapper，可以导入原始地形数据，为方便绘制河道，还可导入矢量河道位置图进行参考，依据河道位置图进行河道的绘制。

图1 RAS Mapper工具

图2 RAS Mapper初始操作界面

②返回几何编辑器，插入位置断面，并设置每一断面信息，包括距下游断面距离，糙率、左右岸位置等。

图3 几何编辑器

图4 几何编辑器操作界面

③之后可以随意设置一模型边界条件，让模型运行起来就可以。然后打开RAS Mapper，显示如下图8所示，红圈内即为通过断面和河道差值的河道地形栅格图层。再大致检查一下没有问题就可以下一步了。

图5 边界条件设置工具

图6 边界条件设置操作界面

图7 运行按钮

图8 模型运行后的RAS Mapper操作界面

④右击几何图层（此处右击Geometry标签下的duanmian项目），选择Export Layer-->Create Terrain GeoTIFF from XS’s(channel only)，选择保存路径和命名，并指定输出的河道栅格分辨率（分辨率不要比原地形高）。

图9 导出河道差值地形栅格

⑤在RAS Mapper菜单栏选择Tools-->New Terrain，在弹出的对话框中添加原地形（没有河道水下地形）和第④步导出的河道水下地形，并将河道水下地形栅格放在最上面，这样才能正确覆盖，在Filename位置输入合并后文件路径及名字，最后点击Create即可完成地形的修正（该过程也可用arcgis工具箱内的mosaic镶嵌工具完成）。

图10 新地形设置界面

图11 DEM镶嵌河道地形前后对比（左图为原始DEM，右图为镶嵌河道地形DEM）

二、对DEM的精细化修改

需要的软件：PCI Geomatica 2016、Global Mapper 24.1。

尝试过很多软件，例如Terresculptor，Terresculptor是一款非常优秀的地形编辑器，但它专注于复杂的随机地貌的生成，常用于三维游戏的地形编辑器，对于局部地形的精细刻画并不擅长。

Geomatica是加拿大PCI公司的地理空间信息旗帜软件产品。10.2版本后的Geomatica经集成了遥感影像处理、专业雷达数据分析、GIS/空间分析、制图和桌面数字摄影测量系统。可以实现对无人机影像的精细修改。但是软件对需要处理的文件格式有一定限制，能够读取的文件格式有“.pix”、“.dem”等，我们从地理空间数据云下载DEM的或无人机航拍后处理的文件一般有“.tif”、“.img”、“.dbf”、“.bmp”、“.grid”等格式，有时不能直接被软件读取。因此需要一款格式转换工具——Global Mapper。

Global Mapper是一款地图绘制软件，可将数据（例如：SRTM数据）显示为光栅地图、高程地图、矢量地图，还可以对地图作编辑、转换、打印、记录GPS及利用数据的GIS(地理信息系统)功能。

Geomatica的具体使用操作，我这里不再详细举例，B站上up主“这碗面加肉”分享了非常详细的视频教学（视频传送门：https://www.bilibili.com/video/BV12L411p7Tj/?vd_source=135f9d3d279a232a8e0421bd1f120174），在此向up主表示感谢。而Global Mapper软件的上手难度也不高，大家可以自行摸索，这里给两张截图让大家大致了解下两款软件。

图12 使用Global Mapper转换文件格式

图13 使用Geomatica对DEM局部进行修改

三、三维可视化

需要的软件：Sketchup 2020、3ds Max 2018、Photoshop、5D转换器、Enscap、Unity3D等。

ArcSence能通过DEM对平面影像设置夸张度，从而实现伪三维呈现（相关教程见GIS应用技巧之利用DEM制作三维立体图_如何用dem数据生成三维图_端木宛白的GIS课堂的博客-CSDN博客），但遇到结构复杂的结构物，例如桥梁、涵洞、管道等，就显得力不从心了。如何将地形模型与结构物模型结合呢？后期又如何生成演示文件，在其他PC上运行呢？

对于基础模型搭建思路有以下几个方面：

①无人机航拍资料分析处理

用大疆御2无人机拍摄的影像资料通过Pix4Dmapper可以处理成“.obj”格式的文件。该文件可以导入3ds Max软件内生成自带贴图的三维模型，模型精度与拍摄角度拍摄数量以及天气有关。

图14 Pix4Dmapper软件将无人机航拍数据处理为三维数据

图15 3ds Max导入.obj文件生成的三维模型

不难发现直接处理得到的三维模型不能呈现全部的桥孔，可在3ds Max中通过可编辑三维网格进行编辑，如果模型中不需要呈现此铁路桥（例如拆除的工况），可通过Geomatica将桥梁部分处理为原始地形，平面影像可通过Photoshop仿章等工具将铁路桥影像P掉。应用Global Mapper将地形文件转换为3ds Max可读的“.DEM”或“.DXF”等文件格式。地形文件导入到3ds Max中为无贴图的素模，这时可通过UV贴图将Photoshop处理后的影像作为贴图加载到模型上。

②拟建结构物模型搭建

对于桥梁等复杂的结构物模型搭建，建议使用草图大师Sketchup进行建模（为什么不用3ds max？因为草图大师简单啊，笔者从来没用过草图大师，简单摸索了一下，不到一天就按照施工图1:1把需要的模型建好了，以下是效果示意）

图16 原有钢栈桥和拟建公路桥位置示意

③生成演示文件

Enscape作为一个实时渲染插件，能匹配草图大师，最重要的是能够生成独立的可执行文件exe，可在其他PC上展示漫游动画。相关内容参考：https://www.sohu.com/a/655578886_121123945。

Unity3D作为知名的游戏开发引擎专业性较高，与3ds max软件结合开发游戏的案例较多。笔者研究了下，感觉脑细胞不够用，经历了从入门到放弃的整个过程。

四、结语

VR技术与人们生活越来越紧密（各行业越来越内卷），所以笔者抛砖引玉（保姆级教学）的介绍了从DEM编辑到三维建模的过程，文中可能会有疏漏、错误或不成熟的地方，欢迎各位同行批评指正。

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DEM的精细修改及其三维可视化

引言

一、将河道数据镶嵌在DEM上

二、对DEM的精细化修改

三、三维可视化

四、结语

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