[先生们/女士们先看结果]
1.高程图片.tif记录了模型的高度信息。
2.通过转换将.tif高程图片构建成.obj模型
一.读取高程图像(.tif)信息
这里我们使用到一个库GDAL,C#里面用来获取.tif像素信息的一个库，感兴趣的小伙伴可以深入了解一下，这里我们只说怎么读取.tif的图片信息。
c#
Gdal.AllRegister(); //初始化GDAL
//获取高程图像.tif的图像信息dem
using Dataset ds = Gdal.Open(".tif图片路径", Access.GA_ReadOnly);
width = ds.RasterXSize;
height = ds.RasterYSize;
Band band = ds.GetRasterBand(1);
band.GetNoDataValue(out double noData, out int hasNoData);
float[] buffer = new float[width * height];
band.ReadRaster(0, 0, width, height, buffer, width, height, 0, 0);
float[,] dem = new float[height, width];
isNoData = new bool[height, width];
for (int y = 0; y < height; y++)
{
for (int x = 0; x < width; x++)
{
float v = buffer[y * width + x];
bool nd = (hasNoData == 1 && Math.Abs(v - (float)noData) < 0.001f) || v == 0f;
dem[y, x] = nd ? 0 : v;
isNoData[y, x] = nd;
}
}二.根据高程图像(.tif)构建模型网格Mesh.
上一步骤中，我们获取到了高程图像(.tif)的图像信息。下面我们就利用这些高度信息来构建模型。
之前，对3D模型有过了解的同学肯定知道，要想构建一个3D模型，无非就是集齐模型的顶点，法线，面，纹理坐标（Uv），然后高程图像的高度信息，就可以作为我们要构建模型的顶点信息。
C#
internal class ObjMesh //自定义的模型类
{
public List<Vector3> Vertices { get; } = new();
public List<(int, int, int)> Faces { get; } = new();
}
C#
int rows = dem.GetLength(0);
int cols = dem.GetLength(1);
// 计算中心点偏移量
float centerX = (cols - 1) * 0.5f * xyScale;
float centerZ = -(rows - 1) * 0.5f * xyScale; // 注意：Z轴为负方向
ObjMesh mesh = new ObjMesh();
int[,] topIndexMap = new int[rows, cols];
int[,] bottomIndexMap = new int[rows, cols];
// ---------- 顶部顶点 ----------
for (int y = 0; y < rows; y += step)
{
for (int x = 0; x < cols; x += step)
{
if (outerNoData[y, x])
{
topIndexMap[y, x] = 0;
continue;
}
topIndexMap[y, x] = mesh.Vertices.Count + 1;
// 将坐标原点移动到中心点
float xPos = x * xyScale - centerX;
float zPos = -y * xyScale - centerZ; // 注意：Z轴为负方向
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
xPos,
dem[y, x] * zScale,
zPos
));
}
}
// ---------- 顶部三角面 ----------
for (int y = 0; y < rows - step; y += step)
{
for (int x = 0; x < cols - step; x += step)
{
int v00 = topIndexMap[y, x];
int v10 = topIndexMap[y, x + step];
int v01 = topIndexMap[y + step, x];
int v11 = topIndexMap[y + step, x + step];
if (v00 == 0 || v10 == 0 || v01 == 0 || v11 == 0)
continue;
mesh.Faces.Add((v00, v01, v10));
mesh.Faces.Add((v10, v01, v11));
}
}
// ---------- 创建底部顶点映射 ----------
for (int y = 0; y < rows; y += step)
{
for (int x = 0; x < cols; x += step)
{
// 只有顶部有效的点才有底部顶点
if (topIndexMap[y, x] != 0)
{
Vector3 topV = mesh.Vertices[topIndexMap[y, x] - 1];
bottomIndexMap[y, x] = mesh.Vertices.Count + 1;
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
topV.X,
bottomY,
topV.Z
));
}
}
}
// ---------- 创建侧边墙 ----------
// 垂直边（X方向）
for (int y = 0; y < rows; y += step)
{
for (int x = 0; x < cols - step; x += step)
{
int idx00 = topIndexMap[y, x];
int idx10 = topIndexMap[y, x + step];
// 如果两个顶点都存在，且至少有一个是边缘点
if (idx00 != 0 && idx10 != 0)
{
bool isEdge = IsEdgePoint(topIndexMap, x, y, rows, cols, step) ||
IsEdgePoint(topIndexMap, x + step, y, rows, cols, step);
if (isEdge)
{
int b00 = bottomIndexMap[y, x];
int b10 = bottomIndexMap[y, x + step];
mesh.Faces.Add((idx00, b00, b10));
mesh.Faces.Add((idx00, b10, idx10));
}
}
// 如果一个存在一个不存在，创建三角形连接
else if (idx00 != 0 && idx10 == 0)
{
int b00 = bottomIndexMap[y, x];
Vector3 topV = mesh.Vertices[idx00 - 1];
int b10 = mesh.Vertices.Count + 1;
// 计算新的底部顶点坐标（使用中心偏移）
float xPos = (x + step) * xyScale - centerX;
float zPos = -y * xyScale - centerZ;
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
xPos,
bottomY,
zPos
));
mesh.Faces.Add((idx00, b00, b10));
// 更新映射
bottomIndexMap[y, x + step] = b10;
}
else if (idx00 == 0 && idx10 != 0)
{
int b10 = bottomIndexMap[y, x + step];
Vector3 topV = mesh.Vertices[idx10 - 1];
int b00 = mesh.Vertices.Count + 1;
// 计算新的底部顶点坐标（使用中心偏移）
float xPos = x * xyScale - centerX;
float zPos = -y * xyScale - centerZ;
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
xPos,
bottomY,
zPos
));
mesh.Faces.Add((idx10, b10, b00));
// 更新映射
bottomIndexMap[y, x] = b00;
}
}
}
// 垂直边（Y方向）
for (int y = 0; y < rows - step; y += step)
{
for (int x = 0; x < cols; x += step)
{
int idx00 = topIndexMap[y, x];
int idx01 = topIndexMap[y + step, x];
if (idx00 != 0 && idx01 != 0)
{
bool isEdge = IsEdgePoint(topIndexMap, x, y, rows, cols, step) ||
IsEdgePoint(topIndexMap, x, y + step, rows, cols, step);
if (isEdge)
{
int b00 = bottomIndexMap[y, x];
int b01 = bottomIndexMap[y + step, x];
mesh.Faces.Add((idx00, b00, b01));
mesh.Faces.Add((idx00, b01, idx01));
}
}
else if (idx00 != 0 && idx01 == 0)
{
int b00 = bottomIndexMap[y, x];
Vector3 topV = mesh.Vertices[idx00 - 1];
int b01 = mesh.Vertices.Count + 1;
// 计算新的底部顶点坐标（使用中心偏移）
float xPos = x * xyScale - centerX;
float zPos = -(y + step) * xyScale - centerZ;
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
xPos,
bottomY,
zPos
));
mesh.Faces.Add((idx00, b00, b01));
bottomIndexMap[y + step, x] = b01;
}
else if (idx00 == 0 && idx01 != 0)
{
int b01 = bottomIndexMap[y + step, x];
Vector3 topV = mesh.Vertices[idx01 - 1];
int b00 = mesh.Vertices.Count + 1;
// 计算新的底部顶点坐标（使用中心偏移）
float xPos = x * xyScale - centerX;
float zPos = -y * xyScale - centerZ;
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
xPos,
bottomY,
zPos
));
mesh.Faces.Add((idx01, b01, b00));
bottomIndexMap[y, x] = b00;
}
}
}
// ---------- 创建底面（只覆盖有顶部顶点的地方） ----------
// 只在顶部面存在的区域创建底面三角形
for (int y = 0; y < rows - step; y += step)
{
for (int x = 0; x < cols - step; x += step)
{
int t00 = topIndexMap[y, x];
int t10 = topIndexMap[y, x + step];
int t01 = topIndexMap[y + step, x];
int t11 = topIndexMap[y + step, x + step];
// 如果这个网格的顶部存在（四个角都有顶部顶点），则创建对应的底面
if (t00 != 0 && t10 != 0 && t01 != 0 && t11 != 0)
{
int b00 = bottomIndexMap[y, x];
int b10 = bottomIndexMap[y, x + step];
int b01 = bottomIndexMap[y + step, x];
int b11 = bottomIndexMap[y + step, x + step];
// 底面三角面（注意法线方向向下，顶点顺序要逆时针）
mesh.Faces.Add((b00, b10, b01));
mesh.Faces.Add((b10, b11, b01));
}
}
}
// ---------- 处理孤立的底面区域 ----------
// 对于那些顶部只有一个顶点的地方，创建单个三角形的底面
for (int y = 0; y < rows; y += step)
{
for (int x = 0; x < cols; x += step)
{
// 如果当前点有顶部顶点，但周围四个网格中没有一个完整的顶部面
if (topIndexMap[y, x] != 0)
{
bool hasAdjacentTopFace = false;
// 检查左上网格
if (y - step >= 0 && x - step >= 0)
{
if (topIndexMap[y - step, x - step] != 0 &&
topIndexMap[y - step, x] != 0 &&
topIndexMap[y, x - step] != 0)
{
hasAdjacentTopFace = true;
}
}
// 检查右上网格
if (y - step >= 0 && x + step < cols)
{
if (topIndexMap[y - step, x] != 0 &&
topIndexMap[y - step, x + step] != 0 &&
topIndexMap[y, x + step] != 0)
{
hasAdjacentTopFace = true;
}
}
// 检查左下网格
if (y + step < rows && x - step >= 0)
{
if (topIndexMap[y, x - step] != 0 &&
topIndexMap[y + step, x - step] != 0 &&
topIndexMap[y + step, x] != 0)
{
hasAdjacentTopFace = true;
}
}
// 检查右下网格
if (y + step < rows && x + step < cols)
{
if (topIndexMap[y, x + step] != 0 &&
topIndexMap[y + step, x] != 0 &&
topIndexMap[y + step, x + step] != 0)
{
hasAdjacentTopFace = true;
}
}
// 如果没有相邻的顶部面，为这个孤立的点创建一个小的三角底面
if (!hasAdjacentTopFace)
{
int b00 = bottomIndexMap[y, x];
// 创建两个相邻的虚拟底部点（使用中心偏移）
Vector3 bottomCenter = mesh.Vertices[b00 - 1];
int b01 = mesh.Vertices.Count + 1;
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
bottomCenter.X - 0.5f * xyScale,
bottomY,
bottomCenter.Z
));
int b10 = mesh.Vertices.Count + 1;
mesh.Vertices.Add(new Vector3(
bottomCenter.X,
bottomY,
bottomCenter.Z + 0.5f * xyScale
));
mesh.Faces.Add((b00, b10, b01));
}
}
}
}三.将模型写入.obj文件
上一步中，我们已经获得了模型的所有顶点信息，面信息。下面只要将mesh写入.obj即可。
C#
private static void WriteObj(string path, ObjMesh mesh)
{
using StreamWriter sw = new StreamWriter(path);
sw.WriteLine("# DEM Terrain with Walls + Bottom");
foreach (var v in mesh.Vertices)
sw.WriteLine($"v {v.X:F6} {v.Y:F6} {v.Z:F6}");
foreach (var f in mesh.Faces)
sw.WriteLine($"f {f.Item1} {f.Item2} {f.Item3}");
}