4-1 前言
在本研究中為了讓ICALS 系統能依照不同的教學單元，進行選擇適合且具 特色之數值地形模型，作者針對不同的單元特色修改二個數值地形模型，分別加 強其地形、地物之真實性與特色，以期達到虛擬實境之教學效果。另外，作者更 以「紙圖數化」和「現地實測」二種方法發展了兩個新數值地形模型以供不同教 學單元使用。
4-2 紙圖數化之數值地形模型
利用已存在之等高線圖，在等高線圖上進行編制不規則三角網，隨後規則 地，利用電腦數化所有在等高線圖上三角網各項點三維座標。將數化後之三角形 項點點位座標寫入VRML 語法中，並依照在等高線圖上所編製之不規則三角網 頂點順序，在VRML 中編輯使三頂點構成一個三角形，如此編製所有圖面上的 不規則三角網，最後呈現數化後之立體數值地形模型，此過程即為紙圖數化。
4-2-1 數值地形之虛擬實境建構實例：紙圖數化(一)丘陵地形
此數值地形擷取自「測量學-21 世紀觀點」[9]一書中，作者修改了其中部份 座標，使地形特徵能夠近似自然界真實環境，以達虛擬實境之效果。
在「測量學-21 世紀觀點」一書中附有一套 S3(Simple Surver System)軟體，
這軟體的功能具全且涵濭了測量工程大部份的內業工作。所以在本章節中，將利 用S3 軟體之功能於繪製各個數值地形之地形要點圖、不規則三角網圖、等高線 圖等，加以描述地形特徵。
在本節之紙圖數化丘陵地形的特徵就是在一數值地形當中，同時擁有山丘及 出谷，讓學習者可以同時對山丘及山谷之迥然不同的地形來進行學習，強化不同
地形間的學習效果。在圖4-1 及 4-2 中可以看出，山丘與山谷在高程的部份變化 非常的劇烈，所以其要點及不規則三角網都非常的密集。
等高線圖是表示地形特徵的最佳方法，它可以把地形中的各個地形特徵充分 表現地形特徵，在測量工程上更是如此，從圖4-3 中可以觀察其地形的走勢。
圖4-1 紙圖數化之數值地形模型(一)之地形要點
圖4-2 紙圖數化之數值地形模型(一)之不規則三角網
圖4-3 紙圖數化之數值地形模型(一)之等高線線
I. 以不規則三角網建構之VRML 數值地形(一) 地形要點與三角網數據資料
圖4-4 三角網虛構地形(一)俯視圖
48 83 （測點數 三角形數）
1 47 44 6 （點號 X 座標 Y 座標 Z 座標）
2 83 38 20 ：
47 136 157 74 48 133 60 41
1 1 6 12 （三角形號 節點 1 節點 2 節點 3）
2 1 2 6 ：
82 1 12 25 83 12 15 25
圖4-5 三角網虛構地形(一)前視圖
圖4-6 三角網虛構地形(一)側視圖一
圖4-7 三角網虛構地形(一)側視圖二
圖4-8 三角網虛構地形(一)側視圖三
II. 以方格網建構之 VRML 數值地形(一) 方格網數據資料
50.0 （方格網橫座標起始值）
160.0 （方格網橫座標終止值）
5.0 （方格網橫向長度）
150.0 （方格網縱座標終止值）
50.0 （方格網縱座標起始值）
5.0 （方格網縱向長度）
76.5 77.1 ... 72.2 71.9 （方格點之高程矩陣 21╳23）
77.4 78.5 ... 71.6 71.5 ： :
11.0 10.2 ... 30.4 28.5 8.5 7.7 ... 28.0 26.1
圖4-9 方格網虛構地形(一)俯視圖
圖4-10 方格網虛構地形(一)前視圖
圖4-11 方格網虛構地形(一)側視圖一
圖4-12 方格網虛構地形(一)側視圖二
圖4-13 方格網虛構地形(一)側視圖三
4-2-2 數值地形之虛擬實境建構實例：紙圖數化(二)海濱地形
本節中紙圖數化(二)海濱地形是擷取自「平面測量學實務與原理」[10]一書 中。地形中顯示在兩個山嶺間有一河谷，河谷兩旁為台地。河流在出海口處為一 沙丘積成之海灣。綜合以上地形特微的描述，可以得知在此地形中有許多特徵：
a.山嶺 b.河谷 c.海洋 d.海灣 e.台地 f.窄谷 g.峭壁。藉由地形中各種不同的地形特 徵，讓教學者可以有更多的教材選擇空間，以期提高教學品質。
當地形的高低起伏、地勢變化愈劇烈時，該地形在進行數值地形測量時，所 需設立的地形要點就需要愈多，且分佈的愈密集。圖4-14 中，可以看到在左右 兩側分別有較密集的地形要點，說明此地勢較為陡峻及變化劇烈。較密集之地形 要點處當進行編製不規則三角網時，相對的，將會形成較多且密的不規則三角 網，如圖4-15。地形的分佈狀況與走勢可以清楚地由等高線圖中觀察得知，如圖 4-16。
圖4-14 紙圖數化之數值地形模型(二)之地形要點
圖4-15 紙圖數化之數值地形模型(二)之不規則三角網
圖4-16 紙圖數化之數值地形模型(二)之等高線線
I. 以三角網建構之VRML 數值地形(二) 地形要點與三角網數據資料
190 339 （測點數 三角形數）
1 200 0 80 （點號 X 座標 Y 座標 Z 座標）
2 200 110.1 80 ：
189 20 78 95.5 190 19 69 95.5
1 1 2 3 （三角形號 節點 1 節點 2 節點 3）
2 1 3 4 ：
338 189 186 167 339 152 167 155
圖4-17 三角網虛構地形(二)俯視圖
圖4-18 三角網虛構地形(二)前視圖
圖4-19 三角網虛構地形(二)側視圖一
圖4-20 三角網虛構地形(二)側視圖二
圖4-21 三角網虛構地形(二)側視圖三
II. 以方格網建構之 VRML 數值地形(二) 方格網數據資料
0.0 （方格網橫座標起始值）
200.0 （方格網橫座標終止值）
13.0 （方格網橫向長度）
200.0 （方格網縱座標終止值）
0.0 （方格網縱座標起始值）
13.0 （方格網縱向長度）
96.0 96.8 ... 124.8 117.4 （方格點之高程矩陣 16╳16）
96.0 96.7 ... 118.4 114.9 ： : 87.1 80.0 ... 80.0 80.0 80.0 80.0 ... 80.0 80.0
圖4-22 方格網虛構地形(二)俯視圖
圖4-23 方格網虛構地形(二)前視圖
圖4-24 方格網虛構地形(二)側視圖一
圖4-25 方格網虛構地形(二)側視圖二
圖4-26 方格網虛構地形(二)側視圖三
4-3 現地實測之數值地形模型
在實際存在之測量區域上，選擇地形要點並以全站儀量測該點之三維座標，
求得該點位之X、Y、Z 三維座標後，須同時在現地依不同的地物種類分別記錄 其座標點的分類編碼，其分類編碼的目地在於能依編碼清楚地了解該地形中的道 路、水系、建物等等的分佈情況，方能順利正確地編製及繪製現地之不規則三角 網。最後將各點位座標與三角網編製順序一同寫入VRML 語法中，即可呈現立 體數值地形模型，此法即為現地實測。
4-3-1 數值地形之虛擬實境建構實例：現地實測中華大學校園北區
本節中之現地實測數值地形是中華大學校園北區，在此地形特徵中有山谷 (苗甫)、湖泊(鴨子湖)、小山坡。這些地形特徵可以從圖 4-27~4-29 中了解其分佈 狀況。愈複雜的地形則愈需要愈多的地形要點與不規則三角網來描述，在圖4-27、4-28 中可以觀察出。在此數值地形中山谷的形成是一個近垂直的角度凹下 (高程減少)，形成多條高程之等高線匯集為一條，圖 4-29。高原處也是一個近垂 直的高程變化(高程增加)，形成等高線匯集成一條粗黑的等高線線。
圖4-27 紙圖數化之數值地形模型(一)之地形要點
圖4-28 紙圖數化之數值地形模型(一)之不規則三角網
圖4-29 紙圖數化之數值地形模型(一)之等高線線
I. 中華大學校園北區以三角網建構之VRML 數值地形 地形要點與三角網數據資料
圖4-30 中華大學校園北區三角網地形俯視圖 160 97 （測點數 三角形數）
1 1062.661 1026.257 77.2 （點號 X 座標 Y 座標 Z 座標）
2 1054.932 1028.435 76.71 ：
159 1150 990 83.13 160 1150 1060 83.13
1 89 102 101 （三角形號 節點 1 節點 2 節點 3）
2 102 89 88 ：
96 158 157 142 97 137 138 160
圖4-31 中華大學校園北區三角網地形前視圖
圖4-32 中華大學校園北區三角網地形側視圖一
圖4-33 中華大學校園北區三角網地形側視圖二
圖4-34 中華大學校園北區三角網地形側視圖三
II. 以方格網建構之 VRML 數值地形 中華大學校園北區方格網數據資料
975.0 （方格網橫座標起始值）
1150.0 （方格網橫座標終止值）
6.0 （方格網橫向長度）
1080.0 （方格網縱座標終止值）
930.0 （方格網縱座標起始值）
6.0 （方格網縱向長度）
87.5 86.4 ... 80.6 82.7 （方格點之高程矩陣 21╳21）
86.4 85.1 ... 80.6 82.7 ： : 77.3 76.8 ... 98.9 99.4 80.5 80.5 ... 98.9 99.7
圖4-35 中華大學校園北區方格網地形俯視圖
圖4-36 中華大學校園北區方格網地形前視圖
圖4-37 中華大學校園北區方格網地形側視圖一
圖4-38 中華大學校園北區方格網地形側視圖二
圖4-39 中華大學校園北區方格網地形側視圖三
4-3-2 數值地形之虛擬實境建構實例：現地實測中華大學校園南區
本節中之現地實測是中華大學校園南區數值地形，此地形是學校本學年新建 立之地形，其地形特徵有山丘與大面積之擋土牆。在圖4-39 及 4-40 可以觀察出 在中間偏上部位，地形要點與不規則三角網的分佈是最密集處，也就是地形變化 最劇列處，而四週皆是較平緩之平面。整個南區的地形走勢可以由等高線圖(圖 4-41)清楚地了解。圖4-40 紙圖數化之數值地形模型(二)之地形要點
圖4-41 紙圖數化之數值地形模型(二)之不規則三角網
圖4-42 紙圖數化之數值地形模型(二)之等高線線
I. 中華大學校園南區以三角網建構之VRML 數值地形 地形要點與三角網數據資料
101 183 （測點數 三角形數）
1 922.181 758.299 82.928 （點號 X 座標 Y 座標 Z 座標）
2 930.391 756.563 83.098 ：
100 972.698 671.2 87 101 952.03 670.267 83.065
1 64 65 66 （三角形號 節點 1 節點 2 節點 3）
2 62 64 65 ：
182 53 101 100 183 53 55 101
圖4-43 中華大學校園南區三角網地形俯視圖
圖4-44 中華大學校園南區三角網地形前視圖
圖4-45 中華大學校園南區三角網地形側視圖一
圖4-46 中華大學校園南區三角網地形側視圖二
圖4-47 中華大學校園南區三角網地形側視圖三
II. 以方格網建構之 VRML 數值地形 中華大學校園南區方格網數據資料
880.0 （方格網橫座標起始值）
995.0 （方格網橫座標終止值）
3.0 （方格網橫向長度）
785.0 （方格網縱座標終止值）
680.0 （方格網縱座標起始值）
3.0 （方格網縱向長度）
84.3 84.3 ... 90.8 86.6 （方格點之高程矩陣 21╳21）
84.3 84.3 ... 90.3 96.1 ： : 82.8 82.8 ... 82.5 81.8 82.8 82.8 ... 82.5 81.8
圖4-48 中華大學校園南區方格網地形俯視圖
圖4-49 中華大學校園南區方格網地形前視圖
圖4-50 中華大學校園南區方格網地形側視圖一
圖4-51 中華大學校園南區方格網地形側視圖二
圖4-52 中華大學校園南區方格網地形側視圖三
4-4 討論
發展不同特色之數值地形模型，讓教授者可以在教材庫中，依據各個教學單 元特色來選擇最合適之數值地形模型作為教材，讓學生透過最符合該教學單元之 數值地形模型，更有效地達到該單元之學習目標。除此之外，更可以克服在以往 傳統教學上，於實際環境中無法尋得配合該教學單元特色之地形、地物之困境。