地形可视性也称为地形通视性（Visibility），是指从一个或多个位置所能看到的地形范围或与其他地形点之间的可见程度。
地形可视性分析（Visibility Analysis）是地形分析的重要组成部分，也是空间分析中不可或缺的内容。很多与地形有关的问题都涉及到地形通视性的计算问题。例如火警观察站、雷达位置、广播电视或电话发射塔的位置、路径规划、航海导航、军事上的阵地布设、道路和建筑物的景观设计、日照分析等。通视性分析已经成为建筑规划、景观分析与评估、空间认知与决策、考古、军事等领域研究的重要课题之一。
通视性分析（Inter-visibility）和可视域分析（Viewshed Analysis）是地形可视性分析的两个最基本的内容，如图6-2所示。其中前者主要研究两点之间的是否可见，一般回答“是否能看到（Can I see that from here）”的问题，有时也称可见性分析或可视性分析；后者则研究在一点上所能看到的范围（或不能看见的范围），回答“能看到什么（What can I see from this location）”的问题。
图6-2 点点通视与可视域
1.地形可视性基本特征
地形可视性具有如下三个基本特征。
（1）简单复杂性。地形可视性计算是简单性与复杂性一对矛盾体的集中体现。从概念上讲，地形可视性简单易懂，就是两点之间的通视问题，而且在纸质地图上通过手工的方式也比较容易实现；然而当地形以DEM表示时，地形可视计算就变得非常复杂，并且计算效率低下；形成原理简单、计算复杂矛盾体的特征。
（2）不可逆性。地形可视性不可逆性是指从一点能够看到另一点，但从另一点却不一定能够看到该点。如图6-3（a），从点A可以看到点B的全部，但从点B却只能观察到点A的部分，并不能看到点A的全部。地形可视性的不可逆性在建筑物景观设计以及军事上的观察哨、隐蔽位置等设置上有着重要的应用。
图6-3 地形可视性
（3）可视不变性。可视不变性是指在不同的地形上产生的可视域是一样的，有时也称为地形的可视等通性。如图6-3（b），A点在地形表面上的可视范围为S1，B点在另一地形表面上的可视范围是S2，由于地形表面T1和T2相似，因此A、B两点在两个表面上的可视域也一样。可视的不变性与地形性状相关（Nagy，1994），可用作地形数据无损压缩的一个标准。
2.地形可视性计算实现
基于格网DEM的通视性计算由于目前格网DEM的应用比较广泛，围绕格网DEM所设计的通视性算法也比较多，主要有Janus、Dynatacs、Modsaf、Bresenham等。在本书中采用的是Janus算法。
1）Janus算法
通视分析基本算法采用Janus算法，设视点为V（xv，yv），目标点位T（x T，y T）实现步骤如下。
第一步：计算视点和目标点之间X、Y坐标平移坐标量Δx＝x T－x V，Δy＝y T－y V，并选择其中最大者为视线划分依据，设其为maxΔ＝max｛Δx，Δy｝。
第二步：计算视线划分步长：step＝int
，式中m为DEM单元格分辨率。
第三步：计算视线斜率，将视线用step进行划分。
第四步：沿视线对划分点扫描，并作如下工作。内插划分点的地形高程（采用下述双线性内插算法）；将内插高程与视线高程进行比较，判断其可见性；如果地形点高程大于视线点高程，则亮点不通视返回；反之进行下一点判断。
2）双线性内插算法
在本书中对可视性分析进行了比较完整的整理，在基于DEM的三维地形表面完成了通视分析、可视域分析、路径视域分析、面状可视域分析，这些分析中都用到了DEM内插算法、地表通视分析，其中DEM内插算法、地表通视分析的算子如下。
DEM双线性内插算法：设格网分辨率为g，DEM区域西南角坐标为（x0，y0），则P点所在格网行列号（i，j）为：
按照逆时针方向，依次四个点就为（x1，y1，H1）、（x2，y2，H2）、（x3，y3，H3）、（x4，y4，H4）。
首先，内插点归一化：
第二步，内插点P的高程为：
Hp＝H1＋（H4－H1）x＋（H2－H1）y＋（H1－H2＋H3－H4）xy （6 3）
3.实验结果与分析
在地形表面进行的通视分析基本上是用Janus算法的视线来判断两点之间是否通视，效果如图6-4所示。
图6-4 点点通视分析结果
可视域分析则是在确定视点后，对某一区域内的所有点来进行点点通视判断，如图6-5和图6-6所示。
图6-5 确定可视域分析的范围
路径可视域是在指定路径后，在该路径上取样点，以这些点为视点对满足条件的区域进行通视判断，得到路径可视域分析结果，面状可视域则是对面状区域内进行取样，得到分析结果，如图6-7所示。
Janus算法不能保证将视线上的所有点都考虑到，但通过实际视线上的高程与地形对应点的高程对比来获得可视性，该算法测试点少，计算效率高。在DEM数据表示的地形上实现了通视分析、可视域分析、路径可视域分析和面状可视域分析，效率都能够有所保障。
图6-6 可视域分析的结果
图6-7 路径可视域和面状可视域分析结果
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