空间数据的3D可视化和分析

三维显示和三维分析. 三维显示的基本概念. 在ArcScene环境中进行三维显示. 三维分析. 三维显示是空间数据分布的三维显示. 更加直观生动. •3D显示包括两个方面: – 3D显示对象的位置. 根据对象的X，Y和Z坐标将其显示在三维空间中. – 3D显示对象形状. 根据对象的长度，宽度和高度信息显示3D显示对象的形状. 对象位置的3D显示•通常用于显示地球表面的地形，还可以显示某些现象的3D特性，例如温度和空气污染. 1•用于3D显示对象位置的数据可以是矢量数据或栅格数据. 其中，矢量数据可以是作为对象的记录，也可以是作为对象的记录中的顶点. 对于栅格数据，对象是栅格. •对象的Z值可以通过以下方式确定: –常量或字段表达式– DEM数据中相应位置的高程值. –形状字段3D显示对象形状的Z坐标值•用于显示建筑物，独立树木，市政设施等. •有多种方法可以在三个维度上显示对象的形状: –根据对象的高度拉伸显示物体; –将对象的几何类型定义为多面体，并根据对象的形状构建多面体；

2•根据对象的高度拉伸显示，即点拉伸是线，线拉伸是面，而面拉伸是体积. 使用此方法易于在三个维度上显示对象，但是显示形式相对简单. •Multipatch是ArcGIS 9.0之后引入的新几何类型. 它是由一系列3D表面集合组成的3D体积模型. Multipatch不仅可以记录3D坐标信息，还可以记录表面纹理信息. •三维符号是二维符号特性的扩展. 除了XY方向的特性外，它们还具有Z方向的特性. 例如，二维点符号类似于三维球符号，二维线符号类似于三维管状符号，二维正方形符号类似于三维立方体符号. •3D显示的基本概念•ArcScene环境中的3D显示•3D分析ArcScene环境•ArcScene是ArcGIS Desktop的应用程序，用于空间数据的3D显示. •ArcScene主要以透视图显示三维数据. 与ArcMap中的工具栏相比，ArcScene的工具栏添加了6个新工具. 1 –导航: 旋转空间数据. 按住一个点并向右移动鼠标以逆时针旋转数据. 向左移动以顺时针旋转.

上移后退；向下移动以向前翻转. –飞行: 空间数据将自动以特定速度沿特定方向飞行. 当鼠标移动时，空间数据将沿相反方向飞行；单击鼠标左右键将改变移动速度. –放大/缩小: 按住一个点，鼠标将向右或向下放大，并向左或向上缩小. –目标居中: 鼠标单击的目标居中. –缩放至目标: 鼠标单击的目标居中并放大. –设置观察者: 用鼠标点击的目标是观察点，观察点和中心点之间的连线显示为观察方向. 设置对象的Z值•打开所选图层的属性对话框，然后单击“基本高度”选项卡以设置对象的Z值. 2•Z值的设置包括使用表达式，使用数字高程模型以及使用形状字段的Z坐标值（图层包含Z坐标值）. •因为Z值的变化范围通常比XY坐标的变化范围小，所以为了反映Z值的变化，可以将Z值乘以一个因子以放大垂直方向的显示比例方向，提高海拔波动的程度. •对于Z值arcscene中的三维符号，您还可以设置偏移值. 使用常数（5）垂直拉伸美国地图. 根据DEM数据（垂直比例因子3）显示遥感影像3D. 3D显示对象根据Z值拉伸显示. •打开选定图层的属性对话框，然后单击“拉伸”. 标签，您可以设置对象的拉伸值.

3•拉伸值通常是字段值，例如建筑物或表达式的高度. 如果只有建筑物编号字段，则拉伸值可以是层数字段乘以3. 如果拉伸效果不明显，可以将其乘以一个因子以增加垂直显示比例. •如果对象（线和多边形）的基本标高不是水平的，则需要确定是否将拉伸值添加到最小标高，最大标高或特定标高. 根据城市人口的点拉伸显示（[POP1990] * 0.00001）基于建筑物高程的区域拉伸显示创建多面体要素类•当前的ArcGIS Desktop可以创建新的多面体要素类，但不能在ArcMap环境中直接进行编辑. 多面体要素类只能通过AO编程进行编辑. 您还可以以编程方式将其他软件创建的3D模型转换为Multipatch元素. 4三维符号•在ArcGIS中，有多种类型的三维符号. 三维点符号包括简单的三维点符号（例如立方体，圆锥体等），三维字符符号以及由三维建模软件生成的其他三维符号. 三维线符号包括简单3D线符号（例如管道），纹理线符号； 3D多边形符号包括纹理填充符号. 5•在ArcGIS中，有多个3D符号集，包括3D基础，3D建筑，3D工业，3D住宅，3D街道家具，3D树和3D车辆. 其中，3D Basic包括基本3D点符号和线条填充. 符号，多边形填充符号等都是的3D点符号.

•在符号选择对话框中，单击“更多符号”以显示可用的符号集. 勾选要使用的符号. 符号集中的所有符号都将添加到左侧的符号显示窗口中. 用户使用. •如果需要编辑符号或使用其他3D符号，则可以打开符号属性编辑器进行操作. •使用符号属性编辑器，您可以: –调用3D字符符号（点）. –将3D模型导入为点符号（当前支持的3D模型格式包括3ds，flt，skp和wrl）. –调用简单的3D线符号. –编辑符号，包括设置符号的颜色，尺寸等. 将flt 3D模型导入为点符号•现有符号已设计为一定大小. 选择世界单位，然后单击设置实际大小. 将显示符号的设计尺寸. 在小比例尺的情况下，某些符号将不会显示，并且尺寸需要更改. •演示-使用现有的3D点符号来显示建筑物，独立的树木和汽车. –导入由Creator创建的3D模型（flt）以显示点要素. –用简单的三维线符号（圆柱）显示管道.

-显示带有多边形填充符号（Grass3）的草. 草显示有多边形填充符号（Grass3）. 尺寸越小，纹理越细，并且越大，纹理越粗糙. •3D显示的基本概念•ArcScene环境中的3D显示•3D分析•ArcGIS Desktop中的3D Analyst集成了常用的3D分析功能，包括生成数字高程模型（DEM），数据转换和表面分析. •在ArcMap环境中，添加3D Analyst工具栏arcscene中的三维符号，然后选中“扩展”对话框. 生成数字高程模型（DEM）•DEM是3D显示地形的基本数据. •DEM数据有两种主要形式: 规则网格和不规则三角形. –规则网格（通常为正方形）. 它也可以是规则的网格，例如矩形或三角形. 规则网格将区域空间划分为规则网格单元，每个网格单元对应一个值. –三角不规则网络（TIN）根据区域中有限的点集将区域划分为相连的三角形多边形网格. 三角形表面的形状和大小取决于不规则分布的测量点的位置和密度.

1•ArcGIS中提供了两种生成DEM的方法: –使用高程信息对点图层进行空间插值以生成网格数据. –从具有高程信息的点，线和面数据生成TIN数据. 生成TIN数据•可以使用包含高程信息的点，线和面要素类来生成TIN数据，即首先生成一个点集（所有点要素以及线和多边形的顶点），然后生成一个三角形多边形基于点集的网格. •生成TIN数据时，可以将线要素（或多边形边界线）添加到TIN曲面. 添加了两种类型的线: 硬线和软线. –硬线将基于该线的高程信息来更改TIN表面，例如道路，水系统等. –软线仅在TIN曲面上叠加该线的信息，而不会更改TIN曲面（例如行政区划线）. •生成TIN数据时，还可以使用多边形定义数据处理区域并设置该区域的高程和属性值. –剪辑: 仅在多边形范围内生成TIN数据. –擦除: 在多边形范围内不生成TIN数据. –替换: 多边形级别的TIN数据给出相同的海拔值，例如同一湖泊的海拔.

–填充: 为多边形内的所有三角形分配一个整数属性值. 数据转换•要素转换为3D: 转换为其Shape字段包含Z值的要素类. •栅格转要素: 栅格数据将转换为其Shape字段包含Z值的要素类. •栅格转TIN: 栅格数据转换为TIN数据. •TIN到栅格: TIN数据转换为栅格数据. •TIN转换为要素: TIN数据被转换为其Shape字段包含Z值的要素类. 2表面分析•生成坡度图•生成坡度图•生成轮廓线•视觉分析•生成阴影图•生成高度轮廓•生成最陡路径•计算面积和体积•计算挖/填体积3生成坡度图•地面上的一个点可以根据其高度差和与相邻点的距离来计算，通常以最大斜率作为该点的斜率. •对于网格DEM数据，您可以计算每个网格和8个相邻网格的斜率；对于TIN形式的DEM数据，您可以计算每个三角形的三个顶点的斜率.

•坡度可以以度或百分比为单位. dhDegreearctan100 *dhPercent•单击“表面分析”下的“坡度”以显示“生成坡度”对话框. 在对话框中，用户可以定义输出栅格的大小和输出栅格的存储位置. 生成长宽图•长宽比是指坡度的方向，沿顺时针方向测量，单位为度（0-360度）. •单击“表面分析”下的“纵横比”以显示“生成纵横比”对话框. 在对话框中，用户可以定义输出栅格的大小和输出栅格的存储位置. 生成轮廓•轮廓（或轮廓）是同一条线上具有相同值（高程或其他属性值）的点. •使用DEM生成轮廓线是基于现有的高程数据，以通过插值生成具有特定高程值的轮廓线. •单击“曲面分析”下的“轮廓”. 将显示轮廓对话框. 在对话框中，用户可以定义参数，例如初始轮廓线和轮廓线之间的间隔. •您也可以使用“生成轮廓”工具. 单击DEM上的一个点将生成带有该点高程的轮廓图. 视觉分析•视觉分析包括视线分析和视域分析.

•视线分析是分析观察点和目标点之间的线的哪一部分是可见的，哪一部分是不可见的. 可见部分通常用绿色表示，不可见部分通常用红色表示. •单击生成视线工具. 在弹出的对话框中，可以设置观察点的高度偏移和目标点的高度偏移. •使用工具在DEM上单击观察点和目标点将产生一条视线，以绿色和红色显示可见的部分和不可见的部分. •可见区域分析是对一个或多个观察点（或线）可以观察到的区域的分析. 其中，线使用端点和顶点作为观察点. •输出栅格具有一个字段，该字段记录可以在每个观察点观察到的网格数量. •单击“曲面分析”下的“视域”以显示“计算可视区域”对话框. 选择DEM和包含观察点的要素类，然后定义输出栅格的大小和保存位置. 生成阴影图•山体阴影根据假定的太阳光和DEM的入射角和高度角计算每个栅格的光照条件，并以不同的色调或颜色显示它们，以显示地形波动. 默认情况下，向阳侧以浅色调显示，而负侧以暗色调显示. •太阳的方位角是顺时针计算的；太阳的高度是从地平面向上计算的.

•单击“表面分析”下的希尔斯哈德. 将显示“生成阴影贴图”对话框. 选择DEM，然后可以定义参数，例如太阳方位角，太阳高度以及大小，并保存输出网格的位置. 生成高度轮廓•高度轮廓显示沿线的高度变化. •使用插值线工具，可以在DEM上绘制一条线，然后单击“生成高度轮廓”工具. 将弹出一个新窗口，显示沿线的高度轮廓. •您还可以使用选定的3D线要素生成高度轮廓. 创建最陡峭的路径•从高到低移动的物体将遵循最陡峭的路径，例如水流. •最陡峭的路径实际上始于某个点，并以最大的坡度跟踪相邻的网格，一直到稳定位置（坡度0）或边界. •需要TIN格式的DEM数据才能生成最陡峭的路径. 7•单击以生成最陡路径工具. 使用该工具在DEM上单击一个点将产生最陡峭的路径. 计算面积和体积•单击“表面分析”下的“面积和体积”以显示面积和体积统计对话框. 在此对话框中，可以计算高程表面上方或下方的二维面积，表面积和体积. •单击“表面分析”下的“切割/填充”. 将显示“计算切割和填充量”对话框. 在对话框中，在剪切/填充之前和之后输入DEM数据，并定义输出栅格的大小和保存位置. 开挖/填土后的数字高程模型开挖/填土后的数字高程模型开挖和填土量的计算结果

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