牟乃夏ArcEngine教程-第11章__三維分析

1、牟乃夏牟乃夏 ArcGIS Engine 地理信息系統(tǒng)開發(fā)教地理信息系統(tǒng)開發(fā)教程程配套配套PPT-第11章 三維分析目錄 1. 三維數(shù)據(jù)模型 2. MultiPatch 3. TIN數(shù)據(jù) 4. SceneControl三維可視化 5. GlobeControl三維可視化 6. 實例：基于GlobeControl的三維數(shù)字校園1. 三維數(shù)據(jù)模型 三維數(shù)據(jù)（X,Y,Z）的定義中包含一個額外的維度：Z值。Z值具有測量單位，同傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)（X,Y）相比，它能存儲和顯示更多的信息。Z值可表示很多內(nèi)容，如：海拔高度、深度、溫度、化學物濃度、噪聲指數(shù)等。Z值是二維數(shù)據(jù)成為三維數(shù)據(jù)的標志。 ArcGIS中三

2、維數(shù)據(jù)有3D要素數(shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)兩種形式。 3D要素數(shù)據(jù) 3D要素數(shù)據(jù)用來表示離散的對象，每個對象的信息都存儲在要素的幾何和屬性中。 3D要素數(shù)據(jù)又分為三維點數(shù)據(jù)、三維線數(shù)據(jù)和多面體（MultiPatch）數(shù)據(jù)。 多面體數(shù)據(jù)根據(jù)組成方式的不同又分為Triangle Strip、Triangle Fan和Ring三種類型。 1. 三維數(shù)據(jù)模型 表面數(shù)據(jù) 表面數(shù)據(jù)是指具有空間連續(xù)特征的地理要素的集合，表示地球表面某部分或整體范圍內(nèi)的地理要素或現(xiàn)象。在ArcGIS中，常用的表面數(shù)據(jù)有 柵格表面 不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN） Terrain數(shù)據(jù)集等。2. MultiPatch MultiPatch幾何類型又叫

3、多面體數(shù)據(jù)類型，是ESRI公司于1997年推出的一種數(shù)據(jù)模型，主要用來定義3D對象的描述性外殼。MultiPatch通過地理數(shù)據(jù)庫和ShapeFile文件來存儲3D要素，如建筑物、地質(zhì)體等。 MultiPatch創(chuàng)建 在ArcGIS中，不能通過ArcGIS Desktop產(chǎn)品來創(chuàng)建MultiPatch，只能通過以下幾種方法創(chuàng)建： 1）通過某些地理處理（Geoprocessing）工具創(chuàng)建，例如Extrude Between、Layer 3D to Feature Class等。 2）通過從已有的模型中導入ArcGIS創(chuàng)建，例如SketchUp、COLLADA、3D Studio Max或Ope

4、nFlight等。 3）通過在ArcGIS Engine中編寫代碼創(chuàng)建。2. MultiPatchArcGIS Engine提供了創(chuàng)建MultiPatch幾何對象的類和接口，主要用到兩個接口，分別是IGeometryCollection和IConstructMultiPatch。這兩個接口創(chuàng)建MultiPatch的方式略有不同：IGeometryCollection接口是通過添加各個組件的組成部分來創(chuàng)建MultiPatch；IConstructMultiPatch接口是通過操作Geometry對象，如拉伸Polyline對象(拉伸為墻)和Polygon對象（拉伸為多面體）等來創(chuàng)建MultiPa

5、tch。這兩種方法的創(chuàng)建步驟相似，將要創(chuàng)建的MultiPatch顯示出來需要用到IGeometryCollection、IGraphicsContainer3D、IPoint、IPointCollection、IGeometry、IElement 等接口。實現(xiàn)思路如下：(1)使用IPoint接口生成新的點對象，用IPointCollection接口的AddPoint方法將點對象添加進集合，并用IGeometryCollection接口的AddGeometry方法或IconstructMultiPatch接口的ConstructExtrudeFromTo方法將PointCollection對象轉(zhuǎn)

6、換為一個Geometry對象；(2)使用IElement接口實例化一個元素對象，并將該元素對象的Geometry屬性設(shè)置為步驟1得到的Geometry對象，并設(shè)置元素對象顯示時使用的Symbol（符號）；(3)使用IGraphicsContainer3D的AddElement方法把步驟2產(chǎn)生的元素添加到視圖中去，刷新視圖，讓元素顯示出來。2. MultiPatch按鈕名稱按鈕功能創(chuàng)建axes創(chuàng)建一個帶有箭頭的三維坐標軸創(chuàng)建TriangleStrip創(chuàng)建一個TriangleStrip樣式的階梯創(chuàng)建TriangleFan創(chuàng)建一個TriangleFan樣式的棱錐創(chuàng)建Triangles創(chuàng)建Triang

7、les樣式的多個三角片創(chuàng)建Ring創(chuàng)建一個Ring樣式的迷宮創(chuàng)建RingGroup創(chuàng)建四個Ring樣式的正方形環(huán)Extrusion拉伸一個正方形為棱柱Composite創(chuàng)建一個綜合的房子樣式實例按鈕功能介紹詳細代碼見程序2. MultiPatch MultiPatch編輯 MultiPatch有多種編輯操作，常用的主要有移動、旋轉(zhuǎn)和縮放等。MultiPatch的編輯需要用到ITransform3D接口，通過該接口的Move3D、RotateVector3D和Scale3D等方法實現(xiàn)。實現(xiàn)思路如下： (1)得到某一圖層的某個3D要素，并通過要素的Shape屬性得到要素的幾何形狀； (2)將該幾何

8、對象轉(zhuǎn)換為ITransform3D類型對象； (3)運用ITransform3D中的方法對得到的對象進行相應(yīng)的編輯； (4)開始編輯，將要素的Shape設(shè)置為編輯后的幾何要素； (5)保存、停止編輯。2. MultiPatch 左圖中展示的是將MultiPatch在X、Y、Z方向以1：1：3的比例變換后的結(jié)果，可以輸入相應(yīng)的參數(shù)進行MultiPatch的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放操作。2. MultiPatchMultiPatch分析MultiPatch的分析主要有：獲取體積、表面積，判斷兩個MultiPatch之間是否相連及在某一值范圍內(nèi)是否臨近，MultiPatch之間的相交、差異、聯(lián)合等運算分析。

9、獲取MultiPatch的體積和表面積獲取MultiPatch的表面積和體積需要用到IArea3D接口和IVolume接口，實現(xiàn)思路如下： (1)從某一個圖層中獲得一個具有多面體結(jié)構(gòu)的要素（Feature），通過要素的Shape屬性獲得該多面體幾何形狀； (2)通過QI（Query Interface）得到IArea3D接口的Area屬性和IVolume接口的Volume屬性； (3)將得到的結(jié)果顯示。2. MultiPatch 判斷MultiPatch相連與鄰接 判斷兩個MultiPatch是否相連及在某個值范圍是否鄰接需用到IRelationalOperator3D2接口，實現(xiàn)思路如下：

10、(1)從某一圖層或多個圖層中獲得兩個多面體要素（Feature），通過要素的Shape屬性獲得兩個多面體的幾何形狀； (2)通過IRelationalOperator3D2接口的Disjiont3D方法判斷其是否相連，或者通過輸入一個距離容差判斷是否鄰接； (3)顯示結(jié)果。2. MultiPatch MultiPatch之間的差異、相交、聯(lián)合 多面體的差異計算是求出兩個閉合多面體要素的幾何交集，然后從一個要素中剪除兩要素類的交集，并將結(jié)果保存到新輸出的要素類中。 多面體相交是計算兩個或多個多面體要素的幾何交集，將重疊的要素輸出為新要素。 多面體聯(lián)合是計算重疊多面體的幾何交集，然后將多面體幾何聯(lián)

11、合在一起，存儲到新的多面體要素類中。 在ArcGIS Engine中，進行多面體之間的差異、相交、聯(lián)合等三維要素分析需要通過調(diào)用Analyst3DTools類庫中的GP（Geoprocessing，地理處理工具）工具實現(xiàn)，只需要設(shè)置相應(yīng)工具的輸入?yún)?shù)即可。實現(xiàn)思路如下：(1)根據(jù)需要，選擇GP工具，這里調(diào)用Analyst3DTools類庫中的Difference3D、Intersect3D和Union3D三個工具；(2)為每個工具設(shè)置輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)；(3)執(zhí)行GP工具，顯示所有結(jié)果。2. MultiPatch 左圖顯示的是兩個多面體要素差異后的結(jié)果，在進行多面體差異、相交和聯(lián)合之前，要設(shè)置

12、輸出結(jié)果的保存路徑。3. TIN數(shù)據(jù) TIN是表示三維表面非常有效的工具，常用于表示地球自然表面、各類現(xiàn)象的趨勢面等。由于TIN能較好地表示地理現(xiàn)象的三維可視化，所以在GIS的三維地形可視化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。 加載TIN數(shù)據(jù) TIN數(shù)據(jù)集的加載需要用到ITINWorkspaceFactory接口、ITINWorkspace接口、ITIN接口和ITINLayer接口。實現(xiàn)思路如下： (1)獲取TIN數(shù)據(jù)的文件路徑； (2)使用IWorkspaceFactory的Creat方法實例化一個TinWorkspaceFactoryClass對象、使用ITinWorkspace、ITin、ITINLa

13、yer等接口將TIN中的數(shù)據(jù)提取，并轉(zhuǎn)化為一個圖層（Layer）； (3)將圖層（Layer）添加進SceneControl，刷新SceneControl以顯示該TIN。3. TIN數(shù)據(jù) 加載TIN數(shù)據(jù)3. TIN數(shù)據(jù) TIN數(shù)據(jù)創(chuàng)建 在ArcGIS中，創(chuàng)建TIN的方式有三種，分別是：由矢量要素創(chuàng)建TIN、由柵格數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN和由Terrain數(shù)據(jù)集創(chuàng)建TIN。 矢量數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN 由矢量數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN需要用到ITINEdit接口，在該接口中有兩種方法來創(chuàng)建TIN。一種是通過AddPointZ方法加載有限個三維點數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN，另一種是通過AddFromFeatureClass方法加載矢量數(shù)據(jù)

14、圖層創(chuàng)建TIN，最后都調(diào)用ITINEdit接口的SaveAs方法將創(chuàng)建的TIN數(shù)據(jù)保存。3. TIN數(shù)據(jù)左圖顯示的是由離散點圖層創(chuàng)建TIN的結(jié)果，生成TIN前要先選擇點圖層和設(shè)置TIN的保存路徑；點數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN則是在代碼中新建三維點創(chuàng)建TIN。3. TIN數(shù)據(jù) 由柵格數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN 由柵格數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN，需要用到ITINEdit接口，通過該接口的AddFromPixelBlock方法加載柵格單元創(chuàng)建TIN，然后調(diào)用該接口的SaveAs方法將創(chuàng)建的TIN數(shù)據(jù)保存。3. TIN數(shù)據(jù)TIN表面分析基于TIN表面可以做各種表面分析，如計算TIN的體積、表面積和投影面積，獲取TIN表面某點的三維坐標、

15、坡度、坡向、等高線和最陡路徑，也可以生成TIN圖層表面坡度和坡向圖層，繪制TIN表面的剖面線。計算TIN的體積、表面積和投影面積計算TIN的體積、表面積和投影面積，需要用到ISurface接口，通過ISurface接口的GetVolume方法、GetSurfaceArea方法和GetProjectedAre方法獲得相應(yīng)結(jié)果。實現(xiàn)思路如下： (1)獲得SceneControl中的某個TIN圖層，并通過ISurface接口得到表面； (2)設(shè)置基本高度和投影方向； (3)獲取結(jié)果顯示。 TIN的體積、表面積和投影面積3. TIN數(shù)據(jù)3. TIN數(shù)據(jù) 獲取TIN表面某點三維坐標、坡度和坡向 獲得TI

16、N表面某點的三維坐標信息、坡度信息和坡向信息，需要調(diào)用ISurface接口，通過ISurface接口的GetElevation方法、GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法獲取相應(yīng)信息。實現(xiàn)思路如下： (1)獲取某個TIN圖層，并通過ISurface接口得到表面； (2)點擊TIN表面一點，通過ISurface接口的GetElevation方法、GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法獲得該點信息； (3)顯示該點信息。3. TIN數(shù)據(jù)上圖顯示的是TIN表面某點的屬性信息，鼠標左鍵單擊TIN表面一點將彈出該點的屬性信息。獲取TIN

17、表面某點三維坐標、坡度和坡向3. TIN數(shù)據(jù) 生成TIN表面某點等高線和最陡路徑 獲得TIN表面某點的高度及該點所在的等高線和最陡線，需要使用ISurface接口，通過ISurface接口的GetElevation方法、GetContour方法和GetSteepestPath方法獲取相應(yīng)信息。實現(xiàn)思路如下： (1)獲得一個TIN圖層，并通過ISurface接口得到TIN表面； (2)點擊TIN表面一點，通過ISurface接口的GetElevation方法得到該點高度信息，然后通過GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法獲得該點的等高線和最陡線。3. TIN數(shù)據(jù)

18、上圖顯示的是點擊TIN表面一點顯示該點的等高線和最陡線，其中鼠標左鍵顯示等高線，右鍵顯示最陡線。生成TIN表面某點等高線和最陡路徑3. TIN數(shù)據(jù) 獲取TIN表面坡度、坡向圖 在ArcGIS Engine中，計算整個TIN表面坡度和坡向需要通過調(diào)用Analyst3DTools類庫中的GP工具實現(xiàn)，在實現(xiàn)的過程中，只需要設(shè)置相應(yīng)GP工具的參數(shù)即可。實現(xiàn)思路如下： (1)添加Analyst3DTool引用，選擇Analyst3DTool中的SurfaceSlope類和SurfaceAspect類，并將其實例化； (2)設(shè)定SurfaceSlope對象和SurfaceAspect對象的in_surf

19、ace屬性（TIN文件的路徑）和out_feature_class屬性（結(jié)果保存路徑）； (3)調(diào)用Geoprocess的Execute方法運行GP工具，并將結(jié)果顯示。3. TIN數(shù)據(jù)獲取TIN表面坡度、坡向圖3. TIN數(shù)據(jù) 繪制TIN表面剖剖面線反映沿表面上某條線前進時表面高程變化的情況，如在工程上，常常需要提取地形斷面，即剖面線。 剖面線的繪制通常采用該區(qū)域的TIN表面，需要用到ISurface接口的GetProfile方法，實現(xiàn)思路如下： (1)在表面繪制一條線； (2)通過ISurface接口的GetProfile方法獲得沿著該線的剖面線； (3)讀取剖面線的屬性，并將其在坐標系中顯

20、示出來。3. TIN數(shù)據(jù)繪制剖面圖左圖顯示的是TIN表面某一線段的剖面線，首先在TIN表面單擊選取兩個點，然后點擊繪制剖面圖按鈕，顯示剖面線。詳細代碼見程序4. SceneControl三維可視化 ArcGIS Engine提供了兩個顯示三維的控件，分別是SceneControl和GlobeControl，它們分別對應(yīng)于ArcGIS桌面產(chǎn)品中的ArcScene和ArcGlobe。本節(jié)主要介紹使用SceneControl實現(xiàn)三維地圖的加載、瀏覽、二維數(shù)據(jù)以三維顯示以及三維動畫等。4. SceneControl三維可視化 三維數(shù)據(jù)加載 在三維控件中加載三維數(shù)據(jù)是三維可視化的第一步，在ArcGIS

21、Engine中加載ArcScence文檔即是加載*.sxd格式文件，需要調(diào)用ISceneControl接口的LoadSxFile方法，實現(xiàn)思路如下： (1)得到*.sxd文檔的具體路徑； (2)調(diào)用ISceneControl接口的CheckSxFile方法檢查*.sxd文檔是否可用； (3)如果*.sxd文檔可用，則調(diào)用ISceneControl接口的LoadSxFile方法將*.sxd文檔加載進SceneControl控件。4. SceneControl三維可視化 三維數(shù)據(jù)加載4. SceneControl三維可視化 三維地圖瀏覽 在ArcScene中，三維地圖瀏覽包括導航、放大、縮小、平移

22、、全圖、飛行、目標處居中、縮放至目標、設(shè)置觀察點、選擇要素與清除所選要素等。在ArcGIS Engine中實現(xiàn)這些操作有兩種方式：一是不需編寫任何代碼，直接在ToolbarControl控件中添加相關(guān)工具即可；二是調(diào)用ICommand接口，對已經(jīng)封裝好的相關(guān)功能類進行實例化。類名功能ControlsSceneFlyToolClass飛行ControlsSceneFullExtentCommandClass全圖ControlsSceneNavigateToolClass導航ControlsSceneOpenDocCommandClass 打開*.sxd文檔ControlsScenePanTool

23、Class 漫游ControlsSceneSelectFeaturesToolClass單選要素ControlsSceneSelectGraphicsToolClass單選圖形ControlsSceneSetObserverToolClass設(shè)置觀察點ControlsSceneTargetZoomToolClass放大至目標ControlsSceneZoomInOutToolClass放縮場景ControlsSceneZoomInToolClass放大ControlsSceneZoomOutToolClass縮小 三維瀏覽功能的類4. SceneControl三維可視化 三維地圖識別 三維地圖

24、識別是指獲取地圖某一點上的所有圖層信息，類似于ArcScene和ArcMap中的Identify工具。在ArcGIS Engine的三維分析模塊中，不能直接調(diào)用Identify工具，需要通過IHit3DSet和ISceneGraph接口編程實現(xiàn)。實現(xiàn)思路如下： (1)在SceneControl控件中單擊某點，通過ISceneGraph接口的LocateMultiple方法返回一個IHit3DSet類型對象，并解析IHit3DSet對象包含的所有圖層信息； (2)將信息以TreeView的形式顯示。4. SceneControl三維可視化 三維地圖識別左圖顯示的是鼠標單擊場景中的一點，彈出該點的

25、屬性信息。4. SceneControl三維可視化 遙感影像圖與三維地形疊加 為了便于觀察和分析，很多情況下需要將二維數(shù)據(jù)在三維表面上顯示。如將遙感影像疊加在三維地形上，以便清楚地辨別各類地貌特征，便于增強對影像模式及其對地形相關(guān)性的理解，實現(xiàn)思路如下： (1)加載TIN數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)； (2)將影像圖層的三維屬性添加到I3DProperties類型的對象中； (3)將I3DProperties類型對象的BaseSurface屬性設(shè)置為TIN表面，調(diào)用I3DProperties對象的Apply3DProperties方法將三維信息應(yīng)用到影像數(shù)據(jù)，刷新視圖。4. SceneControl三維可視

26、化上圖顯示的是將遙感影像疊加在TIN表面的顯示效果。4. SceneControl三維可視化 矢量圖層與地形疊加 除了遙感影像和三維地形疊加以外，在實際應(yīng)用中，很多時候需要將矢量數(shù)據(jù)疊加到三維地形上，以便直觀地觀察地理現(xiàn)象和表達地理要素。矢量數(shù)據(jù)與地形疊加的原理同影像與地形疊加的原理相似。4. SceneControl三維可視化 三維動畫 ArcGIS Engine中，通過使用三維書簽和制作關(guān)鍵幀來創(chuàng)建動畫，需要用到BookMark3D類、IKeyframe接口、IAnimationTrack接口和IAnimationTracks接口，實現(xiàn)思路如下： (1)將當前場景保存為三維書簽，并調(diào)用IKeyframe接口的CaptureProperties方法創(chuàng)建一個關(guān)鍵幀； (2)調(diào)用IAnimationTrack接口的InsertKeyframe方法將所有的關(guān)鍵幀加入IAnimationTrack類型的對象； (3)調(diào)用IAnimationTracks接口的AddTrack方法將