ARCSCENE三維GIS虛擬現(xiàn)實可視化制作教程

1、精選優(yōu)質文檔傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔傾情為你奉上專心專注專業(yè)專心專注專業(yè)精選優(yōu)質文檔傾情為你奉上專心專注專業(yè)ARCSCENE三維GIS虛擬現(xiàn)實可視化制作教程在三維場景中瀏覽數(shù)據更加直觀和真實，對于同樣的數(shù)據，三維可視化將使數(shù)據能夠提供一些平面圖上無法直接獲得的信息?？梢院苤庇^地對區(qū)域地形起伏的形態(tài)及溝、谷、鞍部等基本地形形態(tài)進行判讀，比二維圖形如等高線圖更容易為大部分讀圖者所接受。 ArcScene 是ArcGIS 三維分析模塊的一部分，通過在3D Analyst 菜單條中點擊按鈕打開。它具有管理3D GIS 數(shù)據、進行3D 分析、編輯3D 要素、創(chuàng)建3D 圖層以及把二維數(shù)據生成3D 要素等功

2、能。一、要素立體顯示有時需要將要素數(shù)據在三維場景中以透視圖顯示出來進行觀察和分析。要素數(shù)據與表面數(shù)據的不同之處在于，要素數(shù)據描述的是離散的對象如點對象、線對象、面對象（多邊形）等。它們通常具有一定的幾何形狀和屬性。常見的點要素有通信塔臺、泉眼等在地圖上通常表現(xiàn)為點狀符號；線狀要素更為常見，如道路、水系、管線等等；多邊形要素如湖泊、行政區(qū)及大比例尺地形圖上的居民地等。在三維場景中顯示要素的先決條件是要素必須被以某種方式賦予高程值或其本身具有高程信息。因此，要素的三維顯示主要有兩種方式：1）具有三維幾何的要素，在其屬性中存儲有高程值，可以直接使用其要素幾何中或屬性中的高程值，實現(xiàn)三維顯示；2）對于

3、缺少高程值的要素，可以通過疊加或突出兩種方式在三維場景中顯示。所謂疊加，即將要素所在區(qū)域的表面模型的值作為要素的高程值，如將所在區(qū)域柵格表面的值作為一幅遙感影像的高程值，可以對其做立體顯示；突出則是指根據要素的某個屬性或任意值突出要素，如要想在三維場景中顯示建筑物要素，可以使用其高度或樓層數(shù)這樣的屬性來將其突出顯示（圖1）。圖1 建筑物二維圖形按高度突出另外，有時研究分析可能需要使用要素的非高程屬性值作為三維Z值，在場景中顯示要素。最常見的是在社會、經濟領域的應用。如對某省行政范圍內每個市縣的經濟總量值 作為Z 值進行三維立體顯示（圖2），可直觀地觀察和分析全省總體的情況。圖2某地區(qū)各個城鎮(zhèn)人

4、口數(shù)突出顯示由前所述，添加到三維場景中的數(shù)據并不一定會自動以三維方式顯示。具有三維幾何 的要素及TIN表面將自動以三維方式進行繪制時，會放置在一個平坦的三維平面上，若要以三維方式查看它們，需首先定義其Z 值。 ArcGIS 的三維分析功能在要素屬性對話框中提供了要素圖層在三維場景中的三種顯示方式：1）使用屬性設置圖層的基準高程；2）在表面上疊加要素圖層設置基準高程；3）突出要素。還可以結合多種顯示方式，如先使用表面設置基準高程，然后在表面上再突出顯示要素。在城市景觀三維顯示中，以表面設置基準高程，然后在表面上突出顯示要素建筑物，可以更加自然真實顯示城市景觀。1. 通過屬性設置基準高程顯示要素圖

5、層在要素屬性對話框（Properties）中，選擇基準高程選項卡（Base Heights），設置以常量或表達式作為基準高程，填寫或點擊Calculate 按鈕生成提供Z 值的字段或表達式即可，見圖3。 之后，二維要素將以所設定屬性或表達式的值為Z 值在三維場景中顯示，圖4是以等高線的高程屬性作為基準高程顯示的等高線三維透視圖。圖3設置要素圖層的基準高程圖4等高線要素的三維顯示2.使用表面設置基準高程顯示要素圖層在設置基準高程時選擇由表面獲取要素圖層的高程，點擊Obtain heights for layers frome surface 選擇所需表面即可（圖5）。要素將會以表面所提供的高程在

6、場景中顯示。圖5 使用表面設置要素的基準高程3. 要素的突出顯示 在圖層屬性對話框的突出（Extrusion）標簽中，選中對圖層中的要素進行突出復選框（圖6）。圖6 突出表達式生成器二、設置場景屬性 在實現(xiàn)要素或表面的三維可視化時，需要注意以下一些問題，包括：1.添加到場景中的圖層必須具有坐標系統(tǒng)才能正確顯示；2.為更好地表示地表高低起伏的形態(tài)，有時需要進行垂直拉伸，以免地形顯示地過于陡峭或平坦；3.為全面地了解區(qū)域地形地貌特征，可以進行動畫旋轉；4.為增加場景真實感，需要設置合適的背景顏色；5.根據不同分析需求，設置不同的場景光照條件，包括入射方位角，入射高度角及表面陰影對比度；6.為提高運

7、行效率，需要盡可能地減小場景范圍，去除一些不需要的信息。以下就ArcScene中常用的場景設置內容做一詳細介紹。1. 場景坐標系統(tǒng) 如果場景中要顯示的數(shù)據都處于相同的坐標系統(tǒng)之下，則直接將數(shù)據添加顯示即可，不需考慮圖層的疊加是否正確。如果各個圖層存在不同的坐標系統(tǒng)，則須進行適當?shù)霓D換以確保ArcScene能夠正確顯示它們。通常，當在一個空的場景中加入某圖層時，該圖層的坐標系統(tǒng)就決定了場景的坐標系統(tǒng)。在這之后可以根據應用需求再對場景的坐標系統(tǒng)進行更改。當隨后加入其它圖層到場景中時，ArcScene 將會自動將圖層的坐標系統(tǒng)轉換使與場景的坐標系統(tǒng)一致。若新加入圖層沒有坐標系統(tǒng)，將不能正確顯示，此時

8、可人為地確定數(shù)據的坐標系統(tǒng)。 如果數(shù)據本身沒有任何坐標系統(tǒng)的信息，ArcScene 將會檢查圖層的坐標值，看其X 值 是否落在-180 度到180 度之間，Y值是否在-90 度到90 度之間。如果滿足上述條件，則 ArcScene 將該數(shù)據認為是經緯度坐標數(shù)據。否則，將認為該數(shù)據為平面坐標數(shù)據。 （1） 查詢當前場景坐標系統(tǒng)打開場景的屬性對話框（圖7）。選擇其中的坐標系統(tǒng)（Coordinate System）選項卡，將顯示當前使用的坐標系統(tǒng)的詳細信息。（圖8） 圖7 打開場景的屬性對話框（2）在圖8 所示的場景屬性對話框中，雙擊預定義（Predefined），選擇預定義坐標系統(tǒng)，之后，所有加載

9、到場景中的數(shù)據都將使用該坐標系統(tǒng)進行顯示。 圖8 將顯示當前使用的坐標系統(tǒng)的詳細信息需要注意的是，改變場景的坐標系統(tǒng)，并不會改變圖層源數(shù)據其坐標系統(tǒng)，只是以場景坐標系統(tǒng)對其進行顯示。 2. 垂直拉伸 垂直拉伸一般用于強調表面的細微變化。在進行表面的三維顯示時，如果表面的水平范圍遠大于其垂直變化，則表面的三維顯示效果可能不太明顯，此時，可以進行垂直拉伸以利于觀察分析。另外，當表面垂直變化過于劇烈不便于分析應用時也可以進行垂直拉伸，不過垂直拉伸系數(shù) 應設置為分數(shù)。垂直拉伸對場景內所有圖層都產生作用，如果要對單個圖層做垂直拉伸，可以通過改變圖層的高程轉換系數(shù)來實現(xiàn)。 打開場景屬性對話框，在Gener

10、al 選 項卡中選擇垂直拉伸（Vertical Exag geration）系數(shù)（圖9），或者點擊 Calculate From Extent 按鈕，系統(tǒng)將根據場景范圍與高程變化范圍自動計算垂直拉伸系數(shù)。圖10 為原始表面與設置拉伸系數(shù)為2 時的顯示效果的對比。圖9 垂直拉伸（Vertical Exag geration）系數(shù)圖10 原始表面與拉伸后的表面3. 使用動畫旋轉通過對場景進行旋轉觀察，可以獲得表面總體概況。ArcScene 可以使場景圍繞其中心旋轉，旋轉速度與察看角度可以人為調整，并可在旋轉的同時進行縮放。 欲使用動化旋轉，需要先對該功能進行激活。打開場景屬性對話框后，在Gener

11、al 選項卡中選中Enable Animated Rotation 選項即可激活動畫旋轉功能（圖11）激活之后，可以使用場景漫游工具（Navigate）將場景左右拖動之后，即可開始進行 旋轉，旋轉的速度決定于鼠標釋放前的速度，在旋轉的過程中也可以通過鍵盤的Page Up鍵和Page Down 鍵進行調節(jié)速度。點擊場景即可停止其轉動。圖11 激活動畫旋轉功能 圖12 設置場景的光照4. 設置場景背景顏色同樣地，打開場景屬性對話框，在General 選項卡中，選擇背景色（Background），同時還可以將所選顏色設置為場景默認背景色（選中Use as default in all new sce

12、nes 復選框）。 5. 改變場景的光照 通過設置光源的方位角、高度角及對比度可以調整場景的照明情況。在場景屬性對話 框的Illumination 選項卡中，可以通過手動輸入方位角（Azimuth）和高度角（Altitude）或 通過鼠標滑動改變這兩個參數(shù)。另外，同時在此還可設置對比度。以上操作見圖12 所示。6. 改變場景范圍 設置合適的場景范圍，可以消除一些無關信息，增加繪圖時的性能。默認情況下，場 景的范圍為場景中所有圖層的范圍?？梢愿鶕眯枨蟾淖儓鼍暗姆秶?，使之與某個圖層的范圍一致，或通過X、Y 坐標的最大最小值來指定。 打開場景屬性對話框后，選擇Extent 選項卡，在此設置場景范

13、圍（圖13）。如前所述可以兩種方式進行設置：1）在Layers 下拉列表中選擇某一圖層（圖a）；2）點擊自定義（Custom），輸入最大最小X、Y 坐標，從而確定場景范圍（圖b）。a b圖13 設置設置場景范圍的兩種方式三、飛行動畫 通過使用動畫，可以使場景栩栩如生，能夠通過視角、場景屬性、地理位置以及時間 的變化來觀察對象。例如，可以創(chuàng)建一個動畫來觀察運動著的衛(wèi)星在它們的軌道上是如何 相互作用的，也可以用動畫來模擬地球的自轉及隨之的光照變化。 1. 如何制作動畫 在ArcScene 中提供了制作動畫的工具條Animation。默認情況下，它沒有添加到 ArcScene 的視圖中，可以通過在工

14、具欄上點擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Animation 項打開它。能夠制作數(shù)據動畫、視角動畫和場景動畫。動畫是由一條或多條軌跡組成，軌 跡控制著對象屬性的動態(tài)改變，例如，場景背景顏色的變化，圖層視覺的變化或者觀察點 的位置的變化。軌跡是由一系列幀組成，而每一幀是某一特定時間的對象屬性的快照，是 動畫中最基本的元素。在ArcScene 中可以通過以下幾種方法生成三維動畫： （1） 通過創(chuàng)建一系列幀組成軌跡來形成動畫： 在動畫工具條中提供了創(chuàng)建幀的工具?？梢酝ㄟ^改變場景的屬性（例如場景的背景顏 色、光照角度等）、圖層的屬性（圖層的透明度、比例尺等）以及觀察點的位置來創(chuàng)建不 同的幀。然后用創(chuàng)建的一

15、組幀組成軌跡演示動畫。動畫功能會自動平滑兩幀之間的過程。 如，可以改變場景的背景顏色由白變黑，同時改變場景中光照的角度來制作一個場景由白天到黑夜的動畫。實現(xiàn)過程如下： 1） 設置動畫第一幀的場景屬性； 2） 點擊Animation 下拉菜單，選擇Create Keyframe 命令（圖14）；圖15 選擇幀類型 圖14 創(chuàng)建幀工具3） 在Type 欄中選擇幀類型為Scene，由不同場景構成動畫的幀（圖9.65）； 4） 點擊New 按鈕，創(chuàng)建一個動畫，此時彈出Animation Track 對話框（圖9.66），鍵入動畫名稱； 5）點擊Create抓取一個新的幀 ； 6） 再次改變場景屬性，之

16、后點擊Create，抓取第二幀，根據需要抓取全部所需的幀。 7） 抓取完全部的幀之后，點擊Close，關閉創(chuàng)建幀對話框； 8） 點擊Open animation controls 按鈕，彈 出動畫控制工具條（圖17）； 9） 點擊；Play 按鈕，預覽動畫。 （2）通過錄制導航動作或飛行創(chuàng)建動畫：點擊動畫控制器上（Animation Controls，圖17）的錄制按鈕開始錄制，在場景中通過導航工具進行操作或通過飛行工具進行飛行，操作結束后點擊錄制按鈕停止錄制。這個工具類似錄相器，將場景中的導航操作或飛行動作的過程錄制下來形成動畫。圖16 命名動畫圖17 動畫控制工具條（3） 通過捕捉不同視角

17、，并自動平滑視角間過程創(chuàng)建動畫： 通過導航工具將場景調整到某一合適的視角，用動畫工具條上的捕捉視角命令捕捉此視角，然后將場景調整到另一個合適的視角，再次用捕捉命令捕捉視角，依次可捕捉多個視角。動畫功能會自動平滑兩視角間的過程，形成一個完整的動畫過程。 （4） 通過改變一組圖層的可視化形成動畫效果： 通過動畫制作工具條中的創(chuàng)建組合動畫命令，選擇圖層控制一組圖層使他們按照順序逐個顯示通過效果調整實現(xiàn)動畫效果。例如，可以用一組顯示洪水淹沒過程的圖層生 成洪水演進的動畫效果。 實現(xiàn)過程如下： 1） 在場景中添加相關圖層，并按照動畫設計的播放順序從上到下依次調整圖層順序；。 2）點擊 Animation

18、 下拉菜單下的Create Group Animation 命令（圖18），彈出創(chuàng)建圖層動畫對話框（圖19）；圖18Create Group Animation 命令圖19 創(chuàng)建圖層動畫對話框 3）在Base name for tracks 欄中鍵入動畫名稱；4）設置起止時間；5）根據需要條調整圖層出現(xiàn)的方式（Transitions）； 6）利用動畫控制工具條對生成的動畫進行預覽。 （5）通過導入路徑的方法生成動畫： 選擇場景中存在的矢量要素，用動畫工具條中的沿路徑飛行命令制作沿路徑飛行的動畫效果，此時可以設置飛行時的一些參數(shù)來控制飛行過程中的視覺效果。或用圖層沿路徑移動命令制作某一圖層沿路徑

19、移動的動畫軌跡。此種方法一般用來制作場景行走動畫。 實現(xiàn)過程如下：1） 選擇場景中的矢量要素；2） 點擊Animation 下拉菜單下的Camera Flyby from path 命令（圖20），彈出沿路徑飛行動畫對話框（圖21）；圖20 導入路徑生成動畫工具 圖21 沿路徑飛行動畫對話框3） 在Vertical offset 欄中鍵入視高（視點距離地面的垂直距離），建議視高選擇3-10； 4） 在Path destination 選項欄中設置路徑目的地； 有三種方式：沿指定路徑同時移動攝像機和目標地物、沿指定路徑圍繞目標地物移動 攝像機、目標地物沿指定路徑圍繞攝像機移動。 5） 點擊Import 輸入路徑。 6） 預覽動畫，方法同前。 以上是ArcGIS 中五種基本的動2. 編輯和管理動畫屬性 對其進行組合搭配，達到最好的表達效果。 動畫的幀或軌跡創(chuàng)建完成之后，可以用動畫管理器編輯和管理組成動畫的幀和軌跡。 另外，通過它也能改變幀的時間屬性