ArcGIS Engine地理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)教程 第11章 三維分析

第11章三維分析目錄

1目錄1三維數(shù)據(jù)模型23TIN數(shù)據(jù)多面體8SceneControl三維可視化9基于GlobeControl的三維數(shù)字校園GlobeControl三維可視化10簡(jiǎn)介(1)三維數(shù)據(jù)(X,Y,Z)的定義中包含一個(gè)額外的維度：Z值(2)Z值具有測(cè)量單位，能存儲(chǔ)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(xué)物濃度、噪聲指數(shù)等(3)Z值是二維數(shù)據(jù)成為三維數(shù)據(jù)的標(biāo)志(4)ArcGIS中三維數(shù)據(jù)有3D要素?cái)?shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)兩種形式1.三維數(shù)據(jù)模型23D要素?cái)?shù)據(jù)(1)3D要素?cái)?shù)據(jù)用來(lái)表示離散的對(duì)象，每個(gè)對(duì)象的信息都存儲(chǔ)在要素的幾何和屬性中(2)3D要素?cái)?shù)據(jù)又分為三維點(diǎn)數(shù)據(jù)、三維線數(shù)據(jù)和多面體(MultiPatch)數(shù)據(jù)(3)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3TriangleStripTriangleFanRing表面數(shù)據(jù)(1)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(2)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。(3)ArcGIS中常用的表面數(shù)據(jù)有：柵格表面--通過(guò)柵格數(shù)據(jù)(行和列的形式)呈現(xiàn)的表面不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)--以數(shù)字形式表示表面形態(tài)Terrain數(shù)據(jù)集--一種基于TIN的數(shù)據(jù)集1.三維數(shù)據(jù)模型4簡(jiǎn)介(1)MultiPatch幾何類型又叫多面體數(shù)據(jù)類型(2)多面體數(shù)據(jù)類型(MultiPatch)是ESRI公司于1997年推出的一種數(shù)據(jù)模型(3)多面體數(shù)據(jù)類型主要用來(lái)定義3D對(duì)象的描述性外殼(4)MultiPatch通過(guò)地理數(shù)據(jù)庫(kù)和ShapeFile文件來(lái)存儲(chǔ)3D要素，如建筑物、地質(zhì)體等2.多面體5MultiPatch創(chuàng)建在ArcGIS中創(chuàng)建MultiPatch方法有以下3種：(1)通過(guò)某些地理處理(Geoprocessing)工具創(chuàng)建

例如Extrude

Between、Layer

3DtoFeatureClass等(2)通過(guò)從已有的模型中導(dǎo)入ArcGIS創(chuàng)建

例如SketchUp、COLLADA、3DStudioMax或OpenFlight等(3)通過(guò)在ArcGIS

Engine中編寫(xiě)代碼創(chuàng)建2.多面體6MultiPatch創(chuàng)建(1)在ArcGIS

Engine中創(chuàng)建MultiPatch幾何對(duì)象主要用到IGeometryCollection和IConstructMultiPatch兩個(gè)接口(2)這兩個(gè)接口創(chuàng)建MultiPatch的方式略有不同：IGeometryCollection接口：通過(guò)添加各個(gè)組件的組成部分來(lái)創(chuàng)建MultiPatchIConstructMultiPatch接口：是通過(guò)操作Geometry對(duì)象來(lái)創(chuàng)建MultiPatch

如拉伸Polyline對(duì)象(拉伸為墻)和Polygon對(duì)象（拉伸為多面體）等(3)這兩種方法的創(chuàng)建步驟相似，將要?jiǎng)?chuàng)建的MultiPatch顯示出來(lái)需要用到IGeometryCollection、IGraphicsContainer3D、IPoint、IPointCollection、IGeometry、IElement

等接口2.多面體7MultiPatch創(chuàng)建2.多面體8實(shí)例按鈕功能介紹按鈕名稱按鈕功能創(chuàng)建axes創(chuàng)建一個(gè)帶有箭頭的三維坐標(biāo)軸創(chuàng)建TriangleStrip創(chuàng)建一個(gè)TriangleStrip樣式的階梯創(chuàng)建TriangleFan創(chuàng)建一個(gè)TriangleFan樣式的棱錐創(chuàng)建Triangles創(chuàng)建Triangles樣式的多個(gè)三角片創(chuàng)建Ring創(chuàng)建一個(gè)Ring樣式的迷宮創(chuàng)建RingGroup創(chuàng)建四個(gè)Ring樣式的正方形環(huán)Extrusion拉伸一個(gè)正方形為棱柱Composite創(chuàng)建一個(gè)綜合的房子樣式MultiPatch創(chuàng)建2.多面體9實(shí)現(xiàn)思路(1)生成新的點(diǎn)對(duì)象，并將其添加到集合中(2)將點(diǎn)對(duì)象轉(zhuǎn)換為一個(gè)Geometry對(duì)象(3)實(shí)例化一個(gè)元素對(duì)象，并將該元素對(duì)象的Geometry屬性設(shè)置為上一步驟得到的Geometry對(duì)象(4)設(shè)置元素對(duì)象顯示時(shí)使用的符號(hào)(5)刷新視圖，顯示元素注：詳細(xì)代碼可查看程序MultiPatch創(chuàng)建2.多面體10效果展示MultiPatch編輯2.多面體11MultiPatch的編輯操作主要有移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放等。通過(guò)ITransform3D接口的Move3D、RotateVector3D和Scale3D等方法能實(shí)現(xiàn)MultiPatch的編輯操作。實(shí)現(xiàn)思路(1)得到某一圖層的某個(gè)3D要素的幾何形狀(2)將該幾何對(duì)象轉(zhuǎn)換為ITransform3D類型對(duì)象(3)對(duì)得到的對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的編輯(4)開(kāi)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MultiPatch編輯2.多面體12核心代碼MultiPatch編輯2.多面體13效果展示圖中展示的是將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(jìn)行MultiPatch的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放操作。MultiPatch分析2.多面體14MultiPatch的分析主要有：獲取體積、表面積，判斷兩個(gè)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(yùn)算分析獲取MultiPatch的體積和表面積需要用到IArea3D接口和IVolume接口實(shí)現(xiàn)思路(1)獲取某個(gè)圖層中的一個(gè)多面體的幾何形狀(2)獲取Area屬性和Volume屬性(3)顯示結(jié)果MultiPatch分析2.多面體15核心代碼獲取MultiPatch的體積和表面積MultiPatch分析2.多面體16效果展示獲取MultiPatch的體積和表面積MultiPatch分析2.多面體17判斷MultiPatch相連與鄰接需要用到IRelationalOperator3D2接口實(shí)現(xiàn)思路(1)獲取一個(gè)或多個(gè)圖層中的兩個(gè)多面體的幾何形狀(2)判斷是否相連或者輸入一個(gè)距離容差判斷是否鄰接(3)顯示結(jié)果MultiPatch分析2.多面體18判斷MultiPatch相連與鄰接核心代碼MultiPatch分析2.多面體19判斷MultiPatch相連與鄰接效果展示MultiPatch分析2.多面體20MultiPatch之間的差異、相交、聯(lián)合(1)多面體的差異計(jì)算是求出兩個(gè)閉合多面體要素的幾何交集，然后從一個(gè)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(2)多面體相交是計(jì)算兩個(gè)或多個(gè)多面體要素的幾何交集，將重疊的要素輸出為新要素(3)多面體聯(lián)合是計(jì)算重疊多面體的幾何交集，然后將多面體幾何聯(lián)合在一起，存儲(chǔ)到新的多面體要素類中MultiPatch分析2.多面體21MultiPatch之間的差異、相交、聯(lián)合

需要調(diào)用Analyst3DTools類庫(kù)中的GP(Geoprocessing，地理處理工具)工具實(shí)現(xiàn)，只需要設(shè)置相應(yīng)工具的輸入?yún)?shù)即可。實(shí)現(xiàn)思路(1)選擇GP工具(2)為每個(gè)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MultiPatch分析2.多面體22MultiPatch之間的差異、相交、聯(lián)合核心代碼MultiPatch分析2.多面體23MultiPatch之間的差異、相交、聯(lián)合核心代碼MultiPatch分析2.多面體24MultiPatch之間的差異、相交、聯(lián)合效果展示多面體的差異簡(jiǎn)介3.TIN數(shù)據(jù)25(1)TIN是表示三維表面非常有效的工具(2)TIN常表示地球自然表面、各類現(xiàn)象的趨勢(shì)面等(3)在GIS的三維地形可視化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用

因?yàn)門IN能較好地表示地理現(xiàn)象的三維可視化加載TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)26

加載TIN數(shù)據(jù)集需要用到ITINWorkspaceFactory接口、ITINWorkspace接口、ITIN接口和ITINLayer接口實(shí)現(xiàn)思路(1)獲取TIN數(shù)據(jù)的文件路徑(2)實(shí)例化一個(gè)TIN的工作空間工廠類對(duì)象(3)提取TIN中的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)圖層(4)添加圖層并進(jìn)行刷新，以顯示TIN加載TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)27核心代碼加載TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)28效果展示創(chuàng)建TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)29

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、由柵格要素創(chuàng)建TIN和由Terrain數(shù)據(jù)集創(chuàng)建TIN。由矢量要素創(chuàng)建TIN(1)由矢量數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN需要用到ITINEdit接口(2)使用ITINEdit接口創(chuàng)建TIN有以下兩種方法：一種是加載有限個(gè)三維點(diǎn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN

一種是加載矢量數(shù)據(jù)圖層創(chuàng)建TIN創(chuàng)建TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)30由矢量要素創(chuàng)建TIN核心代碼創(chuàng)建TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)31由矢量要素創(chuàng)建TIN效果展示由離散點(diǎn)圖層創(chuàng)建TIN的結(jié)果注：生成TIN前要先選擇點(diǎn)圖層和設(shè)置TIN的保存路徑創(chuàng)建TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)32由柵格數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN(1)由柵格數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN，需要用到ITINEdit接口：

AddFromPixelBlock方法--加載柵格單元?jiǎng)?chuàng)建TIN

SaveAs方法--保存創(chuàng)建的TIN數(shù)據(jù)(2)柵格轉(zhuǎn)TIN常用于將數(shù)字高程模型(DEM)獲得的柵格轉(zhuǎn)換為TIN表面注：詳細(xì)代碼可查看程序創(chuàng)建TIN數(shù)據(jù)3.TIN數(shù)據(jù)33由柵格數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN效果展示TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)34基于TIN表面可以做的表面分析有以下5種：(1)計(jì)算TIN的體積、表面積和投影面積(2)獲取TIN表面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)、坡度和坡向(3)生成TIN表面某點(diǎn)所在的等高線和最陡路徑(4)獲取TIN表面坡度、坡向圖(5)繪制TIN表面剖面線TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)35計(jì)算TIN的體積、表面積和投影面積，需要用到ISurface接口，通過(guò)ISurface接口的GetVolume方法、GetSurfaceArea方法和GetProjectedArea方法獲得相應(yīng)結(jié)果。計(jì)算TIN的體積、表面積和投影面積實(shí)現(xiàn)思路(1)獲取TIN圖層，并得到TIN表面(2)設(shè)置基本高度和投影方向(3)獲取結(jié)果顯示TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)36計(jì)算TIN的體積、表面積和投影面積核心代碼TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)37計(jì)算TIN的體積、表面積和投影面積核心代碼TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)38計(jì)算TIN的體積、表面積和投影面積效果展示TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)39獲取TIN表面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)、坡度和坡向獲取TIN表面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)、坡度和坡向信息，需要用到ISurface接口，通過(guò)ISurface接口的GetElevation方法、

GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法獲得相應(yīng)信息。實(shí)現(xiàn)思路(1)獲取TIN圖層，并得到TIN表面(2)點(diǎn)擊TIN表面一點(diǎn)，獲得該點(diǎn)信息(3)顯示該點(diǎn)信息TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)40獲取TIN表面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)、坡度和坡向核心代碼TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)41獲取TIN表面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)、坡度和坡向效果展示TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)42生成TIN表面某點(diǎn)所在的等高線和最陡路徑

獲得TIN表面某點(diǎn)的高度及該點(diǎn)所在的等高線和最陡線，需要使用ISurface接口，通過(guò)ISurface接口的GetElevation方法、GetContour方法和GetSteepestPath方法獲取相應(yīng)信息。實(shí)現(xiàn)思路(1)獲取TIN圖層，并得到TIN表面(2)點(diǎn)擊TIN表面一點(diǎn)，獲得該點(diǎn)的高度信息、等高線和最陡線TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)43生成TIN表面某點(diǎn)所在的等高線和最陡路徑核心代碼TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)44生成TIN表面某點(diǎn)所在的等高線和最陡路徑效果展示TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)45獲取TIN表面坡度、坡向圖計(jì)算整個(gè)TIN表面坡度和坡向需要通過(guò)調(diào)用Analyst3DTools類庫(kù)中的GP工具實(shí)現(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，只需要設(shè)置相應(yīng)GP工具的參數(shù)即可。實(shí)現(xiàn)思路(1)添加Analyst3DTool引用，并對(duì)SurfaceSlope類和SurfaceAspect類進(jìn)行實(shí)例化(2)設(shè)定TIN文件的路徑和結(jié)果保存路徑(3)運(yùn)行GP工具，并顯示結(jié)果TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)獲取TIN表面坡度、坡向圖核心代碼46TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)獲取TIN表面坡度、坡向圖47效果展示TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)48繪制TIN表面剖面線

繪制TIN表面剖剖面線反映沿表面上某條線前進(jìn)時(shí)表面高程變化的情況。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(shí)現(xiàn)思路(1)在表面繪制一條線(2)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(biāo)系中顯示出來(lái)注：詳細(xì)代碼可查看程序TIN表面分析3.TIN數(shù)據(jù)49繪制TIN表面剖面線效果展示簡(jiǎn)介4.SceneControl三維可視化50(1)ArcGIS

Engine提供了兩個(gè)顯示三維的控件：SceneControl--對(duì)應(yīng)于ArcGIS桌面產(chǎn)品中的ArcSceneGlobeControl--對(duì)應(yīng)于ArcGIS桌面產(chǎn)品中的ArcGlobe(2)使用SceneControl可以實(shí)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(dòng)畫(huà)等三維數(shù)據(jù)加載4.SceneControl三維可視化51

在ArcGIS

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(shí)現(xiàn)思路(1)得到*.sxd文檔的具體路徑(2)檢查*.sxd文檔是否可用(3)如果可用，則將該文檔加載到SceneControl控件中三維數(shù)據(jù)加載4.SceneControl三維可視化52核心代碼三維數(shù)據(jù)加載4.SceneControl三維可視化53效果展示三維地圖瀏覽4.SceneControl三維可視化54(1)在ArcScene中，三維地圖瀏覽包括導(dǎo)航、放大、縮小、平移、全圖、飛行、目標(biāo)處居中、縮放至目標(biāo)、設(shè)置觀察點(diǎn)、選擇要素與清除所選要素等(2)在ArcGIS

Engine中實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽操作的方式有兩種：

一是不需編寫(xiě)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(duì)已經(jīng)封裝好的相關(guān)功能類進(jìn)行實(shí)例化三維地圖瀏覽4.SceneControl三維可視化55類名功能ControlsSceneFlyToolClass飛行ControlsSceneFullExtentCommandClass全圖ControlsSceneNavigateToolClass導(dǎo)航ControlsSceneOpenDocCommandClass打開(kāi)*.sxd文檔ControlsScenePanToolClass漫游ControlsSceneSelectFeaturesToolClass單選要素ControlsSceneSetObserverToolClass設(shè)置觀察點(diǎn)ControlsSceneTargetZoomToolClass放大至目標(biāo)ControlsSceneZoomInOutToolClass放縮場(chǎng)景ControlsSceneZoomInToolClass放大三維瀏覽功能的類三維地圖瀏覽4.SceneControl三維可視化56核心代碼三維地圖瀏覽4.SceneControl三維可視化57效果展示三維地圖識(shí)別4.SceneControl三維可視化58

三維地圖識(shí)別是指獲取地圖某一點(diǎn)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(guò)IHit3DSet和ISceneGraph接口編程實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)思路(1)在控件中單擊某點(diǎn)，返回一個(gè)IHit3DSet類型對(duì)象(2)解析IHit3DSet對(duì)象包含的所有圖層信息(3)以TreeView的形式顯示信息三維地圖識(shí)別4.SceneControl三維可視化59核心代碼三維地圖識(shí)別4.SceneControl三維可視化60核心代碼三維地圖識(shí)別4.SceneControl三維可視化61效果展示遙感影像圖與三維地形疊加4.SceneControl三維可視化62

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(qiáng)對(duì)影像模式及其對(duì)地形相關(guān)性的理解。實(shí)現(xiàn)思路(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(duì)象中(3)將BaseSurface屬性設(shè)置為TIN表面(4)將三維信息應(yīng)用到影像數(shù)據(jù)，并刷新視圖遙感影像圖與三維地形疊加4.SceneControl三維可視化63核心代碼遙感影像圖與三維地形疊加4.SceneControl三維可視化64效果展示矢量圖層與地形疊加4.SceneControl三維可視化65

在實(shí)際應(yīng)用中，很多時(shí)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(dá)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。核心代碼矢量圖層與地形疊加4.SceneControl三維可視化66效果展示三維動(dòng)畫(huà)4.SceneControl三維可視化67ArcGIS

Engine中，通過(guò)使用三維書(shū)簽和制作關(guān)鍵幀來(lái)創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)，需要用到BookMark3D類、IKeyframe接口、IAnimationTrack接口和IAnimationTracks接口。實(shí)現(xiàn)思路(1)將當(dāng)前場(chǎng)景保存為三維書(shū)簽，并創(chuàng)建一個(gè)關(guān)鍵幀(2)將所有的關(guān)鍵幀加入IAnimationTrack類型的對(duì)象(3)添加IAnimationTrack類型對(duì)象，并播放動(dòng)畫(huà)三維動(dòng)畫(huà)4.SceneControl三維可視化68核心代碼三維動(dòng)畫(huà)4.SceneControl三維可視化69效果展示簡(jiǎn)介5.GlobeControl三維可視化70(1)GlobeControl對(duì)應(yīng)于ArcGIS桌面產(chǎn)品中的ArcGlobe(2)ArcGlobe和ArcScene一樣，都是3D可視化應(yīng)用程序(3)ArcGlobe是基于地球視圖，通常用于超大型數(shù)據(jù)集的顯示(4)使用GlobeControl可以實(shí)現(xiàn)ArcGlobe數(shù)據(jù)加載、地圖瀏覽和效果展示等三維數(shù)據(jù)加載5.GlobeControl三維可視化71

在ArcGIS

Engine中加載ArcGlobe文檔即是加載*.3dd格式文件，需要調(diào)用IGlobeControl接口的Load3dFile方法。實(shí)現(xiàn)思路(1)得到*.3dd文檔的具體路徑(2)檢查*.3dd文檔是否可用(3)如果可用，則將該文檔加載到GlobeControl控件中三維數(shù)據(jù)加載5.GlobeControl三維可視化72核心代碼三維數(shù)據(jù)加載5.GlobeControl三維可視化73效果展示三維地圖工具5.GlobeControl三維可視化74(1)在ArcGlobe中，三維地圖工具包括導(dǎo)航、平移、全圖、飛行、目標(biāo)處居中、地球旋轉(zhuǎn)、查找、識(shí)別和量測(cè)等(2)在ArcGIS

Engine中實(shí)現(xiàn)以上功能的方式有兩種：

一是不需編寫(xiě)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(duì)已經(jīng)封裝好的相關(guān)功能類進(jìn)行實(shí)例化三維地圖工具5.GlobeControl三維可視化75類名功能ControlsGlobeFlyToolClass飛行ControlsGlobeNorthCommandClass向北ControlsGlobeFullExtentCommandClass全球ControlsGlobeTargetCenterToolClass目標(biāo)居中ControlsGlobeFixedZoomInCommandClass固定比例放大ControlsGlobeSpinClockwiseCommandClass順時(shí)針旋轉(zhuǎn)ControlsGlobeSpinStopCommandClass停止旋轉(zhuǎn)ControlsGlobeMeasureToolClass地