牟乃夏ArcEngine教程三维分析PPT课件

牟乃夏ArcGISEngine地理信息系统开发教程配套PPT-第11章三维分析,1,精品课件,目录,1.三维数据模型2.MultiPatch3.TIN数据4.SceneControl三维可视化5.GlobeControl三维可视化6.实例：基于GlobeControl的三维数字校园,2,精品课件,1.三维数据模型,三维数据（X,Y,Z）的定义中包含一个额外的维度：Z值。Z值具有测量单位，同传统的二维数据（X,Y）相比，它能存储和显示更多的信息。Z值可表示很多内容，如：海拔高度、深度、温度、化学物浓度、噪声指数等。Z值是二维数据成为三维数据的标志。ArcGIS中三维数据有3D要素数据和表面数据两种形式。3D要素数据3D要素数据用来表示离散的对象，每个对象的信息都存储在要素的几何和属性中。3D要素数据又分为三维点数据、三维线数据和多面体（MultiPatch）数据。多面体数据根据组成方式的不同又分为TriangleStrip、TriangleFan和Ring三种类型。,3,精品课件,1.三维数据模型,表面数据表面数据是指具有空间连续特征的地理要素的集合，表示地球表面某部分或整体范围内的地理要素或现象。在ArcGIS中，常用的表面数据有栅格表面不规则三角网（TIN）Terrain数据集等。,4,精品课件,2.MultiPatch,MultiPatch几何类型又叫多面体数据类型，是ESRI公司于1997年推出的一种数据模型，主要用来定义3D对象的描述性外壳。MultiPatch通过地理数据库和ShapeFile文件来存储3D要素，如建筑物、地质体等。MultiPatch创建在ArcGIS中，不能通过ArcGISDesktop产品来创建MultiPatch，只能通过以下几种方法创建：1）通过某些地理处理（Geoprocessing）工具创建，例如ExtrudeBetween、Layer3DtoFeatureClass等。2）通过从已有的模型中导入ArcGIS创建，例如SketchUp、COLLADA、3DStudioMax或OpenFlight等。3）通过在ArcGISEngine中编写代码创建。,5,精品课件,2.MultiPatch,ArcGISEngine提供了创建MultiPatch几何对象的类和接口，主要用到两个接口，分别是IGeometryCollection和IConstructMultiPatch。这两个接口创建MultiPatch的方式略有不同：IGeometryCollection接口是通过添加各个组件的组成部分来创建MultiPatch；IConstructMultiPatch接口是通过操作Geometry对象，如拉伸Polyline对象(拉伸为墙)和Polygon对象（拉伸为多面体）等来创建MultiPatch。这两种方法的创建步骤相似，将要创建的MultiPatch显示出来需要用到IGeometryCollection、IGraphicsContainer3D、IPoint、IPointCollection、IGeometry、IElement等接口。,实现思路如下：(1)使用IPoint接口生成新的点对象，用IPointCollection接口的AddPoint方法将点对象添加进集合，并用IGeometryCollection接口的AddGeometry方法或IconstructMultiPatch接口的ConstructExtrudeFromTo方法将PointCollection对象转换为一个Geometry对象；(2)使用IElement接口实例化一个元素对象，并将该元素对象的Geometry属性设置为步骤1得到的Geometry对象，并设置元素对象显示时使用的Symbol（符号）；(3)使用IGraphicsContainer3D的AddElement方法把步骤2产生的元素添加到视图中去，刷新视图，让元素显示出来。,6,精品课件,2.MultiPatch,实例按钮功能介绍,详细代码见程序,7,精品课件,2.MultiPatch,MultiPatch编辑MultiPatch有多种编辑操作，常用的主要有移动、旋转和缩放等。MultiPatch的编辑需要用到ITransform3D接口，通过该接口的Move3D、RotateVector3D和Scale3D等方法实现。实现思路如下：(1)得到某一图层的某个3D要素，并通过要素的Shape属性得到要素的几何形状；(2)将该几何对象转换为ITransform3D类型对象；(3)运用ITransform3D中的方法对得到的对象进行相应的编辑；(4)开始编辑，将要素的Shape设置为编辑后的几何要素；(5)保存、停止编辑。,8,精品课件,2.MultiPatch,左图中展示的是将MultiPatch在X、Y、Z方向以1：1：3的比例变换后的结果，可以输入相应的参数进行MultiPatch的平移、旋转和缩放操作。,9,精品课件,2.MultiPatch,MultiPatch分析MultiPatch的分析主要有：获取体积、表面积，判断两个MultiPatch之间是否相连及在某一值范围内是否临近，MultiPatch之间的相交、差异、联合等运算分析。获取MultiPatch的体积和表面积获取MultiPatch的表面积和体积需要用到IArea3D接口和IVolume接口，实现思路如下：(1)从某一个图层中获得一个具有多面体结构的要素（Feature），通过要素的Shape属性获得该多面体几何形状；(2)通过QI（QueryInterface）得到IArea3D接口的Area属性和IVolume接口的Volume属性；(3)将得到的结果显示。,10,精品课件,2.MultiPatch,判断MultiPatch相连与邻接判断两个MultiPatch是否相连及在某个值范围是否邻接需用到IRelationalOperator3D2接口，实现思路如下：(1)从某一图层或多个图层中获得两个多面体要素（Feature），通过要素的Shape属性获得两个多面体的几何形状；(2)通过IRelationalOperator3D2接口的Disjiont3D方法判断其是否相连，或者通过输入一个距离容差判断是否邻接；(3)显示结果。,11,精品课件,2.MultiPatch,MultiPatch之间的差异、相交、联合多面体的差异计算是求出两个闭合多面体要素的几何交集，然后从一个要素中剪除两要素类的交集，并将结果保存到新输出的要素类中。多面体相交是计算两个或多个多面体要素的几何交集，将重叠的要素输出为新要素。多面体联合是计算重叠多面体的几何交集，然后将多面体几何联合在一起，存储到新的多面体要素类中。在ArcGISEngine中，进行多面体之间的差异、相交、联合等三维要素分析需要通过调用Analyst3DTools类库中的GP（Geoprocessing，地理处理工具）工具实现，只需要设置相应工具的输入参数即可。,实现思路如下：(1)根据需要，选择GP工具，这里调用Analyst3DTools类库中的Difference3D、Intersect3D和Union3D三个工具；(2)为每个工具设置输入参数和输出参数；(3)执行GP工具，显示所有结果。,12,精品课件,2.MultiPatch,左图显示的是两个多面体要素差异后的结果，在进行多面体差异、相交和联合之前，要设置输出结果的保存路径。,13,精品课件,3.TIN数据,TIN是表示三维表面非常有效的工具，常用于表示地球自然表面、各类现象的趋势面等。由于TIN能较好地表示地理现象的三维可视化，所以在GIS的三维地形可视化领域中有着广泛的应用。加载TIN数据TIN数据集的加载需要用到ITINWorkspaceFactory接口、ITINWorkspace接口、ITIN接口和ITINLayer接口。实现思路如下：(1)获取TIN数据的文件路径；(2)使用IWorkspaceFactory的Creat方法实例化一个TinWorkspaceFactoryClass对象、使用ITinWorkspace、ITin、ITINLayer等接口将TIN中的数据提取，并转化为一个图层（Layer）；(3)将图层（Layer）添加进SceneControl，刷新SceneControl以显示该TIN。,14,精品课件,3.TIN数据,加载TIN数据,15,精品课件,3.TIN数据,TIN数据创建在ArcGIS中，创建TIN的方式有三种，分别是：由矢量要素创建TIN、由栅格数据创建TIN和由Terrain数据集创建TIN。矢量数据创建TIN由矢量数据创建TIN需要用到ITINEdit接口，在该接口中有两种方法来创建TIN。一种是通过AddPointZ方法加载有限个三维点数据创建TIN，另一种是通过AddFromFeatureClass方法加载矢量数据图层创建TIN，最后都调用ITINEdit接口的SaveAs方法将创建的TIN数据保存。,16,精品课件,3.TIN数据,左图显示的是由离散点图层创建TIN的结果，生成TIN前要先选择点图层和设置TIN的保存路径；点数据创建TIN则是在代码中新建三维点创建TIN。,17,精品课件,3.TIN数据,由栅格数据创建TIN由栅格数据创建TIN，需要用到ITINEdit接口，通过该接口的AddFromPixelBlock方法加载栅格单元创建TIN，然后调用该接口的SaveAs方法将创建的TIN数据保存。,18,精品课件,3.TIN数据,TIN表面分析基于TIN表面可以做各种表面分析，如计算TIN的体积、表面积和投影面积，获取TIN表面某点的三维坐标、坡度、坡向、等高线和最陡路径，也可以生成TIN图层表面坡度和坡向图层，绘制TIN表面的剖面线。计算TIN的体积、表面积和投影面积计算TIN的体积、表面积和投影面积，需要用到ISurface接口，通过ISurface接口的GetVolume方法、GetSurfaceArea方法和GetProjectedAre方法获得相应结果。实现思路如下：(1)获得SceneControl中的某个TIN图层，并通过ISurface接口得到表面；(2)设置基本高度和投影方向；(3)获取结果显示。,19,精品课件,3.TIN数据,20,精品课件,3.TIN数据,获取TIN表面某点三维坐标、坡度和坡向获得TIN表面某点的三维坐标信息、坡度信息和坡向信息，需要调用ISurface接口，通过ISurface接口的GetElevation方法、GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法获取相应信息。实现思路如下：(1)获取某个TIN图层，并通过ISurface接口得到表面；(2)点击TIN表面一点，通过ISurface接口的GetElevation方法、GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法获得该点信息；(3)显示该点信息。,21,精品课件,3.TIN数据,上图显示的是TIN表面某点的属性信息，鼠标左键单击TIN表面一点将弹出该点的属性信息。,获取TIN表面某点三维坐标、坡度和坡向,22,精品课件,3.TIN数据,生成TIN表面某点等高线和最陡路径获得TIN表面某点的高度及该点所在的等高线和最陡线，需要使用ISurface接口，通过ISurface接口的GetElevation方法、GetContour方法和GetSteepestPath方法获取相应信息。实现思路如下：(1)获得一个TIN图层，并通过ISurface接口得到TIN表面；(2)点击TIN表面一点，通过ISurface接口的GetElevation方法得到该点高度信息，然后通过GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法获得该点的等高线和最陡线。,23,精品课件,3.TIN数据,上图显示的是点击TIN表面一点显示该点的等高线和最陡线，其中鼠标左键显示等高线，右键显示最陡线。,生成TIN表面某点等高线和最陡路径,24,精品课件,3.TIN数据,获取TIN表面坡度、坡向图在ArcGISEngine中，计算整个TIN表面坡度和坡向需要通过调用Analyst3DTools类库中的GP工具实现，在实现的过程中，只需要设置相应GP工具的参数即可。实现思路如下：(1)添加Analyst3DTool引用，选择Analyst3DTool中的SurfaceSlope类和SurfaceAspect类，并将其实例化；(2)设定SurfaceSlope对象和SurfaceAspect对象的in_surface属性（TIN文件的路径）和out_feature_class属性（结果保存路径）；(3)调用Geoprocess的Execute方法运行GP工具，并将结果显示。,25,精品课件,3.TIN数据,获取TIN表面坡度、坡向图,26,精品课件,3.TIN数据,绘制TIN表面剖剖面线反映沿表面上某条线前进时表面高程变化的情况，如在工程上，常常需要提取地形断面，即剖面线。剖面线的绘制通常采用该区域的TIN表面，需要用到ISurface接口的GetProfile方法，实现思路如下：(1)在表面绘制一条线；(2)通过ISurface接口的GetProfile方法获得沿着该线的剖面线；(3)读取剖面线的属性，并将其在坐标系中显示出来。,27,精品课件,3.TIN数据,绘制剖面图,左图显示的是TIN表面某一线段的剖面线，首先在TIN表面单击选取两个点，然后点击绘制剖面图按钮，显示剖面线。,详细代码见程序,28,精品课件,4.SceneControl三维可视化,ArcGISEngine提供了两个显示三维的控件，分别是SceneControl和GlobeControl，它们分别对应于ArcGIS桌面产品中的ArcScene和ArcGlobe。本节主要介绍使用SceneControl实现三维地图的加载、浏览、二维数据以三维显示以及三维动画等。,29,精品课件,4.SceneControl三维可视化,三维数据加载在三维控件中加载三维数据是三维可视化的第一步，在ArcGISEngine中加载ArcScence文档即是加载*.sxd格式文件，需要调用ISceneControl接口的LoadSxFile方法，实现思路如下：(1)得到*.sxd文档的具体路径；(2)调用ISceneControl接口的CheckSxFile方法检查*.sxd文档是否可用；(3)如果*.sxd文档可用，则调用ISceneControl接口的LoadSxFile方法将*.sxd文档加载进SceneControl控件。,30,精品课件,4.SceneControl三维可视化,三维数据加载,31,精品课件,4.SceneControl三维可视化,三维地图浏览在ArcScene中，三维地图浏览包括导航、放大、缩小、平移、全图、飞行、目标处居中、缩放至目标、设置观察点、选择要素与清除所选要素等。在ArcGISEngine中实现这些操作有两种方式：一是不需编写任何代码，直接在ToolbarControl控件中添加相关工具即可；二是调用ICommand接口，对已经封装好的相关功能类进行实例化。,三维浏览功能的类,32,精品课件,4.SceneControl三维可视化,三维地图识别三维地图识别是指获取地图某一点上的所有图层信息，类似于ArcScene和ArcMap中的Identify工具。在ArcGISEngine的三维分析模块中，不能直接调用Identify工具，需要通过IHit3DSet和ISceneGraph接口编程实现。实现思路如下：(1)在SceneControl控件中单击某点，通过ISceneGraph接口的LocateMultiple方法返回一个IHit3DSet类型对象，并解析IHit3DSet对象包含的所有图层信息；(2)将信息以TreeView的形式显示。,33,精品课件,4.SceneControl三维可视化,三维地图识别,左图显示的是鼠标单击场景中的一点，弹出该点的属性信息。,34,精品课件,4.SceneControl三维可视化,遥感影像图与三维地形叠加为了便于观察和分析，很多情况下需要将二维数据在三维表面上显示。如将遥感影像叠加在三维地形上，以便清楚地辨别各类地貌特征，便于增强对影像模式及其对地形相关性的理解，实现思路如下：(1)加载TIN数据和影像数据；(2)将影像图层的三维属性添加到I3DProperties类型的对象中；(3)将I3DProperties类型对象的BaseSurface属性设置为TIN表面，调用I3DProperties对象的Apply3DProperties方法将三维信息应用到影像数据，刷新视图。,35,精品课件,4.SceneControl三维可视化,上图显示的是将遥感影像叠加在TIN表面的显示效果。,36,精品课件,4.SceneControl三维可视化,矢量图层与地形叠加除了遥感影像和三维地形叠加以外，在实际应用中，很多时候需要将矢量数据叠加到三维地形上，以便直观地观察地理现象和表达地理要素。矢量数据与地形叠加的原理同影像与地形叠加的原理相似。,37,精品课件,4.SceneControl三维可视化,三维动画ArcGISEngine中，通过使用三维书签和制作关键帧来创建动画，需要用到BookMark3D类、IKeyframe接口、IAnimationTrack接口和IAnimationTracks接口，实现思路如下：(1)将当前场景保存为三维书签，并调用IKeyframe接口的CaptureProperties方法创建一个关键帧；(2)调用IAnimationTrack接口的InsertKeyframe方法将所有的关键帧加入IAnimationTrack类型的对象；(3)调用IAnimationTracks接口的AddTrack方法将IAnimationTrack类型对象添加，并调用IAnimationTracks接口的ApplyTracks方法播放动画。,38,精品课件,4.SceneControl三维可视化,39,精品课件