ArcGIS三维解决方案要点

ArcGIS三维解决方案1. 基本架构ArcGIS为3D GIS提供了全面的解决方案：利用ArcSDE空间数据库引擎来存储和管理空间地图数据，通过ArcMap、ArcGlobe等桌面软件来制作准备二维、三维地图数据文件，然后通过ArcGIS Server发布和管理地图服务，供ArcGlobe、ArcGIS Explorer和Web浏览器等客户端来访问。与二维GIS一样，3DGIS同样包含了数据可视化、空间分析、数据管理三个部分。Geodatabase模型将彻底支持3D，不是2.5D的可视化，而是真3D的数据对象和要素，同时，ArcGIS还提供了处理3D数据模型的分析工具，包括3D line of site、对象的3D buffering、envelopes和体积表现的可视化和三维分析。ArcSDE，即数据通路，是ArcGIS的空间数据引擎，它是在关系数据库管理系统（RDBMS）中存储和管理多用户空间数据库的通路。从空间数据管理的角度看，ArcSDE是一个连续的空间数据模型，借助这一空间数据模型，可以实现用RDBMS管理空间数据库。在RDBMS中融入空间数据后，ArcSDE可以提供空间和非空间数据进行高效率操作的数据库服务。ArcSDE采用的是客户/服务器体系结构，所以众多用户可以同时并发访问和操作同一数据。ArcSDE还提供了应用程序接口，软件开发人员可将空间数据检索和分析功能集成到自己的应用工程中去。ArcGIS Server发布的三维地图服务，可以通过ArcGlobe、ArcGIS Explorer等客户端来显示ArcGIS Explorer介绍ArcGIS Explorer是一个可以免费下载的3D高性能可视化客户端，由ArcGIS Server提供强大的空间信息浏览功能，无论是2D还是3D的信息并提供了强大的对数据的查询和分析任务。ArcGIS Explorer通过访问ArcGIS Server提供的强大的完整的GIS功能，整合了GIS数据集与基于服务器的空间处理功能，提供了空间处理和3D服务。ArcGIS Explorer也可以使用本地数据和ArcIMS的服务，ArcWeb Services，OGC WMS和KML，具有开发性和互操作能力。ArcGIS Explorer可以被任何个人和专业人员下载和使用。ArcGIS Explorer可以访问ArcGIS Server提供的完整的GIS功能。通过ArcGIS Explorer，我们可以：无缝的以2D和3D方式浏览整个世界的数据；集成本地数据以及来自ArcGIS Server，ArcIMS的服务和数据，OGC WMS或ArcWeb Services；ArcGIS Explorer还支持KML和KMZ格式的数据文件；通过任务进行GIS分析，如可视化分析，建模，邻域查找和统计分析；以地图的方式回答跟地理相关的问题，并与他人共享你的结果；使用自有的服务器上的数据和地图，并与其他服务器上的数据联合使用ArcGIS Explorer可以使用ArcGIS Online发布的内容和功能，包括全套的地理底图数据和图层数据以及一些帮助用户初步构建三维地球或者二维地图的核心工具。ArcGIS Explorer也支持各种各样的通用GIS数据源，包括ArcGIS地图服务和数字地球服务，图层文件、图层包、栅格文件、shapefile文件、geodatabase等。另外，用户还能导入GPS数据或者连接到GeoRSS来订阅数据源。照片、报表和链接以及其他数据也能被嵌入地图，并通过ArcGIS Explorer新的地图演示模式来显示。ArcGIS Explorer新增了2D/3D切换的功能按钮，点击它可以自由地切换ArcGIS Explorer的2D视图和3D视图模式，从而为用户提供完整的地图可视化控制功能。ArcGIS Explorer可以通过添加插件的方式对其功能进行扩展，添加的扩展新功能可以直接集成到应用程序的Ribbon工具栏中。用户可以在ESRI网站上下载大量的插件实例使用，同时用户可以通过ArcGIS Explorer 软件开发包（SDK）开发自己的插件。2. 基本功能ArcGIS实现了三维建模、数据编辑、要素存储、性能优化以及分析的巨大飞跃。 可视化：使用ArcGlobe进行海量数据可视化，使用ArcSence进行小场景数据或者没有地理坐标的数据可视化。 数据管理：可在ArcGlobe或者ArcSence环境下进行数据的创建和数据编辑。 空间分析：可使用地理出力（geoprocessing）工具对三维数据进行分析，并且三维环境也集成了专门的三维工具（如三维测量）。 数据共享：使用ArcGIS Server可以非常方便的将三维数据和分析工具发布成Globe 服务和geoprocessing 服务，实现数据、功能的共享。2.1 地图数据组织和管理数据是整个系统的关键，3D GIS数据包括：主要成分l 建筑及构造物l 底图或航片/卫星图片l 数字地形模型(DEM)视觉增强辅件：l 植物l 街景构件l 字标动态数据：l 交通l 街灯l 树木1、三维数据建库流程数据准备 可获取的资源 影像数据；(DOM、DEM) 矢量数据；(路网、管网、电网) 地名数据；(Label、Annotation) 模型数据；(Multipatch、SketchUp、3dMax) 其他GIS数据；(GDB、Shp)创建三维场景利用桌面软件ArcGlobe来创建三维场景，添加需要的各种要素，如文字标注、街景和植被数据、三维建筑模型等等。其中三维建筑模型可以用二维底图来构建，也可以导入第三方软件（如Sketchup、3DMAX）做好的3D模型数据。添加文字标注添加植被导入3d模型2.2 ArcGIS Server发布地图服务内容制作层表现层(任何浏览器)Globe ServicesMap &ChartServicesImage-ProcessingServicesOpen Web ServicesTracking& RSS Services服务和发布层2-D Viewers3-D ViewersMetadataCatalog ServicesGeo-ProcessingServicesCOPEnterprise Service Bus MobileDesktopServerArcGIS Server 是功能强大的基于服务器的 GIS 产品，用于构建集中管理的、支持多用户的、具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务，如：空间数据管理、二维三维地图可视化、数据编辑、空间分析等即拿即用的应用和类型丰富的服务。ArcGIS Server 提供广泛的基于 Web 的 GIS 服务，以支持在分布式环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑和其它的GIS功能。ArcGIS Server 主要功能包括： 支持二维三维地图可视化；除标准浏览器外，还支持ArcGISDesktop和ArcGIS Explorer等桌面客户端；可以集成多种GIS服务；支持标准的WMS、WFS；提供配置、发布和优化GIS服务器的管理工具；提供.NET和Java软件开发工具包；提供通用的框架在企业内部建立和分发GIS应用；提供操作简单、易于配置的Web应用；提供通用的GIS数据管理框架；支持在线的空间数据编辑和专业分析；1）通过ArcGIS桌面进行内容创建和发布ArcGIS Server 利用ArcGIS桌面产品创建用来发布的地图，Globe以及空间处理任务，然后在ArcGIS Server上进行发布。发布过程既可以在ArcGIS桌面中的ArcCatalog环境下进行，也可以在基于浏览器的ArcGIS Server管理器中完成。如果想要共享这些资源，你可以首先在ArcGIS Server中使用这些资源创建Web服务，然后通过各种客户端产品（也可以是其他的服务器）访问和使用这些资源。2）二维地图服务二维地图服务提供对ArcMap文档（.mxd）内容的访问。创建地图服务之前，必须在ArcMap中首先创建一个地图文档，然后发布为地图服务。创建地图缓存（可选）地图缓存是在多级比例尺下预先渲染的分块的地图集合，用来提高地图显示和使用的效率。因为地图影像不需要根据用户的请求动态实时地渲染生成，因此缓存服务可以大大提高显示速度。然而，因为地图影像是在创建地图缓存时预先计算生成的，因此地图缓存只能用来提供静态的地图内容。地图缓存保存了一系列比例尺下的地图数据，每个比例尺对应一定详细程度和分辨率的地图信息。在构建应用之前，一个好的设计首先要确定使用哪些比例尺，以及包含何种详细程度的地图信息。ArcMap和它所包含的按比例地图显示功能可以用来生成和维护高性能的地图缓存。3）Globe服务 在ArcGlobe中创建的Globe文档可以发布为ArcGIS Server 的Globe服务。Globe服务提供对三维地球的访问能力，我们可以交互使用三维地球，并将它与其他地理信息叠加显示。我们可以在ArcGlobe， ArcReader和新的免费的ArcGIS Explorer应用中使用globe服务。Globe服务还可以被发布为KML服务，被其他的可视化应用所使用。通过ArcGIS Server创建自己的虚拟全球视图：通过ArcGIobe和ArcGIS Server，你可以创建完全基于自己GIS数据内容的2D和3D虚拟地球视图，并维护变化的信息。每个GIS应用都经常需要使用自己的数据信息，并访问特定的任务和执行操作。GIS用户必须能够基于自己的数据构建可视化和分析应用。4）空间处理服务空间处理的基本目的是为了帮助你自动完成GIS任务。几乎所有应用GIS的地方都会包含一些需要重复执行的工作。因此产生了构建一个空间处理框架的需求，在这个框架下，支持多步骤任务的定义和自动完成，支持工作流模型文档的编制，以及模型的共享。空间处理还支持空间建模和空间分析功能，它可以让我们更好的理解，分析和把握问题的方方面面。ArcGIS Server提供一个简单的机制可以将服务器上的空间处理工具和模型发布为任务，供远程的客户端调用，而任务本身在服务器端执行。GIS服务器提供的将空间处理模型和脚本发布为Web服务的能力，使得它变得异常强大。这些功能可以被多种客户端访问和使用，而不用考虑到客户端应用的类型。在上面的例子中，可以根据事故点进行电网故障追踪。这个功能是作为ArcGIS Explorer 中的一个任务提供的。通过ArcGIS Explorer发送一个请求到ArcGIS Server的空间处理服务，由ArcGIS Server完成后台的分析。分析结果一方面以图形方式显示在3D地图中，另一方面提供故障诊断报告，并进行故障点定位。3. 服务组织3.1 组织流程3.2 性能优化由于WebGIS对数据传输效率的要求高，加上GIS系统数据量较大，为了提供系统整体显示效率，ArcGIS提供了系列性能优化方案：u 比例尺分级显示-以数据精度为基准，按照显示比例尺有层次的加载数据，提升整体三维显示效率。u 数据缓存-创建ArcGlobe创建缓存瓦片，以提高浏览速度 u 模型纹理调整3.3 三维分析GIS功能ArcGISServer提供了三维分析扩展模块， 3D 扩展提供了一套 3D GIS 功能用于创建和分析表面。3D 扩展添加了一些基于3D和地形的地理处理操作，这些操作可以发布为Web服务。三维缓冲区分析4. 三维GIS新特性一些新的特性：支持动态水、光影效果、3D航道规迹等特效；- 支持同一场景不同方案对比；- 支持平面视图和全球视图（WebGL Globe），数据以服务的形式加载，且具有高可伸缩性；- 支持上传到ArcGIS Online上与他人分享；- 支持3D专题图ArcGIS10 提供完整三维GIS系统，如下图：4.1 可视化增强 二维缓存地图的渲染更快 减少创建缓存的需求。 提高了文字注记和点标注的显示性能 内置的冲突检测避免文字显示压盖。 提高了三维模型的显示性能 自动的纹理处理机制 提高了三维矢量显示性能。 通过OpenGL模板缓冲机制(OpenGL stencil buffers)处理环绕地表(surface-hugging)的矢量要素 内存缓存设置存在地图文档中 分别为每个ArcGlobe文档设置内存缓存的大小，并为其中的各类图层分配大小合适的内存。 视频图层 完全动态的视频可按地理坐标贴到ArcGlobe中的地表上。这个视频不是一个独立的窗口去显示，而是贴到了地表上。 4.2 创建和管理三维数据的新功能 在ArcGlobe和ArcScene均有标准的编辑环境，可以创建和维护带高程值(z-aware)的GIS和多面体要素 完全基于模板编辑方式，所见即所得的编辑效果 标准的编辑功能 开始编辑、结束编辑、保存编辑。 支持捕捉功能和其它高精度编辑选项（例如平行线、垂直线、偏离和绝对XYZ坐标值） 移动、旋转、改变尺寸和模型替换等一些列高级编辑功能 能够将三维模型（例如COLLADA文件(3d标准格式)）以multipatch形式直接加载到三维视图中，并进行相应的移动、改变尺寸、旋转 4.3 三维分析功能增强 增加了三维布尔运算 例如相交(Intersect 3D)、合并(Union 3D)和包含(Inside 3D)运算。（应用于闭合的multipatche模型） 增加了创建虚拟城市工作流所需要的GP工具， 例如Skyline和Skyline Barrier工具 增强了现有的GP工具以更好地表现三维： 例如，Select by Location工具可利用三维距离作选择，multipatch对象可应用于视线分析 在三维中进行交互式测量 沿地表距离的距离、三维对象高度、两点间的三维距离。 三维的网络分析 增强了三维分析GP功能 新增26个GP工具 4.4 数据共享增强 利用ArcGIS Server可以方便的实现三维GIS地图和三维分析地理处理工具的服务发布。 增强kml支持、可以对kml实现查询，显示kml细节内容。 动画功能支持导出高质量的视频和影像序列（一序列的帧导出到一个文件夹）。 能够从ArcGlobe和ArcScene中导出更大（比desktop大）的图片(images)。5. 主要应用5.1 城市规划CityEngine批量建模能力，利用3D Analys Tools下的“Features from CityEngine Rules“工具调用CityEngine 2013创建的规则包（规则包有规则、贴图和规则中引用的外部模型组成），基于己有的2D数据快速生成三维模型。5.2 地形分析在ArcScene中基于3种数据集（地形栅格、TIN和多面体）进行显示。多面体形成的立体图的底部是基于两个TIN之间拉伸的结果，缓冲区多边形是拉伸过程中的输入要素类。事实上，这就是做一个高程栅格边缘的2D多边形缓冲5.3 可视化展示5.4 地质评估5.5 跟踪分析5.6 通视分析5.7 三位路径分析5.8 情景规划6. 主要优势：完整的二三维一体化实现6.1 数据一体化（1）、原有二维数据无需进行格式转换，避免了准备两份数据，减少空间冗余，易于更新维护； （2）、构建三维场景时，原有数据可以使用原二维数据高效的空间索引、影像金字塔、并且支持动态投影，减少再次数据处理时间，为高效运行提供了保障。6.2 编辑一体化（1）、二维和三维场景采用同样的基于模板编辑，支持标准 GIS 数据编辑功能（要素模板、增、删、改，属性编辑等），三维捕捉，三维图形编辑等； （2）、所见即所得编辑方式，三维下编辑数据跟二维下面一样的简单。6.3 存储和管理一体化（1）、管理三维数据就如同管理二维数据一样的简单； （2）、通