牟乃夏ArcEngine教程-第11章__三维分析

1、牟乃夏牟乃夏 ArcGIS Engine 地理信息系统开发教地理信息系统开发教程程配套配套PPT-第11章 三维分析目录 1. 三维数据模型 2. MultiPatch 3. 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

2、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Triangle Strip、Triangle Fan和Ring三种类型。 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。2. MultiPatch MultiPatch几何类型又叫

3、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ArcGIS Desktop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Extrude Between、Layer 3D to Feature Class等。 2）通过从已有的模型中导入ArcGIS创建，例如SketchUp、COLLADA、3D Studio Max或Ope

4、nFlight等。 3）通过在ArcGIS Engine中编写代码创建。2. MultiPatchArcGIS Engine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MultiPa

5、tch。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

6、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。2. MultiPatch按钮名称按钮功能创建axes创建一个带有箭头的三维坐标轴创建TriangleStrip创建一个TriangleStrip样式的阶梯创建TriangleFan创建一个TriangleFan样式的棱锥创建Triangles创建Triang

7、les样式的多个三角片创建Ring创建一个Ring样式的迷宫创建RingGroup创建四个Ring样式的正方形环Extrusion拉伸一个正方形为棱柱Composite创建一个综合的房子样式实例按钮功能介绍详细代码见程序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

8、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。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。2. MultiPatchMultiPatch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。

9、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（Query Interface）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。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：

10、(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。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

11、合在一起，存储到新的多面体要素类中。 在ArcGIS Engine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。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

12、输出结果的保存路径。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、ITINLa

13、yer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。3. TIN数据 加载TIN数据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

14、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。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。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。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、

15、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。 TIN的体积、表面积和投影面积3. TIN数据3. TIN数据 获取TIN表面某点三维坐标、坡度和坡向 获得TI

16、N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。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

17、表面某点三维坐标、坡度和坡向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。3. TIN数据

18、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3. TIN数据 获取TIN表面坡度、坡向图 在ArcGIS Engine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_surf

19、ace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。3. TIN数据获取TIN表面坡度、坡向图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

20、示出来。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4. SceneControl三维可视化 ArcGIS Engine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。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ArcGIS

21、Engine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。4. SceneControl三维可视化 三维数据加载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

22、、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ArcGIS Engine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。类名功能ControlsSceneFlyToolClass飞行ControlsSceneFullExtentCommandClass全图ControlsSceneNavigateToolClass导航ControlsSceneOpenDocCommandClass 打开*.sxd文档ControlsScenePanTool

23、Class 漫游ControlsSceneSelectFeaturesToolClass单选要素ControlsSceneSelectGraphicsToolClass单选图形ControlsSceneSetObserverToolClass设置观察点ControlsSceneTargetZoomToolClass放大至目标ControlsSceneZoomInOutToolClass放缩场景ControlsSceneZoomInToolClass放大ControlsSceneZoomOutToolClass缩小 三维浏览功能的类4. SceneControl三维可视化 三维地图识别 三维地图

24、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ArcGIS Engine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。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

25、属性信息。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。4. SceneControl三维可视

26、化上图显示的是将遥感影像叠加在TIN表面的显示效果。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。4. SceneControl三维可视化 三维动画 ArcGIS Engine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