GIS实习教程第13章.docx
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GIS实习教程第13章
第十三章地表模型生成、显示
1由点状要素产生不规则三角网
启动\gis_ex09\ex13\ex13.mxd,激活dataframe1(见图13-1),可见到二个图层:
线状图层“边界”和点状图层“高程点”(见图13-1),打开图层属性表“Attributeof高程点”,可看到该图层有字段Height储存地形高程样本值,关闭属性表,返回dataframe1,选用菜单View/DataFrameProperties…,将MapUnits和DisplayUnits均改为Meters,返回dataframe1。
图13-1dataframe1的显示
选用菜单Tools/Extension…,加载3DAnalyst扩展模块。
勾选菜单View/Toolbars/3DAnalyst,调出3DAnalyst工具条。
在3DAnalyst工具条上,选用菜单3DAnalyst/Create/ModifyTIN/CreateTINformFeatures…(从要素生成不规则三角形网络,TriangulatedIrregularNetwork,简称TIN),随即出现CreateTINfromFeatures参数设置对话框:
Layers:
√高程点勾选,由图层“高程点”产生TIN
Settingforselectedlayer:
HeightSource:
HEIGHT下拉选择,高程值源于属性字段HEIGHT
Triangulateas:
masspoints下拉选择,用masspoints算法,默认
TagValuefield:
OutputTIN:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\height_tin生成的TIN数据名称及路径
图13-2由高程点产生的不规则三角网
按OK键继续。
系统根据高程样本点产生不规则的三角形网络,构成三维地面模型。
双击图层height_tin,出现图层特征设置对话框。
激活Symbology标签,在左侧Show:
选区点击Add…,在弹出的AddRender对话框中选择Edgeswiththesamesymbol,点击Add按钮,则将显示TIN的线要素,去掉Elevation前的勾选框。
到LayerProperties对话框中,按“确定”键,可以观察到TIN模型是由不规则三角形组成的网络平面(见图13-2)。
图13-3从TIN产生的等高线
选择图层名height_tin,在3DAnalyst工具条上,选用菜单3DAnalyst/Surfaceanalysis/Contour…,系统出现Contour参数设置对话框:
Inputsurface:
height_tin下拉选择TIN数据名
Contourinterval:
0.5键盘输入等高线的间距为0.5
Basecontour:
0等高线从高程0开始
Zfactor:
1纵向比例不夸张
Outputfeatures:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\cnt1.shp产生等高线的文件名、路径
按OK键后,系统生成等高线图层cnt1(见图13-3)。
读者可以看到,在右下
侧边缘处等高线不符合实际,这是缺少高层样本点造成的。
2不规则三角网和距离倒数权重法插值比较
选用菜单Tools/Extension…,加载栅格分析模块SpatialAnalyst。
选用菜单SpatialAnalyst/Options…,设置SpatialAnalyst的初始化选项:
(1)General标签
Working:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\指定工作路径
Analysismask:
AnalysisCoordinateSystem:
选择下侧圆点,参照当前激活图层的坐标系
(2)Extents标签
Analysisextent:
SameasLayer“边界”下拉选择,产生新栅格的空间范围
(3)Cellsize标签
Analysiscell:
AsSpecifiedBelow下拉选择
Cellsize:
25键盘输入栅格单元的大小
NumberofRows:
200自动确定栅格的行数
NumberofColumns:
280自动确定栅格的列数
按“确定”键返回。
完成SpatialAnalyst初始化设置,选用菜单Spatialanalyst/Interpolatetoraster/InverseDistanceWeighted…,系统出现InverseDistanceWeighted参数设置对话框:
Inputpoints:
高程点下拉选择图层名
Zvaluefield:
HEIGHT下拉选择高程字段
Power:
2键盘输入,计算距离的权重为2次幂
Searchradiustype:
Variable下拉选择,按最近距离相邻计算,不设固定搜寻半径
Numberofpoints:
10计算每个栅格单元时用离它最近的10个样本点
□UseBarrierpolylines:
不勾选,地表没有特殊障碍物
Outputcellsize:
25产生栅格的单元大小,用初始设置,默认
Outputraster:
surface产生栅格的数据名,路径用初始化的设置
图13-4用距离倒数权重法产生的栅格模型(同时显示用TIN产生的等高线)
确定上述插值参数后按OK键,系统将产生一个新的图层surface,并用默认的方式显示,鼠标双击该图层名,在图层属性对话框中选择Symbology标签,在Show:
选区中选择Classified,在对话框右侧点击Classfy…,在弹出的Classification对话框中定义:
Method:
EqualInterval用等距分类法
Classes:
7分为7类
按OK键继续,再修改栅格图层显示(见图13-4)。
选用菜单Spatialanalyst/SurfaceAnalysis/Contour…(生成等值线),系统出现Contour参数设置对话框:
Inputsurface:
surface下拉选择栅格图层名
Contourinterval:
0.5键盘输入,等高线的间距为0.5
Basecontour:
0键盘输入,等高值从高程0开始
Zfactor:
1键盘输入,纵向比例不夸张
Outputfeatures:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\cnt2.shp输出数据名称和路径
图13-5二种方法产生的等高线比较(浅色是TIN方法,深色是距离倒数权重法)
按OK键后,系统将生成等高线图层cnt2.shp(见图13-5)。
读者可对距离倒数权重法、不规则三角网产生的等高线作比较。
在一般情况下,不规则三角网比较符合地形特征(本例右下侧的问题是缺少样本点造成的)。
3建立设计场地的三角网高程模型
激活dataframe2(见图13-6),有一个场地设计高程控制点图层,打开属性表“Attributeof设计高程点”,可看到每个点有属性Hgt,储存了该点的设计高程。
鼠标双击Dataframe2,在Dataframe2的属性设置对话框的General标签中,将MapUnits和DisplayUnits均改为Meters,返回dataframe2。
如果3DAnalyst未加载,选菜单Tools/Extensions…/3DAnalyst,如果没有3DAnalyst工具条,勾选View/Toolbars/3DAnalyst,调出工具条。
激活设计高程控制点图层,选择菜单3DAnalyst/Create/ModifyTIN/CreateTINformFeatures…,随后出现CreateTINformFeatures参数设置对话框:
图13-6Dataframe2显示
Layers:
√设计高程点勾选,由图层“设计高程点”产生TIN
Settingforselectedlayer:
HeightSource:
HGT高程值源于属性Hgt
Triangulateas:
masspoints用高程点的算法,使用默认值
TagValuefield:
OutputTIN:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\dsg_tin生成TIN的数据名称及存储路径
按OK键继续,系统根据设计高程产生不规则的三角形网络,构成三维地面模型(见图13-7)
图13-7系统产生三角网地面模型
4在场地上添加其他要素
选用工具
添加CAD数据,在D:
\gis_ex09\ex13目录下,将三个数据源(AutoCAD的图形文件)读入,CAD数据源的图标是立体形状的,单击后出现进一步选择哪类要素的提示,一般的提示为点(Point)、线(Line)、面(Polygon)、注记(Annotation),这里增加的三个图层为:
bldg.dwg选Polygon,多边形,建筑物
road.dwg选Polyline,多义线,道路,
water.dwg选Polygon,多边形,水面
针对每个CAD图层,通过LayerProperties/Symbology,为dwg数据选择合适的颜色,并显示(见图13-8)。
图13-8读入DWG数据后的显示
5三维显示
在ArcGIS中显示三维图形需要启用ArcScene模块。
在Windows下选择“开始/程序/ArcGIS/ArcScene”,启动ArcScene模块。
也可以直接在3DAnalyst工具条中,点击
按钮直接启动ArcScene。
在ArcScene中点击
按钮添加将被显示的数据,依次选择上述的3组dwg数据以及生成的TIN表面模型dsg_tin。
可用鼠标点击按钮Navigate
,再用鼠标在视图窗口中控制观察地形的三维视角。
按住鼠标左键不放可以旋转视图,按住鼠标左键不放可以平移视图,按住鼠标右键不放可以缩放视图。
在地图文档窗口鼠标双击图层dsg_tin(三维地表),在LayerProperties对话框中激活baseheights标签,设置三维图层的显示特征:
○Useconstantvalueorexpressionstosetheightforlayer不选
○·Obtainheightforlayerfromsurface:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\dsg_tin下拉选择
Zunitconversion:
Applyconversationfactortoplaceheightinsameunits.custom下拉选择1.0000
输入纵向比例,地表模型的纵向比例不夸张
Addanoffsetusingconstantorexpression:
0地表模型纵向不平移
按“确定”键返回图层属性定义对话框,再关闭LayerProperties对话框。
鼠标双击图层bldg.dwg(建筑物),在图层特征对话框中激活BaseHeights标签:
○Useconstantvalueorexpressionstosetheightforlayer不选
○·Obtainheightforlayerfromsurface:
d:
\gis_ex09\ex13\temp\dsg_tin下拉选择,将dsg_tin定义成基准面
Zunitconversion:
Applyconversationfactortoplaceheightinsameunits.custom下拉选择1.0000输入纵向比例,地表模型的纵向比例不夸张,为防止显示误差可改为1.1
Addanoffsetusingconstantorexpression:
0和基准地表之间的间距为零
再激活Extrusion标签,勾选Extrusionfeaturesinlayer.…,在文本框中或用右边的计算器输入表达式[Thickness]*1,表示建筑物纵向拉伸值用AutoCAD输入的图形实体属性Thickness,所乘的系数为1,如果大于1,则建筑物的高度得到夸张。
在下方的下拉菜单中选择addittoeachfeature’sminimumheight,表示从要素的最低点开始拉伸。
按OK键,关闭图层特征定义对话框。
按上述方法分别对图层road.dwg(道路)和water.dwg(水面)作三维特性定义,与图层bldg.dwg(建筑物)的定义相比,道路、水面三维显示特性的定义略有不同,Obtainheightforlayerfromsurface同样选择d:
\gis_ex09\ex13\temp\dsg_tin,将dsg_tin定义成基准面,Zunitconversion的参数为1.1,Addanoffsetusingconstantorexpression的参数为0,Extrusion的参数为0。
图13-9三维显示
完成后按“确定”键关闭图层属性定义对话框。
读者可观察到,道路、水面、建筑和地表组合在一起的三维显示效果,可以点击有关按钮,放大、缩小三维图形,三维图形的显示速度和计算机硬件性能密切相关。
由于本练习的设计地形在纵向上没有夸张,观察到的地形起伏不是很明显(见图13-9)。
6生成三维动画
继续在ArcScene中,使用要素选择工具
,在道路图层road.dwgPolyline上选择一段道路中心线,选中的线要素显示为浅蓝色。
选取菜单View/Toolbars/Animation,调出动画工具条(AnimationTools)。
在动画工具条上,选取菜单Animation/CameraFlybyfromPath…,出现CameraFlybyfromPath(相机沿路线飞行)对话框。
在其中:
Applyinreverseorder不钩选,表示动画将沿选中路径的本身数字化方向进行,反之,若钩选,动画则沿反方向进行
Verticaloffset:
1.8输入相机的相对于地表的高度,此处设为3米
然后需要选择路径方向(pathdestination),有三个选项:
Movebothobserverandtargetalongpath(flyby)同时沿路径移动观测者和观测目标
Moveobserveralongthepathwiththecurrenttarget观测目标不变,观测者沿路径移动
Movetargetalongthepathwiththecurrentobserver观测者不变,观测目标沿路径移动
图13-10设置动画
可按自己需要,任意钩选其中的一种方式。
对话框中的其余设置可以不变,采用默认值,单击Import,完成设置退出对话框。
在动画工具条上,选取工具,打开动画控制工具面板(AnimationControls),在动画空置面板中,单击Options,展开面板。
在其中设置播放动画的有关参数:
Duration:
输入5.0sec.表示动画时长5秒。
Playmode:
下拉选择playonceforward表示动画向前播放一次。
图13-11播放动画
点击播放按钮
,就可以看到沿选中路径生成的动画(见图13-11)。
如在播放模式(Playmode)中选择其他选项,可以反复播放,或倒放动画。
将当前产生的动画输出保存。
ArcScence可以将产生的动画输出为AVI格式的视频文件,可以在其他软件中使用。
在动画工具条中,单击选取菜单Animation/ExporttoVideo…,将动画文件存放到自己临时目录D:
\gis_ex09\ex13\temp\,输入文件名Video1.avi。
单击Export,就完成动画文件输出(操作系统不同,单击export后可能会出现AVI格式输出方式选择提示)。
输出后的AVI文件可以用MicrosoftMediaPlayer等多媒体播放器播放。
输出动画到视频文件不成功,原因往往与计算机的内存大小、显存大小、磁盘剩余空间大小有关,一般可以通过适当缩小ArcScence的显示窗口得到解决。
这样得到的AVI视频文件分辨率也会相应变小。
在ArcScence中,选择菜单File/Exit,退出ArcScence,重新返回ArcMap。
图13-12输出动画到AVI格式的视频文件
7地形上叠加影像
返回ArcMap,激活dataframe3,在其中有图层contour、图层plain、影像图层image13.tif。
前两个图层用于生成TIN,其中的高程信息已经存储在属性表中。
其中,图层contour的高程信息在字段ELEVATION中,图层plain的高程信息在字段Height中,可打开各个图层的要素属性表查看。
image13.tif是该地区的遥感影像图,遥感影像图已经过配准,坐标与TIN三维地形已经完全对应(图13-13)。
在3DAnalyst工具条上,选用菜单3DAnalyst/Create/ModifyTIN/CreateTINformFeatures…,随即出现CreateTINfromFeatures参数设置对话框:
图13-13Dataframe3的显示
Layers:
√contour勾选图层contour
Settingforselectedlayer:
HeightSource:
ELEVATION下拉选择,高程值源于字段ELEVATION
Triangulateas:
softline下拉选择,用softline算法
TagValuefield:
Layers:
√plain勾选图层“plain”Settingforselectedlayer:
HeightSource:
Height下拉选择,高程值源于字段Height
Triangulateas:
hardclip下拉选择,用hardclip算法
TagValuefield:
OutputTIN:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\Tin_lake生成TIN的数据名称及路径
图13-14构造三维地表模型Tin_lake
按OK键继续,系统根据两个图层的高程信息,计算产生不规则的三角形网络,构成三维地面模型(见图13-14)
重新启动ArcScene,在ArcScene中,点击
按钮添加数据。
先选择刚刚生成的TIN数据:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\tin_lake,点击Add键添加三维地形地形表面。
再次击点
按钮添加数据,选择影像文件D:
\gis_ex09\ex13\image13.tif,点击Add键添加影像文件。
在ArcScene的TOC窗口,选择image13.tif(影像文件),单击鼠标的右键,在出现的菜单中选择Properties,进入LayerProperties对话框。
激活baseheights标签,设置图层的三维显示特征:
○Useconstantvalueorexpressionstosetheightforlayer不选
○·Obtainheightforlayerfromsurface:
D:
\gis_ex09\ex13\temp\tin_lake下拉选择
Zunitconversion
Applyconversationfactortoplaceheightinsameunits.custom下拉选择1.0000
输入纵向比例,1表示按TIN的高程数值,地表模型的纵向比例不夸张
Addanoffsetusingconstantorexpression:
0地表模型纵向不平移
按“确定”键返回图层属性定义对话框,关闭LayerProperties对话框。
可以看到,影像图已经按TIN的高程值,叠加在地形表面上。
为取得更好的视觉效果,去掉TOC中tin_lake前面的“√”,关闭图层tin_lake的显示。
由此,将遥感影像文件叠加在TIN数据上,从而实现将遥感影像文件转化为三维方式进行显示,取得逼真的三维显示效果(图13-15)。
读者可以设置改变影像文件image13.tif显示的纵向夸张值设为2,取得起伏更为明显的三维显示效果。
8本章小结
不规则三角形网络是描述三维表面的常用方法,除了地形,还可以用于其他领域。
在不规则三角网上还可以叠加其他要素,同时以三维方式显示。
在ArcScence中能按用户指定的方式产生三维场景动画,并可以输出成通用的视频文件,用其他软件播放。
在ArcScence中还能将影像文件叠加到已有的三维表面上,达到更好的三维显示效果。
图13-15ArcScence中,在三维表面上叠加遥感影像
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