13地理信息系统arcgis实习教程第十三章.doc

土地资源网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_ex09ex13ex13.mxd，激活 data frame1（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“Attribute of 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 data frame1，选用菜单 View / Data Frame Properties，将 Map Units 和 DisplayUnits 均改为 Meters，返回 data frame1。图 13-1 data frame1 的显示选用菜单 Tools / Extension，加载 3D Analyst 扩展模块。勾选菜单 View / Toolbars / 3D Analyst，调出 3D Analyst 工具条。在 3D Analyst 工具条上，选用菜单3D Analyst / Create / Modify TIN / Create TIN form Features（从要素生成不规 则三角形网络，Triangulated Irregular Network，简称 TIN），随即出现 Create TIN from Features 参数设置对话框：Layers： 高程点勾选，由图层“高程点”产生 TINSetting for selected layer：Height Source：HEIGHT下拉选择，高程值源于属性字段 HEIGHTTriangulate as：mass points下拉选择，用 mass points 算法，默认Tag Value field: <none>不输入Output TIN: D:gis_ex09ex13tempheight_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 Add Render 对话框中选择 Edges with the same symbol，点击 Add 按钮，则将显示 TIN 的线要素，去掉 Elevation 前的勾选框。到 Layer Properties 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 3D Analyst 工具条上，选用菜单 3D Analyst / Surface analysis / Contour，系统出现 Contour 参数设置对话框：Input surface：height_tin下拉选择 TIN 数据名Contour interval：0.5键盘输入等高线的间距为 0.5Base contour：0等高线从高程 0 开始Z factor：1纵向比例不夸张Output features：D:gis_ex09ex13tempcnt1.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 Spatial Analyst。选用菜单Spatial Analyst / Options，设置 Spatial Analyst 的初始化选项：（1）General 标签Working：D:gis_ex09ex13temp 指定工作路径Analysis mask：<None>不选Analysis Coordinate System：选择下侧圆点，参照当前激活图层的坐标系（2）Extents 标签Analysis extent：Same as Layer“边界” 下拉选择，产生新栅格的空间范围（3）Cell size 标签Analysis cell：As Specified Below下拉选择Cell size：25键盘输入栅格单元的大小Number of Rows: 200自动确定栅格的行数Number of Columns: 280自动确定栅格的列数 按“确定”键返回。完成 Spatial Analyst 初始化设置，选用菜单 Spatial analyst/ Interpolate to raster / Inverse Distance Weighted，系统出现 Inverse DistanceWeighted 参数设置对话框：Input points：高程点下拉选择图层名Z value field：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Search radius type：Variable 下拉选择，按最近距离相邻计算，不设固定搜寻半径Number of points: 10计算每个栅格单元时用离它最近的 10 个样本点土地资源网国内最大的土地流转平台 Use Barrier polylines：不勾选，地表没有特殊障碍物Output cell size：25产生栅格的单元大小，用初始设置，默认Output raster：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：Equal Interval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 Spatial analyst / Surface Analysis / Contour（生成等值线），系统出现 Contour 参数设置对话框：Input surface：surface下拉选择栅格图层名Contour interval：0.5键盘输入，等高线的间距为 0.5Base contour：0键盘输入，等高值从高程 0 开始Z factor：1键盘输入，纵向比例不夸张Output features：D:gis_ex09ex13tempcnt2.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 data frame2（见图 13-6），有一个场地设计高程控制点图层，打开属性表“Attribute of 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 Data frame2，在 Data frame2 的属性设置对话框的 General 标签中，将 Map Units 和 Display Units 均改为 Meters，返回 data frame2。如果 3D Analyst 未加 载，选菜单 Tools / Extensions / 3D Analyst，如果没有 3D Analyst 工具条，勾选 View / Toolbars / 3D Analyst，调出工具条。激活设计高程控制点图层，选择菜单3D Analyst / Create / Modify TIN / Create TIN form Features，随后出现 Create TIN form Features 参数设置对话框： 图 13-6 Data frame2 显示Layers：设计高程点勾选，由图层“设计高程点”产生 TINSetting for selected layer：Height Source：HGT高程值源于属性 HgtTriangulate as：mass points用高程点的算法，使用默认值Tag Value field: <none>不选Output TIN: D:gis_ex09ex13tempdsg_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_ex09ex13 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 Layer Properties / 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 3D Analyst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 Layer Properties 对话框中激活 base heights 标签，设置三维图层的显示特征： Use constant value or expressions to set height for layer不选· Obtain height for layer from surface：D:gis_ex09ex13tempdsg_tin下拉选择Z unit conversion：Apply conversation factor to place height in same units. 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Add an offset using constant or expression：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 Layer Properties 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 Base Heights标签： Use constant value or expressions to set height for layer 不选· Obtain height for layer from surface：d:gis_ex09ex13tempdsg_tin 下拉选择，将dsg_tin 定义成基准面Z unit conversion:Apply conversation factor to place height in same units. 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 1.1Add an offset using constant or expression：0和基准地表之间的间距为零再激活 Extrusion 标签，勾选 Extrusion features in layer. ，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 add it to each features minimum height，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，Obtain height for layer from surface 同样选择d:gis_ex09ex13tempdsg_tin，将 dsg_tin 定义成基准面，Z unit conversion 的参数为 1.1, Add an offset using constant or expression 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.dwg Polyline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（Animation Tools）。在动画工具条上，选取菜单Animation / Camera Flyby from Path，出现 Camera Flyby from Path（相机沿路线飞行）对话框。在其中：Apply in reverse order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Vertical offset：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（path destination），有三个选项：Move both observer and target along path（flyby）同时沿路径移动观测者和观测目标 Move observer along the path with the current target 观测目标不变，观测者沿路径移动 Move target along the path with the current observer 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（Animation Controls），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 5.0 sec.表示动画时长 5 秒。Play mode：下拉选择 play once forward 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（Play mode）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/ Export to Video，将动画文件存放到自己临时目录D:gis_ex09ex13temp，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 Microsoft Media Player 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 data frame3，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 3D Analyst 工具条上，选用菜单 3D Analyst / Create / Modify TIN / Create TIN form Features，随即出现 Create TIN from Features 参数设置对话框：图 13-13 Data frame3 的显示Layers： contour勾选图层 contourSetting for selected layer：Height Source：ELEVATION下拉选择，高程值源于字段 ELEVATION Triangulate as：soft line下拉选择，用 soft line 算法Tag Value field：<none>不输入Layers： plain勾选图层“plain” Setting for selected layer：Height Source：Height下拉选择，高程值源于字段 HeightTriangulate as：hard clip下拉选择，用 hard clip 算法Tag Value field：<none>不输入Output TIN：D:gis_ex09ex13tempTin_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_ex09ex13temptin_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_ex09ex13image13.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 Layer Properties 对话框。激活 base heights 标签，设置图层的三维显示特征： Use constant value or expressions to set height for layer不选土地资源网· Obtain height for layer from surface：D:gis_ex09ex13temp tin_lake下拉选择Z unit conversionApply conversation factor to place height in same units. 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Add an offset using constant or expression：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 Layer Properties 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 13-15 ArcScence 中，在三维表面上叠加遥感影像最新土地工程招标信息、把握土地行业脉搏、海量规划设计方案文档下载尽在土地资源网