三維城市模型

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1、三維城市模型 心借鑒虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在逼真感知方面給用戶更多 的自由度 心虛擬GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)GIS——數(shù)碼城市 GIS——三維實(shí)時(shí)GIS 心逼真的三維城市環(huán)境 三維城市模型心三維城市模型特點(diǎn)： ?:?集成一維、二維和三維的可視化空間數(shù)據(jù)模型，支持 多種類型、多種分辨率的海量空間數(shù)據(jù)庫的一體化管 理； \ ?:?支持多重細(xì)節(jié)層次概念LOD,具層次建模和實(shí)時(shí)模 [ 型簡化能力； ( ?:?支持交互式三維動態(tài)可視化，甚至沉浸式的雙目立體1 現(xiàn)實(shí)； ?:?支持三維空間分析與空間決策、時(shí)空模擬等； ?支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息共享與地理協(xié)同。 ?:?三維城市模型? ?:?三維城市

2、模型? ?:?三維城市模型? ?:?三維城市模型? 地形建模 心管線建模 地物建模 心三維分析 心可視化 內(nèi)容組織 —數(shù)據(jù)內(nèi)容 —數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)獲取 —建模方法 —?jiǎng)?chuàng)建 ?、三維城市模型的數(shù)據(jù) ?:?數(shù)據(jù)內(nèi)容 特征實(shí)體：離散、同質(zhì)、有明確的空間邊界 ?:?具有特定的三維特征，可用三維體元表達(dá) 場實(shí)體：具有光滑的連續(xù)空間變化 ?:?缺少明確定義的三維特征，用連續(xù)的三維表面如TIN 進(jìn)行表達(dá)  ? 3DCM的數(shù)據(jù)內(nèi)容 心地形： ?:?地表高程：DEM模型 ?:?影像信息：數(shù)字正射影像 3DC M的數(shù)據(jù)內(nèi)容 心建筑物及其附屬設(shè)施: ?:?幾何數(shù)

3、據(jù)： 心主體部分 心屋頂部分 心附屬部分 ?:?紋理數(shù)據(jù) 心標(biāo)準(zhǔn)紋理 心人工釆集紋理 3DC M的數(shù)據(jù)內(nèi)容 心交通及其附屬設(shè)施: ?道路： v道路中央有一定寬度的隔離帶的主要干道 v道路中間標(biāo)示有明確的中心線與道路車道分割線的主要道路 v城市普通道路 ?道路幾何數(shù)據(jù) v道路邊界線，人行道邊界，人行道相對中心道路的高度，道路中 心線，斑馬線多邊形邊界和道路隔離帶邊界線等 ?道路紋理數(shù)據(jù) 心水泥、瀝青、碎石等 ?:?3DCM的數(shù)據(jù)內(nèi)容 心交通及其附屬設(shè)施: ?:?橋梁 心單層、雙層橋梁；立交橋 ?:?橋梁幾何數(shù)據(jù)

4、 心橋面及橋墩 心橋面邊界線、橋面中心線 何形狀、護(hù)欄高度等 ?橋梁紋理數(shù)據(jù) 心同道路 、人行天橋等 、橋面厚度、橋墩中心點(diǎn)坐標(biāo)、橋墩幾 心交通信號燈 心道路指示標(biāo)志 模型庫 ?:?3DCM的數(shù)據(jù)內(nèi)容 心交通及其附屬設(shè)施: ?:?交通附屬設(shè)施 ?:?3DC M的數(shù)據(jù)內(nèi)容 心公用設(shè)施： ?:?地上或地下管線 ?:?獨(dú)立地物等 心植被: ?:?低矮的綠色植物：草地、花叢、灌木 心綠地外圍邊界，綠地紋理模型 ?:?有一定高度的植物：城市樹木 心樹木三維模型 植被幾何數(shù)據(jù) ?:?獨(dú)立樹木、成片樹木 ?中

5、心點(diǎn)坐標(biāo)、高度、樹冠半徑；多邊形邊界、平均高度、平均 樹冠半徑 心植被紋理數(shù)據(jù)=樹木影像士_ 3DCM的數(shù)據(jù)內(nèi)容 心水體 :、城市三維模型的數(shù)據(jù)源 ?:?A、高程數(shù)據(jù) (1)地形的散列數(shù)據(jù)點(diǎn)(高程以屬性存儲) 1362 14C5 1330 822 533 514 731 1346 533 S61 526 232 399 6第 ,284 ? 1275 472 405 124^878 .1428 嚴(yán)：譽(yù)45嚴(yán)591 1462 1182 1384 ?1223 931 851 701 451 605 ? 1036 11

6、40 629 436 7% 748 657 548 ? 436 $35 633 557 513 508 611 510 4時(shí) * 420 457 435 333 613 427 AXXQ384 106t 1050 ? ? ■珥 1040 823 920 111& 103$ 1674 1002 嚴(yán). 1071 1058 790 130 637 270 546 137 546 424 121 422 371 243 337 451 328 414 488 272 403 272 451 275

7、 4M 369 301 320 30& 212 387 457 188 35$ 307 731 423 321 158 ace 嚴(yán) 1068 1051 1052 1036 741 503 1133 $74 ?，九 599 57^ 即警利606^ g i器「 1162 1198 ? 1772 嚴(yán) ■ .1375 .203 V11 1299 109 10A 458 2&0 344 442 2S3 240 ?潔 10$ 131

8、 （2）等高線（高程以屬性存儲） (3)三維激光掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù) ?三維地形 ?建筑物高度、形狀數(shù)據(jù) ?每個(gè)激光點(diǎn)具有XYZ三維坐標(biāo)

9、 （4）城市房屋、綜合管線數(shù)據(jù) ?:?地形測量和管線勘探測量一獲取高程信息 以屬性表形式存儲 H Attributes of gdPolygon 房屋的層數(shù)可作為房屋的近似高度。 r [Hl] /attributes of DDL 01 _poly 1 ine 管線勘測點(diǎn)的埋深和地形高程可作為三維管線的高程數(shù)據(jù)。 管線勘測點(diǎn)的埋深和地形高程可作為三維管線的高程數(shù)據(jù)。 //

10、 B、三維測量數(shù)據(jù) (1)地形測量 Wide Area DGPS Display | ▼ | f System File Help (2) GPS測量 （3）攝影測量與遙感

11、 立體觀測系統(tǒng) DTM 正射影 二 制圖 黒白 數(shù)字掃描儀 相片選擇 彩紅外 修測 可視化 存貯系統(tǒng) 航空數(shù)字傳感器的工作流程及系統(tǒng)構(gòu)成 影像分析 分類 存貯器 地面處理系統(tǒng) 全數(shù)字?jǐn)z 測量工作站 多光譜 打印機(jī) 多光譜通道同時(shí)成像 A、航空攝影測量 黑白 彩色 航空攝影機(jī)的工作流程及系統(tǒng)構(gòu)成 廠寸 黑白 HKS3HI相片相片暗室處理血U ?八. 一 tarn 彩色  120公里 甲L

12、加 體區(qū)域 //A 公里樓蓋區(qū) 6CC 68公里非覆蓋區(qū) To + 18 0 秒 緒束向后掃描 To + 90 秒 給束向前掃描 To 勺前掃描 SPOT? HRS扌弓描方式示意圖 圈3.5 HRS立體成像系統(tǒng) B、衛(wèi)星立體測 GPS Time = Distance f n Reference 訊 LASERSCANNE f Y z INS TtTTri （4）三維激光掃描 First Echo y—Second Echo Separation〉2 m Third Echo

13、 數(shù)字城市移動掃描儀 JL 1 ^W1 ■■哼心牛 E? v ^ssy MW J J Lfi M a^ S h H ■■ L Wv IL 「宀 ■■■BiJHi u A h V OJ] 1 i 4 1 * 詐嚴(yán) 3 g [ Jl s 1 張 V/ ^38 IS ■

14、 ?遙感影像和機(jī)載激光掃描系統(tǒng)一最具潛力 三維城市模型數(shù)據(jù)獲取方法 心適用于在大范圍城市地區(qū)快速獲取地面模型和建 筑物模型 、三維城市模型 建模方法 ? DC M建模方法: 心基于

15、二維GIS的三維城市建模方法 心基于影像的三維城市建模方法 基于激光掃描的三維城市建模方法 基于二維GIS的三維城市建模 ?建模方法 心三維模型構(gòu)建——二維GIS基礎(chǔ) ?:?模型真實(shí)感差，對城市景觀信息的表達(dá)少； | ?:?沒有DEM,所有地物立足于一個(gè)假定的水平面上； J 心DEM和二維GIS結(jié)合 ? DEM為地物承載體表達(dá)地表起伏 ( ?:?數(shù)據(jù)處理過程 心按層單獨(dú)建模，地物類別批量處理； 轉(zhuǎn)換原則： ?:?先建立面狀地物（街區(qū)、街道）模型 ?:?再建

16、立其他地物模型 基于二維GIS的三維城市建模 基于二維GIS的三維城市建模 心街區(qū)和街道轉(zhuǎn)換方法: ?:?獲取街區(qū)和街道邊界線相應(yīng)頂點(diǎn)的高程信息，設(shè)定街 區(qū)與街道高出于地表的偏移量H ?:?根據(jù)多邊形邊界及其包圍范圍內(nèi)的DEM格網(wǎng)點(diǎn)建立不 規(guī)則三角形網(wǎng)絡(luò) 心建筑物轉(zhuǎn)換方法: ?:?房屋底面修正：房屋底面點(diǎn)中最低的點(diǎn)的高程 DEM起伏不平 ?:?高度，DEM內(nèi)插得到房屋角點(diǎn)高程 ?:?若無高度屬性和樓層屬性，對建筑物按大概高度分 為若干類，轉(zhuǎn)換時(shí)賦予不同的高度 ?:?建筑物屋頂面：屋頂邊緣點(diǎn)和內(nèi)部特征點(diǎn)連接成三 角網(wǎng) ?:?建

17、筑物側(cè)面：相鄰兩個(gè)屋頂點(diǎn)和兩個(gè)房屋腳點(diǎn)組成。 植被轉(zhuǎn)換方法: ?:?從DEM獲取邊界點(diǎn)高程和內(nèi)部DEM格網(wǎng)點(diǎn)，建立一 個(gè)三角網(wǎng)曲面模型; 心道路轉(zhuǎn)換方法： ?:?緊貼地表：與植被方法相同 ?:?高出地表：設(shè)定高度后用與街區(qū)相同方法 心水系轉(zhuǎn)換方法： ?:?面狀水系：雙線、湖泊、水庫、塘等 皿有明確邊界，范圍不大，水面近似水平一平面 多邊形三角剖分建立三角網(wǎng)，從DEM得到邊界 高程建立模型 ?:?線狀水系:

18、 心從DEM得到線上各點(diǎn)高程構(gòu)建為三維的線對象 心行道樹和樹林轉(zhuǎn)換方法： ?:?行道樹：轉(zhuǎn)化為三維的點(diǎn)對象，每個(gè)點(diǎn)對象關(guān)聯(lián)一 種樹的紋理圖像 ?:?成片樹林：按地界類以一定的排列方式自動生成一 片點(diǎn)狀的樹對象。 四、三維城市模型 創(chuàng)建 ?地形建模 ?管線建模 ?地物建模 ?三維分析 ?可視化 數(shù)字地形模型建模技術(shù) ? ArcGIS 環(huán)境 ?：?數(shù)字地形模型 數(shù)字地形模型的類型 ?:?三種數(shù)據(jù)格式類型： 心網(wǎng)格數(shù)據(jù)類型（RASTER） 心TIN數(shù)據(jù)類型 心DTM數(shù)據(jù)類型（TERRAIN） 網(wǎng)格數(shù)據(jù)類型(RASTER)

19、?:?可構(gòu)建金字塔結(jié)構(gòu)(多分辨率)，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (a)離散高程點(diǎn) 1 4 3 3 1 3 1 2 2 4 5 5 1 2 3 3 1 3 5 6 4 4 4 5 3 5 6 7 5 4 4 5 3 7 7 8 6 6 7 6 2 5 7 7 7 8 7 6 4 3 6 5 6 6 6 4 3 6 5 5 4 4 3 (c)數(shù)字高程矩陣 網(wǎng)格DEM的例子a -O TIN數(shù)據(jù)類型 ?：.單一分辨率表達(dá)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

20、 TEN的例子? DTM數(shù)據(jù)類型（TERRAIN） ?:?用TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)地形表面。是一個(gè)多分辨 率的TINo 滬 有金字塔支持的DTM^ 數(shù)字地形模型的生成方法 ?卜網(wǎng)格DEM的生成方法 ?:. TIN DEM的生成方法 ? Terrain DEM的生成方法 網(wǎng)格DEM的生成方法: ?根據(jù)離散數(shù)據(jù)采集點(diǎn)內(nèi)插DEM (1) IDW算法：距離加權(quán)函數(shù)的倒數(shù)方法 心假設(shè)地形表面由局部變化影響，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布均勻，而不 是群落分布 心適用于地面變化較緩地區(qū) 心由臨近數(shù)據(jù)點(diǎn)預(yù)測目標(biāo)點(diǎn) A n i ?:?j的個(gè)數(shù)n由給定的搜

21、索半徑確定，入是距離函 數(shù)，P次數(shù)從0到3,確省為2。 ?:?搜索半徑可以固定（需給定最小點(diǎn)數(shù)），也 可是麥量信。 搜索半徑定義及適合地區(qū) ?:?使用線狀圖形約束搜索范圍。搜索的數(shù)據(jù)點(diǎn)不會 跨越約束線。 地形約束斷裂線 工具"柵格內(nèi)插或地理空間分析工具, Interpolated Value 122 189 256 323 390 457 524 991 188 255 322 389 456 523 590 657 E68 ? 72

22、4 164 e 3J2 134 初 466 o 272 O O 02 170 尹2 6B2 1巾 662 鄴 Spline Natural Neighbors 320 嚴(yán) 270 454 I54 388 嚴(yán) 嚴(yán) 嚴(yán) 護(hù) 236 ?自然臨近法: 類似IDW,區(qū)別在與權(quán)值由荻洛尼三角形確定。 適合大數(shù)據(jù)集內(nèi)插。 ?:?樣條函數(shù)： 心使用多項(xiàng)式和最小二乘內(nèi)插最佳擬合曲面，曲面 光滑 ?:?趨勢面內(nèi)插：

23、 心使用多項(xiàng)式和最小二乘內(nèi)插最佳擬合曲面。能很 好識別粗糙的、有一定大小的地面對象，使這些 對象內(nèi)插后比較突出。 距離倒數(shù) 樣條函數(shù)〔最小二乘） 臨近點(diǎn)（泰森多邊形） 趨勢面〔最小二乘_） 4 ? (2)克里金算法：基于數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)模型 A N_ Z($)=工 2/Z(l) 入的取值不僅取決于數(shù)據(jù)點(diǎn)到預(yù)測點(diǎn)的距離，還受數(shù)據(jù)點(diǎn) 的空間分布影響(使用自相關(guān)統(tǒng)計(jì)模型)。處理地形變化 的復(fù)雜因素，考慮比IDW周全。 TIN DEM的生成方法 (1) DEM

24、的生成 Create TIN From Feature工具 (2) DEM精化處理 心在地形突變部位，使用一些約束條件，如斷裂線、 地性線等，以及一些面，如湖面、建筑物地面平5 地等，對湖、河的岸線、公路的邊坡、建筑物的 地塞等粧行處理。 心斷裂線：三維的線或面，具XYZ三維坐標(biāo)，屬性: 項(xiàng)具高程屬性值。 約束作用的斷裂線 f 使用和不使用斷裂線的結(jié)果比較

25、 ?:?斷裂線的類型 goft break line ?:?線：三角形邊界，多為自然邊界，或人工邊界線 心特點(diǎn)： ?:?具有z值的曲線； ?:?TIN的邊界分界線，三角形邊界； ?:?不改變TIN的坡度變化和TIN的形狀。 10 60 Mass pppp[point 65 65 0 6Q 50 25 10 應(yīng)用：具有高程值的管線； 或高程值具有可變值的道路。

26、Soft line ▼ ■ 1 f * l-l ? hard break line 心線：三角形的邊界，多數(shù)為自然邊界 ( 心用于坡度不連續(xù)區(qū)域。撲捉地形突變部分，改善: 顯示效果。 ?特點(diǎn)： 心影響TIN的坡度變化，特別是變化突變部位； 心線段可以使用不同的Z值  ?同位置和不同位置的hard break line（

27、斷層問 題）： ?:?作用: ?:?C、mask多邊形（面，產(chǎn)生有多種約束條件） I W > ?Clip polygons （多邊形內(nèi)建模）常用于邊界剪裁。 ?Erase polygons  Terrain DEM的生成方法 ? Geodatabase格式的DEM,支持LIDAR的 LAS文件格式。 ?:?以TIN為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持金字塔結(jié)構(gòu)，適合處 理大型DEM建立。 [ ?要求XYZ測量單位一致。 心工具：new terrain,或使用三維分析工具中的 CREATE TERRAIN o I

28、 DEM格式之間的轉(zhuǎn)換方法 TIN to RASTER ? RASTER TO TIN ? TERRAIN TO TIN TERRAIN TO RASTER DEM格式的比較 (1)網(wǎng)格DEM ?:.Raster數(shù)據(jù)格式(文件目錄、數(shù)據(jù)庫管理) ?網(wǎng)格值可作為高程使用 ?精度隨CELL的大小影響 ?可支持大型DEM生成 *支持金字塔結(jié)構(gòu) ?:?顯示速度快，ARCSCEN, ARCGLOBE均可顯示。 <*可有高程點(diǎn)生成、不支持等高線生成 ?:?矢量數(shù)據(jù)格式（文件目錄管理，但沒有屬性表）I 精度高 ?小型DEM 不支持金字塔 ?顯示速度慢

29、，ARCSCEN, ARCGLOBE均可顯示。 ?可有高程點(diǎn)、等高線生成 (3) TERRAIN DEM ? GEODATABASE格式（數(shù)據(jù)庫管理） ? TIN方式構(gòu)建 *?*精度咼 ?可支持大型DEM生成 ?卜支持金字塔結(jié)構(gòu) ?顯示速度快，ARCSCEN不支持，ARCGLOBE可顯 Zjl O ?:?可由咼程點(diǎn)、等咼線生成 ?數(shù)字地形模型實(shí)例 實(shí)例_:端氏鎮(zhèn).avi 心實(shí)例二：1.avi ＞管線建

30、模 *地物建模 *三維分析 *可視化 三維管線建模 顯示三維管線和三維地形需要的數(shù)據(jù)： 心有平面坐標(biāo)和高程值的各類管線數(shù)據(jù)、井以及閥 門等管點(diǎn)附屬設(shè)施數(shù)據(jù) 基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù) 心三維地形數(shù)據(jù)（DEM） 遙感影像數(shù)據(jù)（DOM） 管線數(shù)據(jù)庫 ?:?綜合管線數(shù)據(jù)庫：各類管線以及附屬設(shè)施數(shù) 據(jù)。 心管點(diǎn)數(shù)據(jù)：井、出水口、閥門、閘和消防栓等 心管段數(shù)據(jù)：排水、電力、通信、工業(yè)、燃?xì)夤芫€ 等 心圖紙數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)圖、施工圖、竣工圖等。 心在三維管線系統(tǒng)中，管線數(shù)據(jù)還必須具有準(zhǔn)確的 平面坐標(biāo)和高程信息。 綜合管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)： 心用ArcGIS Engine組件提供

31、的接口進(jìn)行功能模塊 的開發(fā)； 1 心通過空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE訪問后臺的空間數(shù)據(jù) 庫;非GIS功能采用VB.NET來開發(fā)，并通過 ADO.NET^訪問屬性數(shù)據(jù)庫。 系統(tǒng)架構(gòu)圖 綜合管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) ArcGIS Engine組件 ADO.NET ArcSDE Oracle數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 綜合管線屬性數(shù)據(jù) 綜合管線空間數(shù)據(jù) 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 綜合管線測繪數(shù)據(jù)管

32、理系統(tǒng) 空間分析模塊 空間分析模塊 緩沖區(qū)分析：根據(jù)選定的管線設(shè)施與設(shè)定的影響范圍，生 成影響區(qū)域； 斷面分析：顯示管線的縱橫剖面圖分析管線空間位置關(guān)系。 顯示地面的高度、管線的埋深、用相應(yīng)的顏色顯示管線的 等級、標(biāo)注管徑； 連通分析：通過任意選擇兩根管段，判斷它們是否連通; 追蹤分析：對一定范圍內(nèi)單條管線的網(wǎng)絡(luò)追蹤，確定該管 線所經(jīng)過的管點(diǎn)和管段信息； 1= 爆管分析：當(dāng)綜合管線在某一位置出

33、現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠 通過網(wǎng)絡(luò)分析查詢到事故點(diǎn)周圍需要緊急關(guān)閉的各類閥門, 確定所影響的用戶，能打印相關(guān)通知單。 1 三維瀏覽模塊 ?導(dǎo)航：左鍵任意角度查看、右鍵縮放、中鍵漫游 ?:?縮放：固定比例縮放、拉框縮放 ?目標(biāo)居中 ?目標(biāo)放大 ?設(shè)置觀察點(diǎn) *場景旋轉(zhuǎn)  三維查詢 ?:?三維空間查詢 ?三維屬性查詢 二三維切換 綜合管線數(shù)據(jù)既可在二維平面視圖中顯示， 又可對其進(jìn)行三維建模，在三維視圖下顯示, 兩種視圖能夠?qū)崟r(shí)切換。 返回二維視圖 返回二維視圖 二維視圖 三維管線 用八選擇瀏覽

34、 工具 瀏覽結(jié)果 新的三維視圖 返回二維視圖 管線三維可視化技術(shù) ? ArcGIS 3D功能簡介 ? ArcGIS Engine 3D開發(fā)簡介 ?直管三維建模 ?彎管三維建模 管點(diǎn)三維建模 ArcGIS三維軟件 ArcGIobe ■?? ? a enn —— ? ???#■ ArcScene 地理 』據(jù)庫一 ■ Ji ? ?"? IS ?“?? — ???■ ArcMap ArcCatalog

35、 3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能 ArcToolbox E & 3D 曰⑥ a Analyst Tools Conversion 卽 From Feature Class 5 MSB 護(hù) ASCII 3D to Feature Class "滬 Import 3D Files 尹 LAS to Multipoint 刮色 From Raster 創(chuàng)每 Prom Terrain 3 匕 From Tiff 因匕To KML A Layer 3D to Feature Class + 帥 Functional Surface + 色|

36、 Raster Interpolation EE $ Raster Math + 色 Raster Reel ass + $ Raster Surface B & Terrain + 色 B? Cre&tioa 田備 TH Surface 轉(zhuǎn)換功能 -ASCII 3D To Feature Class ?輸入文件類利:XYZ或Generate ?輸出特征類型：點(diǎn),線和曲 1 LAS To Multipoint ? LIDAR(Light Detection and Ranging) j Import 3D Files -輸入文件類 型：SketchUp (. Skp),

37、3D Sttidio(. 3ds), OpenFlight (. fit) 和 V RML(.wrl) ?輸出數(shù)據(jù)類世：多片(三角條帶， 三角扇和環(huán)〉 ?轉(zhuǎn)換過程中紋理和顏色均保存 數(shù)據(jù)拉伸 三維場景渲染 □ IW 選WW Preview Marker OK -X openb-ain pedcianeZ Prcpefiidi. OK QLL Mhw Eari

38、dc

39、 Symbol Property Editor ②區(qū) Propeffe: Type: 13D Marker Symbol 3D Marker 3D Placement World units: [Meters 場nd v Ue material draping Dimensions Width 兇:|7?.500(-r Depth (Y); |55.606E-7-j Size (Z): |920吃蘭 7 Kee

40、p aspect fatio Set Actual Size 3D Preview Rotate axis Q P “ Q G Z= Q|0] Thumbnail 2)劃謝 ArcGIS Engine簡介 ? ArcGIS Engine可以在沒有安裝任何ArcGIS桌面軟 件的環(huán)境下提供所有GIS功能，是一組設(shè)定良好的 跨平臺、跨語言部件。 | ? ArcGIS Engine提供各種控件、對象和工具

41、，支持］ 擴(kuò)展模塊GeoDatabase編輯、Raster和3D分析和 可視化功能，提供多種開放的API函數(shù)，具有跨平 臺的特性。 ) 4 ArcGIS Engine 3D開發(fā)簡介 ArcGIS Engine提供兩種用于三維顯示的 空間容器： ； ? See neControl ? GlobeC on trol ) 在這些控件中動態(tài)加載矢量數(shù)據(jù)、DOM 和DEM數(shù)據(jù)，即可生成豐富的三維場景。 Scene ? SceneControl ?調(diào)入、調(diào)用SceneView|er class

42、 ?管理、操作 ? General appeararice ? Scene ? Scene圖泉、曲線圖 ?相機(jī)屬性 ［當(dāng)前工具 ?庫 ? See neControl.ocx 腔件 sc^rtacontroi IC e-an>r a>ntrdi - IDwipaheh ISceneControl o— ConnectionPoin (C on I ai ner o— IPensist o— iPe rei^ts: rea nftI mt o— is ce ne Gontroi Defa ult o— ISupportErrorlnfo A— HEStsMUESEH

43、HIU A■干are rriL p 鼻NXCHE： CLE nCD?V4*M8VMB^nlT hflBVA：* Scs Vdin ObitGi-IDnoroh Gvcm3c6J0tGcfccr Bx*rot 3* iS^&ra ^??wKJrwih. I3s

44、r aOrarh 3c^-eAe*^r isceneTjewer TlpOaij^. -cnfi ~怡亦? <-np&；rhi AheijlBas Chwt^ 匚盹?yys 化 s?^jr geai*-3n LWS.?F — ?M卜九恂SVM| iscenecontrcHEvents ?— l^fi*Conlr^ilEwrnlB iDnpj kh -^r- 4nDMQifrCIh in jcng. k snit l(t^ 冷 x.Lo-vs in>. Lornj anMey3cn(inserCcc^ Lonci. r Mrtr 5和 CaMxyjp (Hlx

45、^Ojaa uona. in tnfu -ccfi) anMojseOotu-niiin Dunorv?nri BTOCBuddy O— ircCfiue^ly ? wjnknauw -*? 5e

46、?5ciia o>3^jMw. 1盼匚矗gpp Coubc ITOCBu ddyEwen t s ? (TOC€u<1fiNEvWtS) ?** 心沁ZZCMyM 0? OryS^MeCMr^t: Beel*>r) V 丄:G2Jd"C0UOCd 胃"S4G33 IXe!MVKl IToolbarSudtfy O—— ITKQf Budd^ . lUrtmoian ■HJ CuTTwri~x：r 17 C?□: Globe控件 GlobeControl 控件 ? GlobeControl GlobeControl IGtoMGonfrol o—

47、 ?GlobccoifitTol: EHspircn ?調(diào)入、調(diào)用 GlobeViewer class ICon nectOT PointContainer IGIobeConlralDeiauH iPersisi PersistStreamlnrt esriSystem ISupjwrtErrorinfo o— ?管理、操作 ? General appearance ? Globe ? Globe display ? Globe camera properties IGIobcCcntrolEvcnts ?— ?設(shè)置當(dāng)前工具 ?載入globe文檔 ?庫 ? Glo

48、beControl.ocx iTOCQuaoy Q— IT0C9-wld?Events ?— (TOCBuddyEvents) iiooioafBixw o w— *m-6cx ■— Ct6^cJFfe (in Srtgi Bcttesn — > cM-wiinnanfirw: sv^gi OrDoiiUe?CiBA hd LjLttn:Long insftn Looq in K 4$ h、3切 Jr呂bb^Tp?EC nStfcr .i*oreni) ■*- Longi hn^i Longi □rKr/LtJnn吟32 lms insMt ■- □rf/curfSa^n

49、ib b.rtocr Loo：, n shit Leo： n k ^crqny loxii ■— 3rf/Jwr^CiMiWiixikp：Long, Lorg n a* 林 y ivgi -- 3W>JUD (in um L『fi. n g Lfr. a < LOfl. in g Lcrai (T0CB

50、rTo31i( B tcklv: IIJiikfKiwi) Scene 點(diǎn)；-_妙令少金@ @::久3?弔” Gobe 補(bǔ)— r舷?少席::-世?屯降4苦久匿?帶1 收=E3念”::??-電 * 一$?常烷ue # 盼 廚②S-S3S口回-d|^-3

51、 Scene 和 Globe Scene 和Globe ?維護(hù)一系列2D和3D圖層 ?每個(gè)控件一個(gè)對象 ?和MapControl中的Map CoClass相似 ArcGIS Engine 3D模型 ? ArcGIS Engine除了提供基本的點(diǎn)、線、面 等幾何模型外，還提供了3D模型。 ? 3D模型包括兩種： 心矢量模型 ?:?3D矢量模型包括所有含有Z值的幾何對象：點(diǎn)、線、 面,以及多片(MultiPatch)。 心表面模型 ?TIN ? Raster ?:?適用于具有高低起伏的地形數(shù)據(jù)三維表示；

52、Geometry 庫 MultiPatch MultiPatch由一系列三維表面組合而成，可 以分為： ?三角條帶(Triangle Strip) ? 三角扇 (Triangle Fan) ?環(huán)(Ring) Triangle Strips 三角條帶是指一系列相互連接的三角形構(gòu)成 的三維幾何形狀，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 3 Triangle strips are a sequenee

53、of connected triangles 0,1,2,3,4,.,.n that each build from their predecessor Triangle Fans 三角形扇是由一系列相互連接的三角形構(gòu)成 0 2 Triangle fans are a sequenee of connected triangles that each use the first point in the sequence as an apex 0,1,0,2,0,3,0,4,...,0,11 R

54、ing AE三維接口 IConstructMultiPatch接口，它提供了: > ConstructExtrude > ConstructExtrudeAbsolute > ConstructExtrudeAlongLine > ConstructExtrudeBetween > ConstructExtrudeFromTo > ConstructExtrudeRelative 幾種用于構(gòu)

55、建MultiPatch對象的方法，可以將點(diǎn)要 素構(gòu)建成垂直的線，線要素構(gòu)建成墻，而多邊形要 13 素構(gòu)建成塊 IConstructM ulti Patch IConstructMultiPatch Line From Z 口 Line To Z K Along Line Extrude . Alono Line Construct ExtrudeAlongLine IC

56、onstructMultiPatch IConstructMultiPatch ConstructExtrudeBetween IConstructMultiPatch Extr ude From Z From To nTO z ConstructExtrudeFromTo ICon structMulti Patch Extrude Relative 口 XYZOFF

57、SET Con structExtrudeRelative 管線三維建模 ?成熟軟件，如Vega和SiteBuilder3D, 3DMAX等可 對管線進(jìn)行三維建模，并設(shè)置三維管線的材質(zhì)、光 照、云、霧等效果，但都是靜態(tài)的建模，需事先讀『 入規(guī)定格式的數(shù)據(jù)，再生成三維模型，往往不能脫： 離其軟件環(huán)境而單獨(dú)運(yùn)行。 ?卜直接二維矢量要素生成三維實(shí)體，二維要素和三維 實(shí)體間隨意切換，當(dāng)二維數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)三維

58、實(shí)體 模型也隨之改變的動態(tài)建模，軟件還不太適用。 管線三維建模 ?：?基于ArcGIS Engine的三維管線幾何建模方 法  直管三維建模 心管線：分別用圓柱面或四棱柱面來模擬，其軸線 即管線中心線，其截面半徑為管線實(shí)際測量的半 徑。 真實(shí)的三維管線表面是連續(xù)變化的，一般是從真 實(shí)表面上抽取一些樣點(diǎn)，然后用插值的方法來求 出樣點(diǎn)之間的值，從而構(gòu)成三維表面模型。 直管建模算法 ?:?正向解算 心定義參考坐標(biāo)系

59、，求解管線表面各點(diǎn)在參考坐標(biāo) 系中的坐標(biāo) 根據(jù)參考坐標(biāo)系與固定坐標(biāo)系之間的關(guān)系，利用 空間解析幾何知識將這些參考坐標(biāo)解算到固定坐 標(biāo)系 ■ 將這些空間點(diǎn)連接成矩形或三角形來模擬圓柱表 面，構(gòu)建三維管線模型。 直管建模算法 正向解算示意圖 直管建模算法 逆向算法 f以空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)為圓心，在XY平面上以管線的截 面半徑為圓的半徑定義一個(gè)圓，將該圓平均分成12等 份，求出圓弧截面上12個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，構(gòu)造出一個(gè) 十二邊形； 心求出管線的長度，并以

60、管線的長度為拉伸高度，用AE 的接口對XY平面的十二邊形沿Z軸進(jìn)行拉伸，構(gòu)造出 二個(gè)十二棱柱表面，該表面可以很好地模擬三維圓柱 表面; 心求出備線起止點(diǎn)所在向量與Z軸之間的夾角，對坐標(biāo)原 匾咎的團(tuán)往畫對象進(jìn)行整體的旋轉(zhuǎn)操作，使其與管線 向量方向相同； 心將該圓柱面進(jìn)行整體平移操作，移動到實(shí)際管線所在 的空間位置。 直管建模算法 (c)圖柱旋轉(zhuǎn)到與管踐方向亠致A (d)圈柱平移到管線所在空間位置“ (c)圖柱旋轉(zhuǎn)到與管踐方向亠致A (d)圈柱平移到管線所在空間位置“

61、 (c)圖柱旋轉(zhuǎn)到與管踐方向亠致A (d)圈柱平移到管線所在空間位置“ Grid建模算法 三角網(wǎng)建模算法 AE三維管線模型 算法優(yōu)點(diǎn) ?:?三角網(wǎng)建模：把Grid建模中的每個(gè)矩形以一條對角 線分割為兩個(gè)三角形。 ?:?在同樣將斷面圓弧n等分的情況下，用三角網(wǎng)建模 比用Grid建模模擬圓柱面的效果要好，且數(shù)據(jù)量沒\ 有增加。 ?

62、卜三角形在圖形可視化的基礎(chǔ)地位，使得這種模型能 快速、方便地顯示。 I 彎管三維建模 ?:?管線之間的光滑銜接處理比直管建模困難。 ?:?兩段管線之間的連接方式 心直的 心一定的夾角：對兩段管線銜接處進(jìn)行圓滑處理, 即繪制彎管。 ?:?三維理圖中，彎管一般用一定角度的圓環(huán)體 來表不。 管線銜接處圓滑處理 將管線中心線的拐角以圓弧替代，弧線弧度等 于相鄰線段的夾角弧度，圓弧所在圓的半徑等 于管徑。 彎管三維建模 ?:?對兩段直管(P1P2, P2P3)之間的彎管建模, 必須確定彎管弧段的起止點(diǎn)(T4、T2)、圓心 (0)、半徑(R)、圓心角(180 ■夾角

63、)等參數(shù)。 彎管三維建模 ?:?各參數(shù)確定后，對兩段直管之間的指定角度 圓環(huán)體表面進(jìn)行繪制。包含兩個(gè)過程： 1 心把圓環(huán)平均分解成若干份，使得圓環(huán)由若干個(gè)圓 臺（圓柱）面構(gòu)成； 心對每一個(gè)圓臺（圓柱）表面用三角網(wǎng)進(jìn)行模擬。 圓環(huán)體剖分示意圖 (a)鬪壞依平面*囪白 (b)圈環(huán)體截面剖分閡3 (c)關(guān)譴卷數(shù)示意閡4 粗細(xì)管銜接模型 任意連接角度的管段進(jìn)

64、行三維建模和銜接處的圓滑處理 息包括水井的井底中心點(diǎn)坐標(biāo)、井深、井規(guī)格等。 ■ 管點(diǎn)三維建模 ?:?管點(diǎn)數(shù)據(jù)：井、閥門、消防栓等設(shè)施。 ?:?井：在二維平面中，井以點(diǎn)要素來表示，其屬性信 管點(diǎn)三維建模 水井建模效果圖 復(fù)雜管點(diǎn)三維建模 ?:?三通、四通或閥門等復(fù)雜的管點(diǎn)設(shè)施，一般的處理 方法是用專業(yè)的建模軟件對這些復(fù)雜設(shè)施進(jìn)行抽象 建模，并作為三維立體符號存儲在符號庫中。 ?:.三維顯示時(shí)，根據(jù)管點(diǎn)的特征，從符號庫中讀取相 應(yīng)的符號進(jìn)行渲染。 復(fù)雜三維點(diǎn)模型 三維可視化優(yōu)點(diǎn) ?:?采用三角網(wǎng)建模，生成的三維管線具有較快的顯示 速度和較好的

65、逼真效果 ?建立的管線三維可視化模型釆用和二維管線一樣的 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示，不僅可以快速可視化，而且可 將各種成熟的二維空間分析操作應(yīng)用到此三維模型［ 丄來。 可以和其他矢量數(shù)據(jù)、DOM、DEM等疊加顯示。 哮合管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)二維主界面 □9珠每市甥合管淺數(shù)捋管理系統(tǒng) -3! X 文件的 瀏覽⑻ 編耘(E)選擇⑹ 查詢定位(① 統(tǒng)計(jì)分折(A)制謝⑵ 工具(I)幫助(E) 界面斑格 i 熱|瞰念敢訂 <> o O叩N ? 廠4 □卜海氐垮? 園園L ?茁僉固 U ? SE 二；占 & M- 3夕國展 S 0卅水首直 ? othar v

66、aIuaz^ 0雨水篦 0排水咎線 4 (all other values> 適路容稱 4九洲丈道 九洲丈道東 4吉蓮路 逮業(yè)路 錄樂路 杲園路 4杲山路 4石花樂躋 0居民也 □ 務(wù)圖層揑制芻圖庫揑制 操作提示: ■數(shù)弼視圖朗制圖視因 $4" 〉；:1ZZ797. 3503T05Z3 , 1:2461496. Z133ZZ26 用尸： 管線橫斷面分析 文件（D 瀏范（D fS（D 遶J?Q） SE誨定位（ft）歩