ArcGIS Engine地理信息系统开发教程 第11章 三维分析

第11章三维分析目录

1目录1三维数据模型23TIN数据多面体8SceneControl三维可视化9基于GlobeControl的三维数字校园GlobeControl三维可视化10简介(1)三维数据(X,Y,Z)的定义中包含一个额外的维度：Z值(2)Z值具有测量单位，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(3)Z值是二维数据成为三维数据的标志(4)ArcGIS中三维数据有3D要素数据和表面数据两种形式1.三维数据模型23D要素数据(1)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(2)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(3)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3TriangleStripTriangleFanRing表面数据(1)表面数据是指具有空间连续特征的地理要素的集合(2)表示地球表面某部分或整体范围内的地理要素或现象。(3)ArcGIS中常用的表面数据有：栅格表面--通过栅格数据(行和列的形式)呈现的表面不规则三角网(TIN)--以数字形式表示表面形态Terrain数据集--一种基于TIN的数据集1.三维数据模型4简介(1)MultiPatch几何类型又叫多面体数据类型(2)多面体数据类型(MultiPatch)是ESRI公司于1997年推出的一种数据模型(3)多面体数据类型主要用来定义3D对象的描述性外壳(4)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2.多面体5MultiPatch创建在ArcGIS中创建MultiPatch方法有以下3种：(1)通过某些地理处理(Geoprocessing)工具创建

例如Extrude

Between、Layer

3DtoFeatureClass等(2)通过从已有的模型中导入ArcGIS创建

例如SketchUp、COLLADA、3DStudioMax或OpenFlight等(3)通过在ArcGIS

Engine中编写代码创建2.多面体6MultiPatch创建(1)在ArcGIS

Engine中创建MultiPatch几何对象主要用到IGeometryCollection和IConstructMultiPatch两个接口(2)这两个接口创建MultiPatch的方式略有不同：IGeometryCollection接口：通过添加各个组件的组成部分来创建MultiPatchIConstructMultiPatch接口：是通过操作Geometry对象来创建MultiPatch

如拉伸Polyline对象(拉伸为墙)和Polygon对象（拉伸为多面体）等(3)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2.多面体7MultiPatch创建2.多面体8实例按钮功能介绍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Triangles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MultiPatch创建2.多面体9实现思路(1)生成新的点对象，并将其添加到集合中(2)将点对象转换为一个Geometry对象(3)实例化一个元素对象，并将该元素对象的Geometry属性设置为上一步骤得到的Geometry对象(4)设置元素对象显示时使用的符号(5)刷新视图，显示元素注：详细代码可查看程序MultiPatch创建2.多面体10效果展示MultiPatch编辑2.多面体11MultiPatch的编辑操作主要有移动、旋转和缩放等。通过ITransform3D接口的Move3D、RotateVector3D和Scale3D等方法能实现MultiPatch的编辑操作。实现思路(1)得到某一图层的某个3D要素的几何形状(2)将该几何对象转换为ITransform3D类型对象(3)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MultiPatch编辑2.多面体12核心代码MultiPatch编辑2.多面体13效果展示图中展示的是将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。MultiPatch分析2.多面体14MultiPatch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、联合等运算分析获取MultiPatch的体积和表面积需要用到IArea3D接口和IVolume接口实现思路(1)获取某个图层中的一个多面体的几何形状(2)获取Area属性和Volume属性(3)显示结果MultiPatch分析2.多面体15核心代码获取MultiPatch的体积和表面积MultiPatch分析2.多面体16效果展示获取MultiPatch的体积和表面积MultiPatch分析2.多面体17判断MultiPatch相连与邻接需要用到IRelationalOperator3D2接口实现思路(1)获取一个或多个图层中的两个多面体的几何形状(2)判断是否相连或者输入一个距离容差判断是否邻接(3)显示结果MultiPatch分析2.多面体18判断MultiPatch相连与邻接核心代码MultiPatch分析2.多面体19判断MultiPatch相连与邻接效果展示MultiPatch分析2.多面体20MultiPatch之间的差异、相交、联合(1)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(2)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(3)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合在一起，存储到新的多面体要素类中MultiPatch分析2.多面体21MultiPatch之间的差异、相交、联合

需要调用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(1)选择GP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MultiPatch分析2.多面体22MultiPatch之间的差异、相交、联合核心代码MultiPatch分析2.多面体23MultiPatch之间的差异、相交、联合核心代码MultiPatch分析2.多面体24MultiPatch之间的差异、相交、联合效果展示多面体的差异简介3.TIN数据25(1)TIN是表示三维表面非常有效的工具(2)TIN常表示地球自然表面、各类现象的趋势面等(3)在GIS的三维地形可视化领域中有着广泛的应用

因为TIN能较好地表示地理现象的三维可视化加载TIN数据3.TIN数据26

加载TIN数据集需要用到ITINWorkspaceFactory接口、ITINWorkspace接口、ITIN接口和ITINLayer接口实现思路(1)获取TIN数据的文件路径(2)实例化一个TIN的工作空间工厂类对象(3)提取TIN中的数据，并将其转化为一个图层(4)添加图层并进行刷新，以显示TIN加载TIN数据3.TIN数据27核心代码加载TIN数据3.TIN数据28效果展示创建TIN数据3.TIN数据29

在ArcGIS中，创建TIN的方式有三种，分别是：由矢量要素创建TIN、由栅格要素创建TIN和由Terrain数据集创建TIN。由矢量要素创建TIN(1)由矢量数据创建TIN需要用到ITINEdit接口(2)使用ITINEdit接口创建TIN有以下两种方法：一种是加载有限个三维点数据创建TIN

一种是加载矢量数据图层创建TIN创建TIN数据3.TIN数据30由矢量要素创建TIN核心代码创建TIN数据3.TIN数据31由矢量要素创建TIN效果展示由离散点图层创建TIN的结果注：生成TIN前要先选择点图层和设置TIN的保存路径创建TIN数据3.TIN数据32由栅格数据创建TIN(1)由栅格数据创建TIN，需要用到ITINEdit接口：

AddFromPixelBlock方法--加载栅格单元创建TIN

SaveAs方法--保存创建的TIN数据(2)栅格转TIN常用于将数字高程模型(DEM)获得的栅格转换为TIN表面注：详细代码可查看程序创建TIN数据3.TIN数据33由栅格数据创建TIN效果展示TIN表面分析3.TIN数据34基于TIN表面可以做的表面分析有以下5种：(1)计算TIN的体积、表面积和投影面积(2)获取TIN表面某点的三维坐标、坡度和坡向(3)生成TIN表面某点所在的等高线和最陡路径(4)获取TIN表面坡度、坡向图(5)绘制TIN表面剖面线TIN表面分析3.TIN数据35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GetProjectedArea方法获得相应结果。计算TIN的体积、表面积和投影面积实现思路(1)获取TIN图层，并得到TIN表面(2)设置基本高度和投影方向(3)获取结果显示TIN表面分析3.TIN数据36计算TIN的体积、表面积和投影面积核心代码TIN表面分析3.TIN数据37计算TIN的体积、表面积和投影面积核心代码TIN表面分析3.TIN数据38计算TIN的体积、表面积和投影面积效果展示TIN表面分析3.TIN数据39获取TIN表面某点的三维坐标、坡度和坡向获取TIN表面某点的三维坐标、坡度和坡向信息，需要用到ISurface接口，通过ISurface接口的GetElevation方法、

GetSlopeDegrees方法和GetAspectDegrees方法获得相应信息。实现思路(1)获取TIN图层，并得到TIN表面(2)点击TIN表面一点，获得该点信息(3)显示该点信息TIN表面分析3.TIN数据40获取TIN表面某点的三维坐标、坡度和坡向核心代码TIN表面分析3.TIN数据41获取TIN表面某点的三维坐标、坡度和坡向效果展示TIN表面分析3.TIN数据42生成TIN表面某点所在的等高线和最陡路径

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(1)获取TIN图层，并得到TIN表面(2)点击TIN表面一点，获得该点的高度信息、等高线和最陡线TIN表面分析3.TIN数据43生成TIN表面某点所在的等高线和最陡路径核心代码TIN表面分析3.TIN数据44生成TIN表面某点所在的等高线和最陡路径效果展示TIN表面分析3.TIN数据45获取TIN表面坡度、坡向图计算整个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(1)添加Analyst3DTool引用，并对SurfaceSlope类和SurfaceAspect类进行实例化(2)设定TIN文件的路径和结果保存路径(3)运行GP工具，并显示结果TIN表面分析3.TIN数据获取TIN表面坡度、坡向图核心代码46TIN表面分析3.TIN数据获取TIN表面坡度、坡向图47效果展示TIN表面分析3.TIN数据48绘制TIN表面剖面线

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。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(1)在表面绘制一条线(2)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示出来注：详细代码可查看程序TIN表面分析3.TIN数据49绘制TIN表面剖面线效果展示简介4.SceneControl三维可视化50(1)ArcGIS

Engine提供了两个显示三维的控件：SceneControl--对应于ArcGIS桌面产品中的ArcSceneGlobeControl--对应于ArcGIS桌面产品中的ArcGlobe(2)使用SceneControl可以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三维数据加载4.SceneControl三维可视化51

在ArcGIS

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(1)得到*.sxd文档的具体路径(2)检查*.sxd文档是否可用(3)如果可用，则将该文档加载到SceneControl控件中三维数据加载4.SceneControl三维可视化52核心代码三维数据加载4.SceneControl三维可视化53效果展示三维地图浏览4.SceneControl三维可视化54(1)在ArcScene中，三维地图浏览包括导航、放大、缩小、平移、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(2)在ArcGIS

Engine中实现地图浏览操作的方式有两种：

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三维地图浏览4.SceneControl三维可视化55类名功能ControlsSceneFlyToolClass飞行ControlsSceneFullExtentCommandClass全图ControlsSceneNavigateToolClass导航ControlsSceneOpenDocCommandClass打开*.sxd文档ControlsScenePanToolClass漫游ControlsSceneSelectFeaturesToolClass单选要素ControlsSceneSetObserverToolClass设置观察点ControlsSceneTargetZoomToolClass放大至目标ControlsSceneZoomInOutToolClass放缩场景ControlsSceneZoomInToolClass放大三维浏览功能的类三维地图浏览4.SceneControl三维可视化56核心代码三维地图浏览4.SceneControl三维可视化57效果展示三维地图识别4.SceneControl三维可视化58

三维地图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(1)在控件中单击某点，返回一个IHit3DSet类型对象(2)解析IHit3DSet对象包含的所有图层信息(3)以TreeView的形式显示信息三维地图识别4.SceneControl三维可视化59核心代码三维地图识别4.SceneControl三维可视化60核心代码三维地图识别4.SceneControl三维可视化61效果展示遥感影像图与三维地形叠加4.SceneControl三维可视化62

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(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BaseSurface属性设置为TIN表面(4)将三维信息应用到影像数据，并刷新视图遥感影像图与三维地形叠加4.SceneControl三维可视化63核心代码遥感影像图与三维地形叠加4.SceneControl三维可视化64效果展示矢量图层与地形叠加4.SceneControl三维可视化65

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。核心代码矢量图层与地形叠加4.SceneControl三维可视化66效果展示三维动画4.SceneControl三维可视化67ArcGIS

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(1)将当前场景保存为三维书签，并创建一个关键帧(2)将所有的关键帧加入IAnimationTrack类型的对象(3)添加IAnimationTrack类型对象，并播放动画三维动画4.SceneControl三维可视化68核心代码三维动画4.SceneControl三维可视化69效果展示简介5.GlobeControl三维可视化70(1)GlobeControl对应于ArcGIS桌面产品中的ArcGlobe(2)ArcGlobe和ArcScene一样，都是3D可视化应用程序(3)ArcGlobe是基于地球视图，通常用于超大型数据集的显示(4)使用GlobeControl可以实现ArcGlobe数据加载、地图浏览和效果展示等三维数据加载5.GlobeControl三维可视化71

在ArcGIS

Engine中加载ArcGlobe文档即是加载*.3dd格式文件，需要调用IGlobeControl接口的Load3dFile方法。实现思路(1)得到*.3dd文档的具体路径(2)检查*.3dd文档是否可用(3)如果可用，则将该文档加载到GlobeControl控件中三维数据加载5.GlobeControl三维可视化72核心代码三维数据加载5.GlobeControl三维可视化73效果展示三维地图工具5.GlobeControl三维可视化74(1)在ArcGlobe中，三维地图工具包括导航、平移、全图、飞行、目标处居中、地球旋转、查找、识别和量测等(2)在ArcGIS

Engine中实现以上功能的方式有两种：

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三维地图工具5.GlobeControl三维可视化75类名功能ControlsGlobeFlyToolClass飞行ControlsGlobeNorthCommandClass向北ControlsGlobeFullExtentCommandClass全球ControlsGlobeTargetCenterToolClass目标居中ControlsGlobeFixedZoomInCommandClass固定比例放大ControlsGlobeSpinClockwiseCommandClass顺时针旋转ControlsGlobeSpinStopCommandClass停止旋转ControlsGlobeMeasureToolClass地