ArcGIS三维分析
ArcGIS9教程_第9章三维分析
ArcGIS9教程_第9章三维分析第九章三维分析相当长的⼀段时间⾥，由于GIS理论⽅法及计算机软硬件技术所限，GIS以描述⼆维空间为主，同时发展了较为成熟的基于⼆维空间信息的分析⽅法。
但是将三维事物以⼆维的⽅式来表⽰，具有很⼤的局限性。
在以⼆维⽅式描述⼀些三维的⾃然现象时，不能精确地反映、分析和显⽰有关信息，致使⼤量的三维甚⾄多维空间信息⽆法加以充分利⽤。
随着GIS技术以及计算机软硬件技术的进⼀步发展，三维空间分析技术逐步⾛向成熟。
三维空间分析相⽐⼆维分析，更注重对第三维信息的分析。
其中第三维信息不只是地形⾼程信息，已经逐步扩展到其它更多研究领域，如降⾬量、⽓温等。
ArcGIS具有⼀个能为三维可视化、三维分析以及表⾯⽣成提供⾼级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以⽤它来创建动态三维模型和交互式地图，从⽽更好地实现地理数据的可视化和分析处理。
利⽤三维分析扩展模块可以进⾏三维视线分析和创建表⾯模型（如TIN）。
任何ArcGIS 的标准数据格式，不论⼆维数据还是三维数据都可通过属性值以三维形式来显⽰。
例如，可以把平⾯⼆维图形突出显⽰成三维结构、线⽣成墙、点⽣成线。
因此，不⽤创建新的数据就可以建⽴⾼度交互性和可操作性的场景。
如果是具有三维坐标的数据，利⽤该模块可以把数据准确地放置在三维空间中。
ArcScene是ArcGIS三维分析模块3D Analyst所提供的⼀个三维场景⼯具，它可以更加⾼效地管理三维GIS数据、进⾏三维分析、创建三维要素以及建⽴具有三维场景属性的图层。
此外，还可以利⽤ArcGlobe模型从全球的⾓度显⽰数据，⽆缝、快速地得到⽆限量的虚拟地理信息。
ArcGlobe能够智能化地处理栅格、⽮量和地形数据集，从区域尺度到全球尺度来显⽰数据，超越了传统的⼆维制图。
利⽤交互式制图⼯具，可以在任何⽐例尺下进⾏数据筛选、查询和分析，或者把⽐例尺放⼤到合适的程度来显⽰感兴趣区域的⾼分辨率空间数据，例如航空相⽚的细节。
ArcGIS的地统计分析、空间分析、三维数据分析实验报告
地理空间信息软件应用Geospatial information software applications大连理工大学城市学院实验一、三维数据分析实验目的：首先了解三维数据管理的的概念，对三维数据有一定的了解及认知后，学习对三维数据的管理、分析与应用，掌握三维数据分析运用要领。
实验内容：三维数据、三维数据的获取、3D要素分析；表面创建、表面管理；栅格表面分析、Terrain和TIN表面分析、功能性表面；ArcScene的工具条、二维数据的三维显示、三维动画。
实验过程：1.三维数据⑴三维数据是在二维数据的基础上添加了一个维度（Z坐标），用来表示特定表面位置的值。
三维数据有四种基本类型：三维点数据、三维线数据、表面数据和体数据。
在Arcgis中，把三维数据分为3D要素数据和表面数据。
⑵三维数据的获取：三维点、线数据的生成常见方法分为创建包含Z值的要素类，转换二维要素类的属性、插值shape三种；多面体数据的生成。
①三维点、线数据的生成-----创建包含Z值的要素类启动ArcCatalog,右击要创建三维要素的文件夹，在弹出的菜单栏中，选择“新建”----“Shapefile”，打开创建新Shapefile对话框。
在“名称”文本框中输入要素名称，在类型的下拉框选择面，单机编辑定义空间参考，选择WGS1984坐标系，点击确定。
图一创建三维空间坐标②三维点、线数据的生成-----转换二维要素类的属性在ArcScene中打开ArcToolbox，双击“3D Analyst工具”----“3D要素”----“依据属性实现要素转3D”，“打开依据属性实现要素转3D”对话框，输入要素设置为“point”，输出要素类设置为“point3d”，高度字段设置为“height”。
确定，得到三维点数据。
图二依据属性实现要素转3D③多面体数据的生成启动ArcScene，在右击文件夹，单机“新建”，选择“文件地理数据库”，创建“文件地理数据库”，命名为“New File Geodatabase”。
ArcGIS三维分析
-基础教程
二、表面分析
（３） ArcGIS中计算表面积与体积
图9.22 表面积和体积计算 按钮
-基础教程
图9.23 表面积与体积计算操作对话框
二、表面分析
２.坡度与坡向的计算（基于TIN表面）
（1）坡度－某点的坡度即为其所在三角面与水平面之 间的夹角。
Z
Y
-基础教程
或用来表示分离区域的边界。
➢ 裁切多边形：定义插值的边界，处于裁切多边形之外 的输入数据将不参与插值与分析操作。
➢ 删除多边形：定义插值的边界，与裁切多边形的不同 之处在于多边形之内的输入数据将不参与插值与分析 操作。
➢ 替换多边形：可对边界与内部高度设置相同值，可用 来对湖泊或斜坡上地面为平面的开挖洞建模。
3）张力样条插值 样条插值是用表面拟合一组点的方法，要求所有的
点均处于生成的表面上。
图9.9 张力样条插值操作按 钮
-基础教程
图9.10 张力样条插值操作对话 框
一、表面创建
4）规则样条插值 规则样条允许控制表面的平滑度。 需要注意的是，规则样条中的权重值用来控制表面的
平滑度。权重指定三阶导数的系数，以使表面的曲率最小 。权重值越大，表面越平滑，一阶导数（坡度）表面也越 平滑。通常，权重值取0~0.5。
-基础教图程9.2 栅格表面示意图
一、表面创建
（2）TIN表面 由具有Z值的离散点两两联接构成不规则三角网
图9.3 TIN表面示意图
-基础教程
一、表面创建
2. 表面创建
创建表面模型主要有两种方法：插值法和三角测量法。 （1）栅格表面
常见的一个例子是利用采样点生成栅格DEM
-基础图9教.4程 栅格表面创建图
GIS三维分析
要素的立体显示
要素数据与表面数据的不同之处在于，要素数据描 述的是离散的对象如点对象、线对象、面对象（多 边形）等
在三维场景中显示要素的先决条件是要素必须被以 某种方式赋予高程值或其本身具有高程信息。
要素的三维显示主要有两种方式：
1）具有三维几何的要素，在其属性中存储有高程值，可 以直接使用其要素几何中或属性中的高程值，实现三维 显示；
4
1.创建表面
表面模型：
规则空间格网模型（栅格模型） 不规则三角网模型（TIN模型）
创建表面的主要方法：
插值法 三角测量法
栅格表面和TIN表面的相互转换
5
规则空间格网模型
通常用正方形，或矩形、三角 91 78 63 50 53 63 44 55
形等规则格网将区域空间切分 为规则的格网单元，每个格网 94 81 64 51 57 62 50 60
离散点转换成TIN 格网转换成TIN 等高线转换成格网 DEM空间内插
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不规则点集生成TIN
最常用的是Delaunay 三角剖分方法 (Delaunay,1934)。
对于给定点集P， Delaunay三角网具有如 下特性：
(1)Delaunay网是唯一的； (2)任何三角形外接圆都
DTM的数据采集 数据源决定采集方法： （1）航空或航天遥感图像为数据源 （2）以地形图为数据源 （3）以地面实测记录为数据源 （4）其它数据源
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利用航片建立DEM
左航片
全数字摄影测量
右航片
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DEM
数字高程模型——表示方法
规则格网（GRID）表示法 等高线模型 不规则三角网(TIN)表示法 离散点表示法 数学分块曲面表示法
13
ArcGIS教程：第11章 三维分析
(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
因为TIN能较好地表示地理现象的三维可视化
3.TIN数据
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加载TIN数据
加载TIN数据集需要用到ITINWorkspaceFactory接口、ITINWorkspace接 口、ITIN接口和ITINLayer接口
(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
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
3.TIN数据
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创建TIN数据
由矢量要素创建TIN
3.TIN数据
30
创建TIN数据
由矢量要素创建TIN
3.TIN数据
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
31
创建TIN数据
Triangle Strip 1.三维数据模型
Triangle Fan
Ring
3
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
ArcGIS三维分析教程
（2）制作3D规划图 E 选定点之后，点击“地理配准—更新显示”
如果配准不满意，可点击“查看连接表”删除
F ，配准好后，点击“地 理配准—纠正”设置“输 出位置”对话框，保存
G 启动ArcScene ，加载“TIN原始地表面”图层和纠正 后的“用地规划图1” (上一步保存的目录和名字) H给规划图附高程 右键“用地规划图1”图层——属性——基本高度；对 话框设置如下图
3.2 TIN地表面的可视化
（1）在ArcScene中查看地面
A启动ArcScene 开始程序中启动
B加载TIN图层
地表面的可视化\原始地表面
C符号化地表面 右键图层—属性，显示“图层属性”对话框 总共有11种符号化类型。
先取消 勾选
再点击添 加,高程
D三维漫游
点击“导航”即可以放大缩小（滚轮），旋转（左 键拖动），平移（按住滚轮拖拉）
D 添加河流道路等其他地图 显示道路河流水塘，打开“图层属性”对话框中的“基
本高度”选项卡，勾选“浮动在自定义表面”上，并选 择“没有基于要素的高度”，使他们附在捕捉不同视角来制作动画
确定一个画面点一次“捕捉视图”，最后点“播放”
3.5 制作三维动画 （2）通过改变一组图层的开关构建动画
应用三：三维场景模拟
ArcMap只能从二维的角度看场景，ArcGIS中提供了 ArcScene和ArcGlobe两种三维场景工具，其中ArcGlobe 适合从全球视角无缝无限量地显示数据，ArcSecne适合 于局部三维透视场景的显示，在规划中较为常用。
使用三维功能需要加载“3D分析”扩展模块： 菜单——自定义——扩展模块，勾选“3D Analyst”
ArcGIS三维分析
14.3.5 视域分析
视域分析广泛应用于GIS的各个方面，可判断三维表面上 某点的可视区域。在ArcMap中进行视域分析方法如下。 （1）单击“3D分析” ︱ “表面分析”︱”视域”命令， 弹出“视域”对话框。 （2）在“视域”对话框中填写参数。包括输入表面、观察 点文件、Z因子、输出像素大小和输出栅格等。如果输入文件和 定义的Z单位不同，要在Z因子中输入不同单位的转换系数，如 果相同则默认为1。 （3）单击“确定”按钮。在ArcMap图形窗口会自动显示 输出的视域分析图。
14.3 表面分析
表面（包含无数点的区域）通常蕴含了丰富的信息。用户 可能想简单地浏览表面，这是一个从总体上理解表面的好方式， 或者用户可能会对表面上某个感兴趣的特定区域进行详细研究。 例如，用户可能想知道表面上某一点处高度、温度、气压或杀虫 剂浓度等信息的值。用户可能想知道是否在A点的观测者能够看 到B点，或者一条规划的小路有多陡。用户可能对某个水库的库 容或某条山脊的石方感兴趣。或者，用户可能对表面形状的整体 信息感兴趣，这并不是通过对表面进行简单的观察就能立即得到 的信息。例如，用户可能想知道哪些点在相同的高程，表面的哪 些部分有着相同的朝向，哪里的化学污染的浓度最高或者地表下 降得最厉害。
14.3.1 等高线分析
等高线是地图学中的基本概念：地面上高程相等的相邻 各点连成的闭合曲线称为等高线。地形图上相邻两条高程不 同的等高线之间的高差称为等高距。等高距愈小则图上等高 线愈密，地貌显示就愈详细、确切； 等高距愈大则图上等高 线就愈稀，地貌显示就愈粗略。
14.3.2 坡度分析
坡度表示表面上某个位置的最陡的倾斜度。计算坡度时， 将对TIN中的每个三角面或栅格中的每个单元进行计算。对于 TIN而言，坡度是各个三角面之间最大的高程变化率。对于栅格 而言，坡度是每个栅格单元与其相邻的8个栅格单元中最大的高 程变化率，其计算示意图如图14.21所示。
9.ArcGIS三维分析和应用
5.3ArcScene三维飞行动画
首先打开动画按钮 有一下几种方法 1、create keyframe 建关键
帧 2、capture view 照相 3、create flyby from path
自己创建飞行路线
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1、 create keyframe 建关键帧
一、什么是ArcGlobe?
ArcGlobe是ArcGIS桌面应用——3D Analyst扩展的一部分（像 ArcScene.）、其提供了海量地理数据的交互式可视化，允许全 球数据、本地数据和街道级数据间的无缝过渡，使用标准的 ArcGIS数据源和图层
二、ArcGlobe数据源
ArcGlobe支持的数据类型包括：1、ArcGIS栅格数据，包括栅格 目录； 2、ArcGIS要素数据，包括文本注记； 3、ArcIMS图层； 4、ArcGIS Server中的MapServer图层；
ArcGIS的三维
1. 两种三维介绍 2. ArcScene三维制作 3. ArcScene三维飞行和应用 4. ArcGlobe了解
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1、两种三维介绍
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ArcGIS三维有两种： ArcGlobe和ArcScene
ArcGlobe是ArcGIS9.0之后出现的新产品，设计用于展示大数据量 的场景，基于全球视野，所有数据均投影到全球立方投影 (World Cube Projection)下，并对数据进行分级分块显示。
Orientation setings:方向设置
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4、保存动画，输出avi
Save animation File，保 存为asa，下次load animation File装入文件 asa，只asa无法运行，必须 先加载数据，通过options 可以设置动画的时间
arcgis教程_ArcGIS三维分析
14.3 表面分析
表面（包含无数点的区域）通常蕴含了丰富的信息。用户 可能想简单地浏览表面，这是一个从总体上理解表面的好方式， 或者用户可能会对表面上某个感兴趣的特定区域进行详细研究。 例如，用户可能想知道表面上某一点处高度、温度、气压或杀虫 剂浓度等信息的值。用户可能想知道是否在A点的观测者能够看 到B点，或者一条规划的小路有多陡。用户可能对某个水库的库 容或某条山脊的石方感兴趣。或者，用户可能对表面形状的整体 信息感兴趣，这并不是通过对表面进行简单的观察就能立即得到 的信息。例如，用户可能想知道哪些点在相同的高程，表面的哪 些部分有着相同的朝向，哪里的化学污染的浓度最高或者地表下 降得最厉害。
第14章 ArcGIS三维分析
ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面 生成提供高级分析功能的扩展模块“3D Analyst “ ，可以用 它来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好地实现地理 数据的可视化和分析处理。 使用上述ArcMap软件工具可以对ArcGIS中的矢量数据 进行三维分析操作。本章主要介绍ArcMap软件工具的三维 分析，并在此基础之上讲解如何进行具体的三维操作。
ArcScene是三维分析（3D Analyst）添加的三维可视化应用程 序之一，它们扩展了ArcGIS Desktop的功能，并且扩展了 ArcCatalog和ArcMap的三维功能。 ArcScene允许用户制作具有透视效果的场景，在这个场景中可 以对地理信息系统数据进行浏览和交互。不仅如此，用户还可以在 表面上叠加栅格和矢量数据，并从矢量数据源创建线、面和体。用 户也可以使用ArcScene中的三维分析工具创建和分析表面。 1．ArcScene的用途简介 2．ArcScene中的3D工具 3．ArcGIS表面模型（GRID和TIN）的三维显示 4．二维栅格数据的三维显示 5．二维矢量数据的三维显示
ArcGIS三维分析使用指南-2
从ArcMap 中复制并粘贴三维图形1． 在ArcMap 工具条上，单击Select Graphics 按钮。
2． 单击图形。
3． 右击图形并单击Copy。
4． 在ArcScene 中，单击Edit 菜单，并单击Paste。
A RC GIS 三维分析使用手册184要素数据与三维显示用户可能想以透视视图可视化要素数据，以及表面数据。
在表达离散对象，而不是连续现象时，要素数据不同于表面数据。
一般来说，要素数据拥有一个（几何）形状和属性。
典型的要素几何图形有点、线和多边形。
点要素可能表示山峰，电话线杆，或水井位置。
线要素可能表示公路、河流或者脊岭。
多边形要素可能表示建筑物，湖泊，或行政区域。
要素的属性可以存储代表要素高程或高度的值。
某些GIS 要素以要素几何图形本身来存储高程值；例如，PointZ要素是以一套x，y，z坐标来存储。
在三维场景中，可以使用要素的几何图形或属性的Z值来显示要素。
以建筑物基底按高度拉伸的效果图有时候，要素缺少高程或高度值。
在三维场景中，通过叠加(draping)或拉伸(extruding)还可以查看这些要素。
如果有该区域的表面模型，可以使用模型中的值作为要素的Z值。
这叫做叠加要素。
也可以使用这一技术来三维可视化影像数据。
如果想要显示三维的建筑物要素，可以使用属性如建筑物高度或楼层数来突出显示它们。
也可以基于任意值来突出要素。
有时候，用户想要基于某一属性Z值而不是高度值在场景中查看二维要素。
例如，可能创建一个场景，这一场景显示基于人口值将城市突出成柱状。
美国城市按1990年人口数量拉伸显示的效果图三维可视化185查看图层的基表面高度1. 在ArcScene或ArcCatalog中，右击图层并单击Properties。
2. 单击Base Heights选项卡。
该图层没有基表面高度。
A RC GIS三维分析使用手册186通过属性设置基表面高度1. 右击图层并单击Properties。
ArcGIS三维空间分析
Slope（坡度） Contour（等值线）
判断栅格表面的各像元中的坡度（梯度 或 z 值的最大变化率 栅格表面创建等值线，序列或带障碍等 值线
栅格分析应用——表面分析
山体阴影与视域
坡度
坡向分析
山体阴影
高程格网和生成的等值线
通视分析 添加了等值线的地形表面
栅格分析应用——剖面分析
5、TIN/Terrian数据管理分析工具（34个）
多面体闭合【新增工具】
使多面体闭合
3D 要 素 分 析
多面体是否闭合 通过属性字段转为3D要素
判断一个多面体是否闭合
依据属性实现要素转 3D 通过数值属性值将 2D 要素转换为 3D 要素。支持类型有点、 线和面
将3D线与多面体相交
3D 线与多面体 (Multipatch) 相交工具会查 找线与多面体之间的相交点，并选择性地将 这些点和/或在这些位置分割的线写入到输 出要素类
Terrain数据 管理 （11个）
添加 Terrain 金字塔等级 向 Terrain 添加要素类 构建 Terrain 追加Terrain点 替换Terrain点 删除Terrain点
向 terrain 数据集所使用的数据集合添加点 和多点，从而替换先前已被使用的数据
向现有 TIN 添加要素类，并基于输入要素 类创建 TIN 的表面要素。
天际线工具
7、功能性表面工具集（5个）
添加表面信息 向LAS 数据集中增加文件（.las， ASCII文件等）
功能性表 面工具
揑值Shape
移除LAS数据集中文件
面体积
修改LAS数据分类编码
三维线与表面相 交【新增工具】 Stack 剖面【新 增工具】
ArcGIS三维分析使用指南中文高清版part1
什么是表面和表面模型？ 78 使用点集创建栅格数据表面 80 栅格表面插值 89 克里格插值法 93 保存所有栅格到指定位置 96 设置分析掩膜 97 设置分析结果的坐标系统 98 设置输出范围 99 设置输出栅格单元尺寸 100 使用矢量数据创建TIN表面 101 创建TIN 103 使用栅格数据创建TIN表面 105 使用TIN创建栅格 106
在另一个浏览器中从其它角度浏览场景
用户可以改变三维图层的属性，应用图案阴影或者透明度； 也可以改变一个三维场景的属性，
栅格数据和矢量数据的三维视景
ArcScene的用途
ArcScene提供了可以查看具有多个图层的三维数据、数据可 视化、创建表面并分析表面的接口。
数据可视化
三维分析允许用户在表面上叠加影像或矢量数据，并从表面 上提取矢量要素。用户可以通过不同的浏览器从多个角度浏 览一个场景。
目录
ArcGIS三维分析使用手册 1
第一章 ArcGIS三维分析简介 3
三维分析的用途 5 学习三维分析的技巧 8
第二章 快速入门教程 9
复制教程数据 10 练习1：在地形表面上叠加影像 12 练习2：污染物在蓄水层中的可视化 22 练习3：土壤污染及甲状腺癌发病率的可视化 27 练习4：创建TIN表示地形 37 练习5：在ArcScene中操作动画 51 练习6：ArcGlobe基础 58 练习7：ArcGlobe图层分类 68
ArcMap中在栅格上创建的三维线图形以及这条线对应的剖 面图。
面z值数字化三维要素和图形的工具，以及一个沿三维线创
建剖面图（一定范围内的高程变化）的工具。
三维预览；识别要素、栅格单元以及TIN三角形。
ArcGIS 三维分析简介
第十四章：ArcGIS三维分析
第⼗四章：ArcGIS三维分析 ArcGIS具有⼀个能为三维可视化、三维分析以及表⾯⽣成提供⾼级分析功能的扩展模块“3D Analyst”,可以⽤它来创建动态三维模型和交互式地图，从⽽更好地实现地理数据的可视化和分析模型。
⼀、ArcGIS三维分析概述 ArcGIS三维分析模块主要提供了基于表⾯⾼程数据的数据三维可视化和三维地理空间分析功能。
通过此模块可创建栅格表⾯、进⾏插值、⽣成TIN和进⾏表⾯分析等。
1.三维分析基础 地理空间系统的三维分析多是在数字⾼程模型（Digital Elevation Model简称DEM）上进⾏的。
①表⾯与表⾯模型 ②栅格表⾯：栅格表⾯通常存储在格⽹（GRID）格式中。
格⽹由⼀组⼤⼩均⼀、具有z值的矩形单元构成。
栅格单元越⼩，格⽹表⽰的空间精度越⾼。
③TIN表⾯：不规则三⾓⽹（TIN）是表达表⾯的⼀种有效⽅法，它由不规则分布的数据点连成的三⾓⽹组成，三⾓形的形状和⼤⼩取决于不规则分布的观测点或称节点的密度和位置。
2.ArcGIS三维分析平台与模块简介 使⽤ArcMap平台可以建⽴三维数据，包括建⽴创建和修改TIN数据、插值⽣成栅格数据等，也可以对数据进⾏表⾯查询、分析以及各种表⾯积或体积的计算等，还能对数据进⾏转换、重分类等等操作。
使⽤ArcCatalog可以浏览并管理三维数据。
另外，ArcGIS软件体系还有两种平台——ArcScene和ArcGlobe来显⽰和表达三维数据或场景。
3.ArcGIS三维分析⼯具的激活与添加（⼯具-扩展-勾选3D Analyst） ⼀般默认情况下，在ArcMap、ArcCatalog和ArcScene中三维扩展分析⼯具都是出于未激活的状态。
①激活⼯具②添加⼯具⼆、三维表⾯模型的建⽴ 真实的表⾯是连续变化的，即表⾯包含⽆数个点，所以⼀般情况下，不可能对所有点的z值进⾏度量和记录。
表⾯模型允许⽤户在GIS对表⾯信息进⾏存储。
表⾯模型通过对表⾯上不同位置的点进⾏采样，进⽽对采样点进⾏插值，对表⾯进⾏模拟和近似的拟合，即利⽤有限⽬的样本点来估计未知样本点的值，从⽽形成整个表⾯。
第14章 ArcGIS三维分析
14.2.1 栅格表面的创建
一般情况下， 一般情况下，不可能对研究区内的每个点的属性值都 进行测量，所以选择一些离散的样本点进行测量， 进行测量，所以选择一些离散的样本点进行测量，通过插值 得出未采样点的值。采样点可以是随机选取、 得出未采样点的值。采样点可以是随机选取、分层选取或规 则选取，但应该保证这些点代表了区域的总体特征。 则选取，但应该保证这些点代表了区域的总体特征。 1. 距离权重倒数法 2．样条函数法 ． 3．克里金方法 ． 4. 自然近邻法
14.3.3 坡向分析
坡向是指坡面的朝向。它表示表面某处最陡的倾斜方向。 坡向是指坡面的朝向。它表示表面某处最陡的倾斜方向。 它可以被认为是山体所面向的坡的方向或指南针的方向。 它可以被认为是山体所面向的坡的方向或指南针的方向。在计 算坡向的过程中， 算坡向的过程中，对TIN表面的每个三角面或栅格图像的每一 表面的每个三角面或栅格图像的每一 个像元进行计算。 个像元进行计算。 坡向以度为单位，按逆时针方向从0°——从正北方向 坡向以度为单位，按逆时针方向从 从正北方向—— 从正北方向 到360°，即绕完一圈以后的正北方向，来度量。坡向图中的每 ，即绕完一圈以后的正北方向，来度量。 个栅格单元的值表明此栅格单元所在坡的朝向。 个栅格单元的值表明此栅格单元所在坡的朝向。水平的坡没有 朝向，被赋值为-1。 朝向，被赋值为 。
ArcGIS三维分析平台与模块简介 14.1.2 ArcGIS三维分析平台与模块简介
中进行三维分析， 在ArcGIS中进行三维分析，主要依靠 中进行三维分析 主要依靠ArcGIS的3D 的 Analyst模块。在ArcMap和ArcCatalog中都可以加入三维分 模块。 模块 和 中都可以加入三维分 析扩展模块， 析扩展模块，以便管理维护三维数据以及对三维数据进行相 关的分析。 关的分析。 使用ArcMap平台可以建立三维数据，包括建立创建和 平台可以建立三维数据， 使用 平台可以建立三维数据 修改TIN数据、插值生成栅格数据等，也可以对数据进行表 数据、 修改 数据 插值生成栅格数据等， 面查询、分析以及各种表面积或体积的计算等， 面查询、分析以及各种表面积或体积的计算等，还能对数据 进行转换、重分类等等操作。使用ArcCatalog可以浏览并管 进行转换、重分类等等操作。使用 可以浏览并管 理三维数据。另外， 理三维数据。另外，ArcGIS软件体系还有两种平台来显示 软件体系还有两种平台来显示 和表达三维数据或场景，分别为ArcScene和ArcGlobe。 和表达三维数据或场景，分别为 和 。
ArcGIS三维分析
三、ArcScene三维可视化
（1） 场景坐标系统
-基础图教9.程50 场景坐标系统设置对话框
三、ArcScene三维可视化
（２） 垂直拉伸
图9.52 垂直拉伸前的原图
图9.51 垂直拉伸操作对话
框-基础教程
图9.53 垂直拉伸后的图
三、ArcScene三维可视化
（3）使用动画旋转:
栅格表面使用输入数据点及其邻近栅格单元进行插值。
图9.13 邻域插值操作按
钮-基础教程ຫໍສະໝຸດ 图9.14 邻域插值操作对话 框
一、表面创建
（2）TIN表面的创建
通常TIN是从多种矢量数据源中创建的。可以用点、线 与多边形要素作为创建TIN的数据源。 1）点集：它是TIN的基本输入要素，决定了TIN表面的基本 形状。
-基础教程
一、表面创建
5）克里金插值 克里金方法又分为普通克里金和泛克里金两种。普通
克里金是应用最普遍的，它假定均值是未知的常数。泛克 里金用于已知数据趋势的情况，并能够对数据进行科学的 判断来描述它。
图9.11 克里金插值操作按钮
-基础教程
图9.12 克里金插值操作对 话框
一、表面创建
6）邻域法插值 ❖ 邻域插值将TIN的一些方法与栅格插值方法结合起来。
N（0）
90度
®W （ 270 ）
E （ 90 ）
S（180）
0度
图9.38 太阳方位角示意图
-基础教程
图9.39 太阳高度角示意图
ArcGIS中表面阴影的计算:
二、表面分析
图9.40 表面阴影计算按钮 图9.41 表面阴影计算操作对 话框
-基础教程
二、表面分析
图9.42 表面阴影的生成结果图
实验12 ArcGIS三维分析
• 6. 单击 Capture View 按钮，创建一个 Goss Height的关键帧. • 7. 单击Full Extent按钮
• 8. 放大Littleville Lake。
• 9. 单击Capture View按钮，创建一个 Littleville Lake的摄影关键帧。 • 10.单击Full Extent按钮, • 播放动画
试验十二 ArcGIS三维分析
2009-5.31
Hale Waihona Puke ArcGIS三维分析• • • •
ArcGIS 3D Analyst 扩展模块 ArcScene: 三维分析及三维建模环境 3D分析及显示的数据源 全球三维可视化软件平台
– ArcGlobe – Google Earth
3D Analyst
表面建模和分析的复杂工具
• 2. 右击UFO.lyr，单击Zoom To Layer。 • 3. 单击 Capture View 按钮，创建一个UFO 图层的关键帧. • 4. 单击Full Extent按钮，查看所有数据。
• 5. 再Navigation 工具条上单击 Zoom In， 放大 Goss Height，定位在用户视图的中心 附近。
练习1：在地形表面上叠加影像
• 在地形表面上叠加遥感影像，通常有助于 理解影像模式以及影像与地形的相关性。 • 假设用户是研究加州Death峡谷的地质学家。 用户已经有反映峡谷地形的TIN以及反映地 表粗糙度的雷达遥感影像。影像中含有大 量的信息，可以将影像叠加到地形表面上， 以便对数据进行更好的理解。
路径创建摄影机飞行
• 1. 单击选择工具，并选择用作路径的线要 素或图形-Flight Path。 • 2. 单击Animation菜单，并选择Camera Flyby from Path。
ArcGIS三维空间分析
• •
视频分析 基于地理处理框架分析（淹没分析、瓦斯浓度分析、矿 井顶板涌水分析）
三维测量
多种测量工具 体积测量
3D文件转出
Landxml转TIN
LAS转多点 点文件信息
2、LAS数据管理工具（9个）
转成栅格
LAS数据转 出 【新增工具】
通过las文件中搞成、点密度、RGB、 分级信息创建栅格
转成带统计信息栅 格 转成TIN Create LAS Dataset Add Files to LAS Dataset Remove Files form LAS dataset
总工具数 更新
ArcGIS 9.2 0 50
74个
100
三维分析工具分类
三维体要素分析工具（11个）
LAS数据分析工具（9个） 三维要素、文件转换工具（8 个）
栅格数据分析工具（30个） TIN/Terrain数据分析工具 （20+14=34个）
三维表面数据计算（5个） 三维通视分析工具（8个）
LAS数据管 理[新增工 具]
修改LAS数据分类编码 使用要素来设置LAS的分类编码
生成LAS数据集统计信息（.txt） 生成LAS 数据集的图层文件（.lyr）
LAS数据工具应用
3、三维要素工具集（11个）
添加z信息
三维缓冲区【新增工具】
为3D要素添加Z信息到属性字段中（高程值， 坡度值、表面积、体积等） 3D点、线缓冲区分析
多面体闭合【新增工具】
使多面体闭合
3D 要 素 分 析
多面体是否闭合 通过属性字段转为3D要素
判断一个多面体是否闭合
依据属性实现要素转 3D 通过数值属性值将 2D 要素转换为 3D 要素。支持类型有点、 线和面
第12章：ArcGIS三维
§1. ArcScene 三维场景
（1）创建一系列帧组成轨迹形成动画；
图9.57 轨迹创建按 钮
• 直接利用Geodatabase & GIS数据 • Terrain, 栅格,和矢量
• 包括全球基础数据
3D GIS元素
旅馆模型
从MultiGen, 3D Studio, VRML, SketchUp等导入.
带纹理的 Multipatch
3D 分析工具 Geodatabase 导入3D的 对象 3D要素
§1. ArcScene 三维场景
三维的
点 线 多边形
§1. ArcScene 三维场景
等高线要素的三维显示：
§1. ArcScene 三维场景
叠加：所谓叠加，即将要素所在区域的表面 模型的值作为要素的高程值
§1. ArcScene 三维场景
§1. ArcScene 三维场景
突出：所谓突出是 指根据要素的某个 属性或任意值突出 要素，如要想在三 维场景中显示建筑 物要素，可以使用 其高度或楼层数这 样的属性来将其突 出显示 。
图9.58 轨迹创建对话 框
§1. ArcScene 三维场景
（２）创建一系列帧组成轨迹形成动画；
图9.59 动画操作工具条
（３）捕捉不同视角，并自动平滑视角间过程创 建动画；
§1. ArcScene 三维场景
（４）改变一组图层的可视化形成动画效果 ；
图9.60 动画效果创建按 钮
图9.61 动画效果创建对话框
三维空间分析
哨所 Step 3: 生成哨所的可视域 在Spatial Analyst菜单--->Surface Analysis-视域非常的慢，结果入图。绿色为可见区域。
在ArcMap目录表中，将Not Visible设置为无色填充，而Visible设置为红色填充。在 ArcMap中增加Effects工具条，设置“Viewshed of 哨所”30%透明。处理后结果如下，其 中红色区域就是两个哨所的可视区域，而其他区域不可视。
Step 2:设置分析环境 在进行空间分析前，必须对设置分 析环境。在Spatial Analyst工具条中，Spatial Analyst菜单 下，点击Options。设置你的工作目录；设置Extent为 "Same as Layer elevgrid";设置Cell Size "Same as Layer elevgird".
1、 生成等值线(Contour)
等值线就是连接等值点的线段，比如我们 常见的等高线，等温线等等。 使用等值线可以很容易的看出趋势变化， 比如在地质学上从等高线上很容易看出山 谷，山脊以及地形的起伏。 下面我们一起看看如何利用Raster(Grid)生 成等高线。
Step 1:首先，加载elevgrid图层和哨所图层， elevgrid 是Gird格式，用来表示地面高程。我们就要根据它 来创建等值线。
在Input Surface 中选择输入的 Raster,Contour interval表示等高线间的差 值，Base contour表示启始等高线
设置等高线提取的要素
Step 4:结果出来后，如下图所示。
温馨提示：为更好地满足您的学习和使用需求，课件在下载后可以自由编辑，请您根据实际情况进行调整！Thank you for
ArcGIS三维分析之三维浏览
ArcGIS三维分析之三维浏览一、三维场景基本参数设置：A、设置基本高程(Base Heights)：Base Heights是指主题的基本高程值。
它可以通过三种方式来赋值：①一个值或表达式。
值可以是主题里的某个字段值（变量），也可以是一个常数。
但常数的结果是三维模型中的所有物体都具有同样的高程值。
表达式则可以通过其字段的数学表达式来表达。
②Surface文件。
如果这个主题是TIN文件或GRID文件，则要用此选项。
③已存在的3D Shapes文件（Existing 3D Shapes）。
如果这个主题是已生成的3D Shapes文件，而且你已决定用这个主题的某个字段来作为Z值来显示，则要用此选项。
除了这三项外，还须给定Z 因子（Z Factor）的值。
Base Heights最终的值是用前面赋的高程值乘以Z 因子的值。
Z 因子等于1，则说明x，y的坐标单位与Base Heights的坐标单位相同。
如Z 因子不等于1，则可以通过给定一个Z 因子值，把两个单位转化为同一个单位。
如，x，y的坐标单位是米，Base Heights的坐标单位是英尺，则Z 因子值可给为0.3048.B、设定高程的偏移量(Offset Heights)：偏移量是指主题的高程值以Base Heights为基础垂直向上或向下偏移的数值。
常用在两个单独的主题，因其Base Heights比较接近，则可通过给定一个偏移量，来达到比较好的显示效果。
偏移量可以通过一个值或一个表达式来给定。
偏移量大于零，则主题位于Base Heights 之上。
偏移量小于零，则主题位于Base Heights之下。
高程的偏移量也可以通过两种方法来确定：一个值或一个表达式。
表达式也可以通过主题某个字段的数学表达式来表达。
C、延伸（Extrude features）：延伸仅用于点、线、多边形三种要素类型，如前面的Base Heights 的值是通过指定Surface 来设定的，则此项不能用。
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➢ 替换多边形：可对边界与内部高度设置相同值，可用 来对湖泊或斜坡上地面为平面的开挖洞建模。
➢ 填充多边形：它的作用是对落在填充多边形内所有的
三角形赋予整数属性值。表面的高度不受影响，也不
进行裁A切基或础删教除程。
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（4） ArcGIS中的实现
一、表面创建
图9.18 创建TIN操作按钮
A基础教程
平滑度。权重指定三阶导数的系数，以使表面的曲率最小 。权重值越大，表面越平滑，一阶导数（坡度）表面也越 平滑。通常，权重值取0~0.5。
A基础教程
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一、表面创建
5）克里金插值 克里金方法又分为普通克里金和泛克里金两种。普通
克里金是应用最普遍的，它假定均值是未知的常数。泛克 里金用于已知数据趋势的情况，并能够对数据进行科学的 判断来描述它。
A基础图9教.4程 栅格表面创建图
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一、表面创建
图9.5 栅格表面创建图
A基础教程
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一、表面创建
图9.6 三维立体表面创建图
A基础教程
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一、表面创建
1）可变半径反距离权插值 所谓可变半径插值，是指在输出栅格单元最大搜索半
径范围内，找出最近的N个点作为插值的输入点。
图9.7 可变半径反距离 权插值操作选择按钮
图9.11 克里金插值操作按钮
A基础教程
图9.12 克里金插值操作对 13 话框
一、表面创建
6）邻域法插值 ❖ 邻域插值将TIN的一些方法与栅格插值方法结合起来。
栅格表面使用输入数据点及其邻近栅格单元进行插值。
图9.13 邻域插值操作按
钮
A基础教程
图9.14 邻域插值操作对话 框
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一、表面创建
A基础教程
图9.26 坡度计算操作对话框
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ArcGIS中坡度的计算结果：
二、表面分析
坡 度
高程
图9.27 TIN表面与计算所得坡度栅格图像
A基础教程
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二、表面分析
（2）坡向－某点的坡向即指该点所处的三角形面得坡向
。也就是该三角形面的法线方向在平面上的投影所指的
方向
Z
坡向角 X
Y
图9.28 坡向示意
于其二维底面积。
图9.20 表面积计算各参数示意 图
A基础教程
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二、表面分析
（２）体积的概念
体积指表面与某指定 高度的平面（参考平面） 之间的空间大小，按照参 考平面的上下关系分为两 部分，分别是平面之上的
体积或平面之下的体积。
图9.21 体积计算各参数示意图
A基础教程
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二、表面分析
（３） ArcGIS中计算表面积与体积
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A
图9.32 可视性分析视线瞄准线 28
二、表面分析
（2）视场 视场指可以被一个或多个观察点看到的所有范围。
具体到栅格数据来说，即所能看到的所有栅格单元。
图9.33 栅格数据视场的显示结果
图9.19 建TIN操作对话框
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二、表面分析
❖ 表面创建好之后，通常可用来进行进一步分析 ，以获取 关于表面所在区域更多有价值的信息。
A基础教程
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二、表面分析
1. 计算表面积与体积
（１）表面积的概念
与平面面积不同，表 面积是沿表面的斜坡计算 的，考虑到了表面高度的 变化情况。除非表面是平 坦的，通常表面积总是大
A基础教程
图9.8 可变半径反距离权插值操作对话9
一、表面创建
2）固定半径反距离权插值 与可变半径操作方法类似，不同之处在于选择搜索
半径类型为固定（Fixed）。 需要注意的是，固定半径插值时，使用指定搜索半
径内所有的点作为输入点。如果在搜索半径内没有任何点 ，这时将自动增加栅格单元的搜索半径，直到达到指定的 最少点数为止。
A基础教程图9.16 隔断线图
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一、表面创建
3）多边形 用来表示具有一定面积的表面要素，如湖泊、水体，
或用来表示分离区域的边界。
➢ 裁切多边形：定义插值的边界，处于裁切多边形之外 的输入数据将不参与插值与分析操作。
➢ 删除多边形：定义插值的边界，与裁切多边形的不同 之处在于多边形之内的输入数据将不参与插值与分析 操作。
的Z值，单元尺寸越小,表面精度越高。
A基础教图程9.2 栅格表面示意图
4
一、表面创建
（2）TIN表面 由具有Z值的离散点两两联接构成不规则三角网
图9.3 TIN表面示意图
A基础教程
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一、表面创建
2. 表面创建
创建表面模型主要有两种方法：插值法和三角测量法。 （1）栅格表面
常见的一个例子是利用采样点生成栅格DEM
（2）TIN表面的创建
通常TIN是从多种矢量数据源中创建的。可以用点、线 与多边形要素作为创建TIN的数据源。 1）点集：它是TIN的基本输入要素，决定了TIN表面的基本 形状。
A基础教程 图9.15 点集图
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一、表面创建
2）隔断线 它可以是具有高度的线，也可以是没有高度的线。
在TIN中构成一条或多条三角形的边序列。隔断线即可用来 表示自然要素，如山脊线、溪流，也可以用来创建要素如道 路。
A基础教程
图
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ArcGIS中坡向的计算：
二、表面分析
图9.29 坡向计算按钮
A基础教程
图9.30 坡向计算操作对话框
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二、表面分析
３.可视性分析
（1） 视线瞄准线 视线瞄准线是表面上两点间的一条直线，用来表示
观察者从其所处位置观察表面时，沿直线的表面是可见 的还是遮挡的
B
图9.31 可视性分析参数设置
ArcGIS三维分析
A基础教程
1
主要内容
❖ 表面创建 ❖ 表面分析 ❖ ArcScene三维可视化
A基础教程
2
一、表面创建
1. 何谓表面
表面即连续的值域，该值域的变化可能涉及到无数个 点。
A基础教图程9.1 表面示意图
3
一、表面创建
（1）栅格表面 栅格表面以网格的形式存储，每个单元格内具有唯一
A基础教程
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一、表面创建
3）张力样条插值 样条插值是用表面拟合一组点的方法，要求所有的
点均处于生成的表面上。
图9.9 张力样条插值操作按 钮
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建
4）规则样条插值 规则样条允许控制表面的平滑度。 需要注意的是，规则样条中的权重值用来控制表面的
图9.22 表面积和体积计算 按钮
A基础教程
图9.23 表面积与体积计算操作对话22框
二、表面分析
２.坡度与坡向的计算（基于TIN表面）
（1）坡度－某点的坡度即为其所在三角面与水平面之 间的夹角。
Z
Y
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坡度 角
X
图9.24 坡度示意图
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ArcGIS中坡度的计算：
二、表面分析
图9.25 坡度计算按钮