【正文】
s classification in ArcMap 三維校園景觀生成基于ArcGIS的三維景觀模型的建立的具體技術(shù)路線,如下圖45:采集校園照片,在Photoshop中處理紋理生成三維景觀校園在ArcMap中顯示校園平面圖,在ArcCatalog中建庫生成TIN網(wǎng),建ArcScene中建立三維模型,與遙感圖疊加在3DMAX中建立三維模型,并賦予紋理導(dǎo) 入生成*3ds文件,建立ArcSense的符號庫AutoCAD的*dwg校園平面圖最后利用VBA嘗試二次開發(fā)圖45 建模技術(shù)路線圖 The roadmap of modeling technology 利用本文所述的原理及方法,本文以遼寧工程技術(shù)大學(xué)阜新校區(qū)為設(shè)計(jì)的例子,制作出了校園三維景觀模型,能夠很好的反應(yīng)其真實(shí)的紋理,達(dá)到逼真的效果,如下圖46,良好的反應(yīng)了圖書館屋面瓦的紋理效果。為了能夠精確的用三維符號顯示地物,本文將不同類型的地物以name字段加以分類。點(diǎn)擊 Editor → Start Editing,根據(jù)地圖和遙感圖中地物的位置,在對應(yīng)的圖層中編輯相應(yīng)地物。對應(yīng)的坐標(biāo)系和高程系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫相同。4)打開ArcCatalog,在新建立的數(shù)據(jù)庫上單擊右鍵,選擇New → New Feature Class。選擇Conversion Tools中的To Geodatabase,雙擊Feature Class To Geodatabase(multiple),點(diǎn)擊Input Features的瀏覽按鈕,選擇第二步生成的5種shp文件,點(diǎn)擊Output Geodatabase的瀏覽按鈕,選擇第一步建立的數(shù)據(jù)庫。點(diǎn)擊OK。2)將*.dwg文件轉(zhuǎn)換為*.shp文件。本文的數(shù)據(jù)庫建立技術(shù)流程圖如圖41:分析各要素模型,以及Geodatabase結(jié)構(gòu)定義景觀模型數(shù)據(jù)庫利用ArcCatalog和ArcToolbox創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫圖41 數(shù)據(jù)庫流程圖 The flowchart of goedatabase1)建立數(shù)據(jù)庫。本文采用的是Geodatabase(地理數(shù)據(jù)庫)數(shù)據(jù)模型。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是本文作者經(jīng)實(shí)地采集獲得的數(shù)據(jù),真實(shí)可靠。主要的數(shù)據(jù)源是遼寧工程技術(shù)大學(xué)校園的AutoCAD圖, AutoCAD圖包含了整個校園構(gòu)造的詳細(xì)的信息,如校園建筑物的位置、道路、人行道、花園位置以及獨(dú)立樹等,還包括校園平面的高程信息。4 三維景觀模型建立基于前面各章節(jié)研究的理論、方法及相關(guān)技術(shù),本文以遼寧工程技術(shù)大學(xué)校園為例,在ArcGIS中建立三維景觀校園。由于符號材質(zhì)的關(guān)系,可能會加載幾秒鐘,此時不要點(diǎn)擊電腦的其他任何位置,等到完全加載完畢,再繼續(xù)操作,否則很容易造成軟件崩潰或無響應(yīng)。在ArcScene的菜單欄中點(diǎn)擊Tool,選擇Style→Style Manager,在彈出的對話框中點(diǎn)擊,勾選3DBasic、3DBuildings、3DTrees、3DIndustrial等ArcScene中自帶的3D符號庫。為了減小數(shù)據(jù)量,材質(zhì)不選用貼圖,直接利用3DMAX自帶的材質(zhì)球,選擇與真實(shí)的柳樹相近的顏色即可,適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)高光級別和光澤度。2)樹葉則采用三角形、可編輯多邊形、復(fù)制、平移等命令完成。以柳樹模型為例,加以簡單的介紹。全部完成后,需要刪除CAD的底圖和立面圖,否則不僅會增大數(shù)據(jù)量,還會造成模型在ArcScene中失去紋理信息。其他的材質(zhì)也用相同的方法賦給各個部分,但是參數(shù)需要根據(jù)物體本身的屬性進(jìn)行設(shè)定。最后選中墻面,將材質(zhì)球上的材質(zhì)賦予給該面,此時,該墻面并沒有貼圖的磚墻的效果,這是因?yàn)闆]有給定該墻面UVW貼圖通道。將磚墻的圖片直接拖拽至材質(zhì)球上,磚墻的參數(shù)為:高光級別8,光澤度10,凹凸60(貼圖),并將上面漫反射的貼圖直接拖拽下來,復(fù)制對話框中要選擇“實(shí)例”,保證兩種效果相連接。然后重復(fù)第一種的處理方式。通過改變前景色,得到實(shí)景照片中的磚的顏色,Alt+Delete賦予磚塊前景色即可。第二種處理方式的過程:打開貼圖文件后,先復(fù)制圖層,在為鎖定的圖層上才可以編輯。這樣可以大大減少貼圖文件的大小,從而降低最后3DMAX文件的大小。2)處理貼圖紋理紋理貼圖的處理方式分為兩種,一種是不需要改變其本身顏色的貼圖文件,另一種是需要改變貼圖原來顏色的貼圖文件。全部切片結(jié)束后,需要再點(diǎn)擊一次“切片平面”按鈕,彈起后才可繼續(xù)編輯。1)分離墻體選中主樓西墻,按F3轉(zhuǎn)換至線框模式,選擇可編輯多邊形中“多邊形”級別,在下方參數(shù)修改區(qū) “編輯幾何體”中,點(diǎn)擊“切片平面”按鈕,這時窗口中會出現(xiàn)黃色的切片平面,旋轉(zhuǎn)90176。本文的紋理包括磚墻、屋面瓦、塑料窗框、玻璃、金屬等,通過這些紋理,三維景觀可視化將更加逼真。通過參數(shù)的設(shè)置,能表現(xiàn)出不同的材質(zhì)效果。主樓南面的樓面上的裝飾性凸起部分以及雨遮等,用簡單的長方體代替即可。擠出窗框之前,要選擇每個窗框的面,等到選擇后均變?yōu)榧t色,才可以實(shí)現(xiàn)擠出功能。將該窗的所有窗框附加到一起,在可編輯多邊形中選擇“多邊形”級別,點(diǎn)擊“擠出”。樓頂部分如圖38:圖38 樓頂 The roof③制作窗戶,畫一個矩形,轉(zhuǎn)換為可編輯樣條線,選擇樣條線級別,點(diǎn)擊“輪廓”,選中這兩個矩形,轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形。②制作樓頂樓頂?shù)闹谱飨鄬唵?,只要捕捉好周圍墻面的頂點(diǎn),將其轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形,選擇面級別,樓頂相對墻體突出的部分選中面擠出即可。再將該雛形墻體轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形的“多邊形”級別,按住Ctrl鍵,將需要鏤空的位置(如窗戶、門)的面多項(xiàng)選中,在修改器中選擇“擠出”修改命令,然后Delete刪除這些面,鏤空的效果就形成了。根據(jù)立面圖中窗戶的多少和位置,選中2條邊,在“編輯邊”參數(shù)設(shè)置選區(qū)中,點(diǎn)擊“連接”按鈕右邊的設(shè)置選項(xiàng),輸入連接的數(shù)量,將將生成的邊逐一移動到位。旋轉(zhuǎn)角度捕捉設(shè)置成90176。圖35 “導(dǎo)入”對話框 the dialog box of “Import”③單擊②的確定后,彈出導(dǎo)入選項(xiàng)對話框,“焊接”選項(xiàng)的默認(rèn)設(shè)置是選中的,第一次導(dǎo)入時需將該選項(xiàng)勾掉,如圖36,可以使模型生成的時間大大減少。選中底圖,單擊右鍵,點(diǎn)擊“凍結(jié)當(dāng)前選擇”,以免在不注意的情況下移動底圖。3)在3DMAX中導(dǎo)入CAD底圖和立面圖在3DMAX中,點(diǎn)擊開始→導(dǎo)入,導(dǎo)入格式為*.dwg的CAD底圖和各墻面立面圖。本文是將實(shí)拍的照片在Photoshop CS3中進(jìn)行自由變換,得到正攝照片。圖32西墻的照片 Pictures of the western wall最后即可獲得各邊的實(shí)際邊長(不考慮誤差),繪制西墻的立面圖,:圖33 CAD西墻立面圖 Elevation of the western wall in CAD需要強(qiáng)調(diào)的是,為了使模型的可視化效果更突出,建筑物的每一面墻體都需要先在CAD中繪制立面圖,以便能在3DMAX中精確的捕捉關(guān)鍵點(diǎn)并建模,若墻體樣式結(jié)構(gòu)相同,繪制一面即可。由于初始數(shù)據(jù)的底圖比較粗糙,因此在新文件下凍結(jié)主樓底圖,用多段線重新繪制主樓底圖,保證圖形的完整,如圖31:圖31 主樓CAD底圖 The main building reproduction for CAD2)CAD立面圖根據(jù)實(shí)地拍攝的照片,繪制CAD立面圖。1)CAD底圖在CAD校園底圖中復(fù)制主樓。本文除了應(yīng)用部分ArcGIS自帶的符號外,也在ArcGIS ,、 。ArcGIS已經(jīng)提供了3DBasic、3DBuildings、3DTrees、3DIndustrial等上百種三維符號。3DMAX強(qiáng)大的渲染功能,能將復(fù)雜的實(shí)體逼真的再現(xiàn)??傊?,平面地圖符號與三維模型符號在可視化表達(dá)上的不同,本文認(rèn)為差別主要為平面地圖符號與三維模型符號表達(dá)側(cè)重不同:三維模型符號更側(cè)重形象性的表達(dá),能夠給與用戶更加直觀的三維空間信息,以更加直觀和逼真的方式指出空間目標(biāo)種類和質(zhì)量特征以及對象的空間位置和現(xiàn)象的時空分布;而平面地圖符號比較側(cè)重于抽象性的表達(dá),以抽象的方式表達(dá)空間目標(biāo)的種類以及其它特征[7]。歸結(jié)起來三維模型符號的基本特點(diǎn)可總結(jié)為以下兩條:1)以更加直觀和逼真的方式指出目標(biāo)種類及數(shù)量和質(zhì)量特征以及對象的空間位置和分布。三維模型符號以更逼真的形式提供給觀察者更多的空間信息,通過讀者的視覺被感知。加上逼真的三維地面模型,讓用戶猶如身臨三維環(huán)境中體會三維場景。在ArcGIS 9版本中包含了大量的三維地圖符號,即本文所說的三維模型。雖然平面地圖符號在很長時間里獲得了很長久的進(jìn)步,在各個領(lǐng)域有了很廣泛的應(yīng)用,但隨著傳統(tǒng)的制圖方法正逐漸被數(shù)字制圖等新技術(shù)所取代以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,使顯示和描述物體的三維幾何特征和屬性特征成為可能,同時空間信息三維化的發(fā)展促進(jìn)了三維地圖符號的產(chǎn)生。把真實(shí)的三維世界簡化為二維,在復(fù)雜環(huán)境下可能帶來思維的局限性和片面性,帶來規(guī)劃設(shè)計(jì)的不確定性,使得一些只有借助三維信息能解決的問題被擱置,等待耗資耗時的實(shí)地考察來確定。利用二維地圖抽象表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的過程可以概括為:首先在充分認(rèn)知真實(shí)的現(xiàn)實(shí)世界基礎(chǔ)上,從中抽象提取幾類現(xiàn)實(shí)世界的典型特征(居民地、水系、交通、境界、地貌、土質(zhì)、植被等),然后依據(jù)經(jīng)典的地圖制圖學(xué)理論,運(yùn)用形象的符號化系統(tǒng)將其表達(dá)在紙質(zhì)、磁質(zhì)等各種介質(zhì)上,就形成了地圖。二維地圖是根據(jù)地圖投影、地理坐標(biāo)和比例尺,用各種點(diǎn)狀、線狀、面狀符號及文字注記和色彩等表示地形、地貌、地物、地理現(xiàn)象以及社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。2)設(shè)計(jì)三維模型時,盡量將模型與模型之間建立起內(nèi)在的、有機(jī)的聯(lián)系,這樣可以避免孤立地、片面地設(shè)計(jì)每個模型,綜合應(yīng)用視覺變量的每一個因素,如形狀、尺寸、顏色、紋理、方向以及透明度等,合理地選擇視覺變量來實(shí)現(xiàn)三維符號模型表達(dá)三維景觀。 三維符號模型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與平面地圖上的符號所處的表達(dá)環(huán)境不同,也與普通的三維模型的設(shè)計(jì)不同,應(yīng)用在ArcGIS中建立三維景觀模型具有以下顯著的設(shè)計(jì)特點(diǎn):1)盡量真實(shí)化:它不同于普通的三維模型的設(shè)計(jì)追求設(shè)計(jì)的簡潔和形象化。簡化包括幾何細(xì)節(jié)的簡化和紋理細(xì)節(jié)的簡化,簡化的目的就是去掉一些不重要細(xì)節(jié),保留最能代表地物顯著特征的部分,達(dá)到高效逼真的可視化效果。但是,由于計(jì)算機(jī)處理能力和成本的局限,要表現(xiàn)地物所有詳細(xì)的細(xì)節(jié)往往是不用現(xiàn)實(shí)的,也沒有必要的。本章詳細(xì)介紹了三維符號模型的設(shè)計(jì)思路與制作的方法,指出了制作過程中需要注意的內(nèi)容和細(xì)節(jié)。將該類點(diǎn)要素以name字段分類,加載點(diǎn)符號后即可改變點(diǎn)符號的樣式、大小和角度,如圖26:圖26博雅樓模型在ArcScene中顯示 the model of Boya floor displaying in ArcScene3 三維模型符號的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)三維模型是對三維景觀進(jìn)行仿真、實(shí)時漫游時展現(xiàn)給用戶最直接的視景內(nèi)容,是實(shí)時 漫游顯示的核心內(nèi)容,是三維GIS、三維空間信息技術(shù)中數(shù)據(jù)處理與管理部分的基本模塊, 也是三維景觀建模研究與發(fā)展的基礎(chǔ)[5]。在本文第三章會進(jìn)行詳細(xì)說明,這里僅進(jìn)行簡單介紹:1)在AotuCAD中,建立平面實(shí)體,如下圖23:圖23 博雅樓CAD底圖 Boya floor reproduction for CAD2)將其導(dǎo)入3DMAX中,利用其豐富的編輯和三維造型功能,盡量利用最少的和最簡單的操作完成三維造型,以便減少數(shù)據(jù)量,如下圖24:圖24 博雅樓模型 The model of Boya floor3)在3DMAX中將建筑物的各個面賦予材質(zhì)或貼圖。在3DMAX中建立這些模型,可以采用紋理映射技術(shù)較好的進(jìn)行模擬,實(shí)現(xiàn)逼真度和運(yùn)行速度的平衡。如圖21:圖21 ArcMap中的TIN TIN in ArcMap4)貼影像紋理在ArcScene中,當(dāng)兩個圖層疊加的時候,TIN中高出海平面的部分可以看見,而低于海平面的部分被隱藏了,如圖22:圖22 ArcScene中TIN與遙感圖疊加 TIN and remote sensing image stacked in ArcScene 三維實(shí)體模型建模方法在ArcGIS中進(jìn)行三維景觀建模,可以利用以上介紹的方法建立地面模型,再加入獨(dú)立的三維實(shí)體來表達(dá)真實(shí)三維景觀。其步驟如下:①右擊圖層,在彈出的對話框中,選擇Base Heights;②單擊Obtain heights of layer surface,選擇您要添加的圖層;③如果兩個圖層的單位不一致,則要改變Z Unit Conversion;④單擊確定。2)定義圖層的Z值一般有三種方法可以用來定義圖層的Z值,即使用屬性設(shè)置圖層的基準(zhǔn)高程;通過在表面上添加新要素;突出要素。若從ArcMap中添加數(shù)據(jù),則右擊準(zhǔn)備添加的圖層在工具欄中的圖標(biāo),單擊拷貝,然后在ArcScene中右擊Scene Layer,選擇粘貼即可。 三維地面模型建模方法 在ArcGIS中,建立地面模型即創(chuàng)建三維場景、向場景中添加圖層與圖形、定義圖層的三維屬性、定義場景的屬性,具體方法簡介如下:1)創(chuàng)建三維場景創(chuàng)建新場景,又稱為添加數(shù)據(jù)。原理是:利用ArcGIS對TIN數(shù)據(jù)格式良好的支持,以及對*.3ds格式的支持,和圖層疊加來建立三維景觀模型。 ArcGIS構(gòu)建三維景觀的原理利用ArcGIS進(jìn)行三維景觀模型設(shè)計(jì),即利用ArcGIS強(qiáng)大的圖形編輯、數(shù)據(jù)管理、空間分析和強(qiáng)大的二次開發(fā)功能來實(shí)現(xiàn)景觀模型設(shè)計(jì)。增加了可進(jìn)行全球三維可視化的ArcGlobe;增強(qiáng)的注記管理和擴(kuò)展模塊Maplex;發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)的開放的空間數(shù)據(jù)庫格式;增強(qiáng)了柵格空間數(shù)據(jù)庫能力等,同時推出兩個最新的基于ArcObjects的產(chǎn)品:面向開發(fā)的嵌入式ArcGIS Engine和面向企業(yè)用戶的以“集中式管理、網(wǎng)絡(luò)為核心、基于服務(wù)器”為特點(diǎn)的ArcGIS Server。2 ArcGIS三維景觀建模方法2004年秋天,ESRI推出了