請(qǐng)觀看激發(fā)本文寫(xiě)作靈感的原始動(dòng)畫(huà)。

  

 

　　用可視體剪切防空炮的威脅半球。

 

　　3D飛行路線根據(jù)其通過(guò)的威脅體進(jìn)行相交和分類(lèi)。分析結(jié)果可以用圖表的形式展示。本例中圖表（A）表示綜合的風(fēng)險(xiǎn)情況，另一圖表（B）用直方圖來(lái)表示飛行路線的危害程度。

 

　　某些地理問(wèn)題只能用3D解答。比如，建筑物中的哪些辦公室靠近存放有危險(xiǎn)材料的區(qū)域？山谷中可以蓄多少水？新建筑物完工后，我家后院的日照是否一去不返？

 

　　ArcGIS 10中的 ArcGIS 3D Analyst擴(kuò)展模塊新增了Intersect 3D、Inside 3D和Skyline Barrier等分析工具，專(zhuān)門(mén)用于處理真實(shí)體空間的GIS數(shù)據(jù)。本文通過(guò)兩個(gè)具體實(shí)例步驟說(shuō)明了如何使用這些新工具來(lái)解決3D GIS問(wèn)題。這兩個(gè)示例展示了共同的關(guān)鍵點(diǎn)，即3D GIS工具是通用的工具，可用于解決多種類(lèi)型的問(wèn)題。正如Buffer工具有很多應(yīng)用一樣，Intersect 3D、Skyline和 Skyline Barrier 工具也可用于解決各種不同類(lèi)型的問(wèn)題。

 

 

　　在我們使用3D分析工具之前需要知道的第一個(gè)問(wèn)題是：飛機(jī)穿越危險(xiǎn)空域時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)有多大？這顯然是個(gè)軍事方面的例子，但是不難想象，分析飛機(jī) 穿越危險(xiǎn)空域時(shí)使用的技術(shù)也可用于分析其他的問(wèn)題，比如如何才能將地下管線敷設(shè)在擬進(jìn)行地下鉆探以外的區(qū)域，或評(píng)估擬建地鐵的震動(dòng)對(duì)周邊房屋內(nèi)居民的潛在 影響。

 

　　當(dāng)然，飛行員不想成為靶子，他們努力避免可能有防空炮向他們開(kāi)火的路線。任務(wù)的成敗可能取決于是否可以確定擬用路線中哪些是處于危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)。這本質(zhì)上是個(gè)3D問(wèn)題，因?yàn)橛?jì)算出的武器范圍通?；谥苯拥?D距離。

 

　　分析這個(gè)問(wèn)題時(shí)，需要一些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)：高程面、擬用的飛行路線、威脅點(diǎn)的位置以及不同威脅點(diǎn)的有效范圍信息。用GIS術(shù)語(yǔ)來(lái)描述這些需求的 話，就是說(shuō)您需要一個(gè)高程平面（一個(gè)柵格數(shù)字高程模型（DEM）、一個(gè)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）或terrain dataset（地形數(shù)據(jù)集））；一個(gè)描述擬用路線的3D線要素類(lèi)；和一個(gè)包含威脅屬性的2D（或3D）點(diǎn)要素類(lèi)。本例使用了5米柵格數(shù)字高程模型 （DEM）.

 

　　在第一步中，2D點(diǎn)要素被轉(zhuǎn)換為可量化的威脅半球。本例中有三個(gè)防空炮位置。各防空炮因有無(wú)雷達(dá)輔助，擁有不同的有效范圍。外區(qū)（需要雷達(dá)協(xié)助的區(qū)域）沒(méi)有內(nèi)區(qū)危險(xiǎn)，因?yàn)轱w機(jī)本身的對(duì)抗措施更為有效。

 

　　利用點(diǎn)屬性，可以將該信息轉(zhuǎn)換為威脅半球（這更容易理解），并通過(guò)下列流程，更有效地構(gòu)筑威脅半球的要素。

 

　　1.在3D Analyst的ArcScene 應(yīng)用程序中，添加兩次點(diǎn)要素類(lèi)，這樣在TOC內(nèi)容列表中顯示了兩個(gè)點(diǎn)要素圖層。

 　　2.將每個(gè)圖層的符號(hào)設(shè)置為Simple Marker Symbol > Sphere（球體）。

 　　3.將一個(gè)圖層的Advanced （高級(jí)）> Size（尺寸）值設(shè)置為字段[InnerThreatDistance]，另一個(gè)圖層設(shè)置為字段[OuterThreatDistance]。

 　　4.使用Layer 3D To Feature Class 地理處理工具將這些符號(hào)化的圖層轉(zhuǎn)換為體，并將它們作為多面體(multipatch) 要素存儲(chǔ)在兩個(gè)新的要素類(lèi)中。

 

　　利用層透明度和層渲染優(yōu)先級(jí)的設(shè)置，用于從三維視圖查看這些嵌套的/重疊的威脅半球。雖然威脅半球比較有用，但是它們沒(méi)有將保護(hù)飛機(jī)躲避高炮炮火時(shí)最有用的因素 - 地形考慮在內(nèi)。

 

　　橘色和紅色的體表明了藍(lán)色飛行區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)空域。
 

 

　　如果要將建筑物隱匿在藍(lán)色的觀察點(diǎn)之外，那么在橘色區(qū)域內(nèi)可以矗立多高的建筑物？
 

 

　　使用Skyline 和Skyline Barrier工具計(jì)算在各觀察點(diǎn)處分離地面和天空的障礙或扇。

 

　　Skyline 和Skyline Barrier 工具可幫助我們?cè)诜治鲋屑{入地形信息。Skyline工具生成各威脅點(diǎn)的可見(jiàn)地平線，然后Skyline Barrier工具可有效地將該地平線投射到天空中，將結(jié)果顯示為各威脅點(diǎn)上空的可視空域的體來(lái)表示。最后將這些體與純基于距離的威脅球體相交，便可生成 結(jié)合可視化和致死范圍的危險(xiǎn)區(qū)域。

 

　　為確定擬用路線中哪部分與3D危險(xiǎn)區(qū)域相交，可使用Intersect Line With Multipatch工具。它將路線分為低、中和高風(fēng)險(xiǎn)部分。而各部分的3D距離可輕松得到， 可以通過(guò)Calculate Geometry option或Add Z Information工具計(jì)算出來(lái)，結(jié)果以圖表的形式展示。例如，使用一個(gè)圖表匯總總體風(fēng)險(xiǎn)，而另一個(gè)圖表用直方圖來(lái)表示飛行路線的危害程度。重復(fù)執(zhí)行 相同的分析，然后比較結(jié)果圖表，這樣就有助于我們選擇最佳路線。

 

　　高級(jí)用戶(hù)可通過(guò)將這條無(wú)限細(xì)的飛行路線轉(zhuǎn)換成用體表現(xiàn)的飛行區(qū)域，從而拓展這種分析方法。簡(jiǎn)便的辦法就是將飛行路線做緩沖區(qū)分析得到一個(gè)多 邊形，然后按照最低和最高高度拉伸該多邊形，再使用基于體的Intersect 3D地理處理工具（而不是基于線的Intersection 工具），可以得出飛行區(qū)域內(nèi)的所有威脅體。這種方法還為評(píng)估飛行安全提供了更多的選項(xiàng)。例如，飛行區(qū)域北側(cè)可能比南側(cè)更安全。同時(shí)，對(duì)于飛行區(qū)域的危險(xiǎn)情 況還提供了更為全面的匯總信息。

 

　　注：3D體分析工具能夠創(chuàng)建超乎想象的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，其中包含成百上千個(gè)三角面片，結(jié)果可能導(dǎo)致三角面片的數(shù)量超過(guò)程序的運(yùn)行能力。然而，隨著底層的計(jì)算幾何算法庫(kù)（CGAL）功能越來(lái)越強(qiáng)大，有望放松這種限制。

 

 

　　我們思考的第二個(gè)問(wèn)題是，怎么才能將這些建筑物藏匿在附近主干道的視線之外？這是真實(shí)的城市建設(shè)案例，因?yàn)樵S多國(guó)家的法律中都有這樣的規(guī) 定。而且，相同的流程也可用于其他場(chǎng)景，比如，如何把采礦鉆塔安裝在人們視線之外的地方，如何找出軍用車(chē)輛可用的隱蔽位置，或是如何找出森林中可以砍伐的 區(qū)域，并盡量降低對(duì)周?chē)l(xiāng)村景觀的影響？

 

　　該場(chǎng)景就跟我們小時(shí)候玩捉迷藏一樣--找個(gè)別人很難看到的地方躲起來(lái)。這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，但如果用軟件來(lái)解決的話，卻有點(diǎn)棘手。然而，經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的思考后，我們發(fā)現(xiàn)可以使用三維工具找出可以隱藏三維GIS要素的位置。在這個(gè)例子中，這些擬建建筑物要在主干道上不可見(jiàn)。

 

　　同上個(gè)問(wèn)題一樣，第一步是獲取合適的數(shù)據(jù)，這也是最重要的一步。在本例中，數(shù)據(jù)是高程表面，感興趣區(qū)域的2D數(shù)據(jù)和觀察點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)。用 GIS數(shù)據(jù)概念來(lái)說(shuō)，這等同于一個(gè)高程表面（一個(gè)柵格DEM、TIN或terrain數(shù)據(jù)集），一個(gè)包含感興趣區(qū)域的2D多邊形要素類(lèi)和一個(gè)描述觀察位置 的2D（或3D）點(diǎn)要素類(lèi)。在本例中，高程數(shù)據(jù)將來(lái)源于TIN.

 

　　因?yàn)楦信d趣區(qū)域位于山脊后，所以第一件事就是創(chuàng)建一個(gè)屏障（或扇），它定義了各觀察點(diǎn)處天空和地面之間的分界線。在本例中，僅使用了高程平面來(lái)生成天際線要素。如果臨近區(qū)域內(nèi)存在建筑物，則也可將這些建筑筑物包含在計(jì)算中。本例的流程如下：

 

　　1.運(yùn)行Skyline工具，使用觀察點(diǎn)和高程平面創(chuàng)建天際線要素。

 　　2.為了獲取更好的性能，對(duì)每個(gè)觀察點(diǎn)設(shè)置要素屬性，限制計(jì)算的范圍。

 　　3.運(yùn)行Skyline Barrier工具，使用天際線要素和觀察點(diǎn)創(chuàng)建天際線扇。

 　　完成可視平面計(jì)算后，下一步就是計(jì)算這些平面和感興趣區(qū)域之間的3D空間。雖然我們可以用多種方法進(jìn)行這種分析，但是本例中采用了可以隨 意擴(kuò)展的簡(jiǎn)便方法（因?yàn)樗恍枰M(jìn)行可能較復(fù)雜和繁瑣的幾何學(xué)計(jì)算），那就是用垂直線對(duì)感興趣區(qū)域建模，然后用天際線障礙物扇切分垂直線，具體流程如下：

 

　　1.運(yùn)行Create Random Points，用多個(gè)點(diǎn)要素填充多邊形。

 　　2.使用圖層屬性，拉伸剛剛創(chuàng)建的點(diǎn)要素為垂直線。

 　　3.運(yùn)行Layer 3D To Feature Class工具，把垂直線轉(zhuǎn)換成3D垂直線要素。

 　　4.運(yùn)行 Intersect 3D Line With Multipatch 工具，用天際線扇切分3D垂直線。
 

 

　　用天際線扇切分感興趣區(qū)域內(nèi)的垂直線。
 

 

　　虛擬線說(shuō)明了從道路上不能看到的一部分高度。各虛擬線的頂部節(jié)點(diǎn)展現(xiàn)為點(diǎn)要素。
 

 

　　綠色區(qū)域內(nèi)可建20米高的建筑物，且該建筑物在道路上不可見(jiàn)。

 　　在用扇切分完所有的垂直線后，留下的區(qū)域代表所有觀察點(diǎn)處無(wú)法看到的高度。這些3D垂直線可以轉(zhuǎn)換成最大高度建筑區(qū)域。可使用 Create TIN 和Edit TIN工具用這些頂點(diǎn)創(chuàng)建新的TIN面。該表面定義了隱藏的三維物體的頂部。使用Surface Difference工具對(duì)比該平面和基準(zhǔn)高程面，可得到一個(gè)柵格，柵格中的每個(gè)單元值表示該區(qū)域隱藏的建筑物的高度。

 

　　使用簡(jiǎn)便的分級(jí)的渲染器展示該輸出柵格，完成問(wèn)題的分析解決。該圖層可以在3D視圖中查看，也可復(fù)制在ArcMap中，作為2D地圖共享。利用該圖層，可方便地確定一定高度的建筑物的建設(shè)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，該構(gòu)筑物處于道路的視線之外。

 

 　　本文回答的兩個(gè)問(wèn)題都比較復(fù)雜。在獲取正確的解決方案過(guò)程中，3D GIS是不可缺少的部分。在解決兩個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，我們使用了標(biāo)準(zhǔn)的GIS技術(shù)，比如屬性驅(qū)動(dòng)的符號(hào)渲染、要素交集和表面生成。這說(shuō)明了ArcGIS 10發(fā)布后，用3D GIS可以完成更多的工作。雖然您可能不需要駕駛戰(zhàn)斗機(jī)，或設(shè)計(jì)高層建筑，但是通過(guò)本文中的例子，您可以了解如何靈活地應(yīng)用這些3D技術(shù)來(lái)解決您面臨的問(wèn) 題。第二個(gè)例子中的可視性分析作為Working with 3D GIS Using ArcGIS <http://training./gateway/index.cfm?fa=catalog.courseDetail& amp;CourseID=50121636_10.x>培訓(xùn)課程的一部分進(jìn)行了詳細(xì)講解。關(guān)于該課程的詳細(xì)信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) training.。

 

 　　Nathan Shephard 擁有西澳大利亞科廷大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)(GIS)學(xué)士學(xué)位。在1999年加入Esri Redlands之前，他在Esri澳大利亞公司工作了三年。