[转载]ArcGIS教程：3D表面的基础知识（一）
　　3D 表面模型是三维空间中要素(真实或假想)的一种数字表达形式。3D
表面的几个简单示例如地表、城市走廊、地下天然气矿床以及用于测定地下水位深度的深井组成的网络。这些均属于真实要素的示例，但表面也可以是派生的或假想的。某种特定细菌在每个井中的污染程度就是派生表面的一个示例。这些污染程度级别也可以绘制成
3D 表面地图。在视频游戏或计算机模拟环境中经常可以见到假想 3D 表面。
　　通常可以使用专门设计的算法来获取或计算 3D 表面，这些算法对点、线或面数据进行采样然后将其转换为数字 3D
表面。ArcGIS 可以创建和存储四种类型的表面模型：栅格、不规则三角网 (TIN)、terrain 数据集和 LAS
　　这些表面模型可通过多种数据源创建。创建表面模型的两种主要方法为插值法和三角测量法。创建栅格表面的插值方法有很多种，例如反距离权重法、样条函数法、克里金法和自然邻域法。可以通过创建
TIN、terrain 数据集或 LAS 数据集来构建三角面。还可以在这些表面模型之间进行转换。
　　栅格、TIN、terrain 和 LAS
数据集都属于功能性表面类型。功能性表面是一组连续值的场域，在各点处的值各不相同。例如，地球表面某一区域内的各点可能在高程值、与要素的接近度或某特定化学物质的浓度等方面存在差异。这些值中的任意一个都可以在
x,y,z 三维坐标系的 z 轴上表示，因此通常将它们称为 z 值。
　　表面模型可用于在 GIS 中存储表面信息。由于表面中包含无数个点，因此不可能测量并记录每一个点的 z
值。但是，通过对表面上不同点处的值进行采样并在这些点之间进行插值，表面模型便可以近似地看作表面。
　　下图显示了某区域范围内化学物质浓度的表面模型。其中的点表示浓度的采样地点。
数据一般分为两种主要的类型：栅格数据和矢量数据。矢量数据由点、线、面以及它们之间用以组成地理空间数据的关联关系来定义。真实要素和真实表面可以表示为存储在
中的矢量数据。栅格数据则是栅格像元的矩形矩阵，以行和列的形式表示。每个栅格像元均用于表示地球表面上一块经过定义的方形区域，其值在整个栅格像元范围内始终保持不变。表面可以通过栅格数据表示，数据中的每个栅格像元均表示实际信息的某个值。该值可以为高程数据、污染程度、地下水位高度等。
　　栅格数据还可以被细分成多个类别，例如专题数据、图片数据或连续数据。通过栅格数据表示的表面就是连续数据的一种形式。连续数据也指字段数据、非离散数据或表面数据。通过连续表面可以表示这样的现象：表面上的每个位置都可以用来衡量浓度级别，还可以用来衡量某点与空间中固定点或与发射源之间的关系。
　　高程模型就是这种栅格表面模型的一种示例。固定点可能是通过摄影测量方法得出的高程点，而在这些高程点之间插值将有助于构建数字高程模型
(DEM)。由于栅格表面通常以栅格像元之间间隔均匀的格网格式存储，因此，栅格像元越小，格网的位置精度就越高。下例对较高精度格网(左图)与较低精度格网(右图)进行了比较。
　　各要素(例如，山顶)的位置是否精确与格网像元的大小直接相关。在上例中，使用了一种非常粗糙的高程表面数据描绘二维平面视图中的表面模型。也可以在
3D 透视图中通过其他图像源生成栅格表面并建立表面模型，例如，带有山体阴影的高分辨率 DEM(如下图所示)。
　　栅格表面是一组连续值的场域，在各点处的值各不相同。例如，某一区域内的各点可能在高程值、与要素的接近度或某特定化学物质的浓度等方面都存在差异。这些值中的任意一个都可以在
x,y,z 三维坐标系的 z 轴上表示，这样便可以生成连续的 3D 表面。
　　栅格表面数据将表面表示为由大小相同的栅格像元组成的格网，而各栅格像元的属性值则表示 z 值和 x,y 位置坐标。
　　使用 ArcGIS 3D Analyst
扩展模块进行处理时，很可能会占用或创建许多栅格数据集。在处理栅格时，理解栅格数据集在 3D Analyst
中的表示方法至关重要。
　　TIN 以数字方式来表示表面形态，GIS 社区多年来一直采用此方法。TIN
是基于矢量的数字地理数据的一种形式，它通过将一系列折点(点)组成三角形来构建。各折点通过由一系列边进行连接，最终形成一个三角网。形成这些三角形的插值方法有很多种，例如
Delaunay 三角测量法或距离排序法。ArcGIS 支持 Delaunay 三角测量方法。
　　生成的三角测量满足 Delaunay 三角形准则，这确保没有任何折点位于网络中三角形的任何外接圆内部。如果 TIN
上的任何位置都符合 Delaunay 准则，则所有三角形的最小内角都将被最大化。这样会尽可能避免形成狭长三角形。
的各边可形成不叠置的连续三角面，可用于捕捉在表面中发挥重要作用的线状要素(如山脊线或河道)的位置。在以下两幅图中，左图显示了 TIN
的结点和边，右图显示了 TIN 的结点、边和面。
　　由于结点可以不规则地放置在表面上，所以在表面起伏变化较大或需要更多细节的区域，TIN
可具有较高的分辨率，而在表面起伏变化较小的区域，则可具有较低的分辨率。
　　用于创建 TIN 的输入要素与结点或边在 TIN 中位于同一位置。这样，TIN
便能够在对已知点之间的值进行建模的同时保持输入数据的所有精度。可以在表面上引入精确定位的要素(如山峰、道路及河流)，方法是将其用作
TIN 结点的输入要素。
模型的可用范围没有栅格表面模型那么广泛，且构建和处理也更耗时。获得优良源数据的成本可能会很高，并且，由于数据结构非常复杂，处理 TIN
的效率要比处理栅格数据低。
　　TIN 通常用于较小区域的高精度建模(如在工程应用中)，此时 TIN
非常有用，因为它们允许计算平面面积、表面积和体积。
　　以上教程来源，更多ArcGIS教程及空间地理信息数据请咨询本平台，电话：010-8。官方微信号DLGQJC，为您提供3S行业知识。
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9 Geodatabase栅格与TIN
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你可能喜欢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土工高级分析功能的扩展模块3D
Analyst可以用他来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好是实现地理数据的可视化和分析处理。
Analyst可以创建栅格表面、进行插值、生成TIN、进行表面分析等，今天主要学习其中的表面分析功能。
1、计算表面积与体积
使用3D Analyst模块中的aera and volume
statistics可以计算针对某个参考平面的二维面积、表面面积和体积
2、坡度和坡向的计算
关于坡度，在TIN表面的坡度与栅格表面的坡度所指不同，构成三角网的每一个三角形构成一个平面，表面上某一点必处于一个三角形内，也就处于某一个平面内，则该点坡度即指其所处平面与水平面质检的夹角。坡度以°度量，范围为0-90°
关于坡向，TIN表面上某点的坡向即指其所在三角形面的坡向，亦即三角形面的法线方向在平面上的投影所指的方向。坡向用°来测量，正北为0°，正南为180°，正西为270°。
3、可视性分析
地面某点的可视范围在通讯、房地产、军事等应用领域有着非常重要的意义。ArcGIS三维分析模块有两种可视性分析方法。
第一种：视线瞄准线。第一次使用视线瞄准线的时候需要定制，在customize中拖到工具条上，输入观测点的偏移值和目标点的偏移值，在栅格数据上划线，绿色的部分为可视，红色为不可视。
第二种：视场。它只可以被一个或多个点可以看到的范围，具体到栅格数据的时候，指所能看到的所有栅格单元。视场的计算用viewshed求得。
4、提取断面
在工程设计中常常要提取地形断面，制作剖面图。剖面图表示了沿表面上某条线前进时表面上高程的变化情况，剖面图的制作可以使用该区域的栅格DEM或表面TIN。提取断面时首先要用interpolate
line画一条线，以确定剖面线的起终点，然后制作剖面图。
5、表面阴影
表面阴影是根据假想的照明光源对高程栅格数据的每个栅格单元计算光照值。计算过程中包括三个参数：太阳高度角、太阳方位角、表面灰度值。生成表面阴影后可以将其与高程数据叠加显示，效果更加明显。
6、表面长度计算
表面长度指表面上沿某一方向的剖面线的长度。表面长度计算用surface
length，这个工具需要一个表面及一个二维线段组成的要素类作为输入数据源。计算得出的表面计算长度将作为一个字段添加到要素属性表中，同事只有与表面相交的线才能计算出长度，完全在表面之外的值为0。当输入的表面为TIN时，以线段与表面三角形的边或节点的交点为采样点，对高程进行线性内插生成三维线；当输入的表面为DEM时，采用双线性内插方法对线段高程做内插生成三维线。
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　　本教程介绍创建TIN的方法的步骤，其中包括从矢量数据创建TIN面、基于栅格数据创建TIN表面和从地形数据创建TIN面。
　　从矢量数据创建TIN面
　　可以通过一种或多种输入数据创建TIN面、可以分阶段创建TIN面，也可以添加数据以优化现有TIN面模型。TIN由离散多点、断裂线和多边形构成。
　　通过用来表示不同表面要素的输入矢量数据构建TIN组件。可以使用“创建TIN”和“编辑TIN”工具添加矢量数据。使用创建TIN地理处理工具可以在磁盘上构造新TIN。在磁盘上创建了TIN后，可以使用编辑TIN地理处理工具将其他矢量数据添加到新TIN。
　　基于栅格数据创建TIN表面
　　可以将栅格表面转换为TIN，以便在地表建模中使用，或者用于简化地表模型以进行显示。转换为不规则三角网(TIN)的过程中，您还可以通过添加一些未表现在原始栅格中的要素(例如河流和道路)进一步改善地表模型。
　　将栅格转换为TIN时，您可以相对于原始栅格指定输出TIN的Z容差。ArcGIS3DAnalyst扩展模块将选择达到该精度所需的点子集。
　　栅格转TIN地理处理工具用于根据输入栅格创建TIN。“栅格转TIN”工具偏离输入栅格不会超过指定的Z容差。
在3DAnalyst工具箱中，打开栅格转TIN工具。单击浏览按钮，浏览至要转换为TIN的栅格。单击浏览按钮，浏览至磁盘上要用来保存新TIN的位置。可以输入TIN的Z容差。Z容差是TIN表面可偏离输入栅格像元中心高度的最大单位数。该单位数越小，TIN所保留的栅格表面详细信息就越多。该单位数越大，TIN对地表的表示就越概括。出于准确度考虑，可以在最大点数文本框中输入要添加到TIN的值。也可以在Z因子文本框中输入值。单击确定运行工具。
　　从地形数据集创建TIN面
　　可以将地形数据集转换为TIN，以便进行基于文件的小比例尺地表建模。通过转换为不规则三角网(TIN)，还可以在ArcScene中以3D形式显示TIN面。
　　“地形转TIN”地理处理工具用于根据输入地形数据集创建TIN。“地形转TIN”工具基于地形数据集的金字塔等级精度生成TIN。
在“三维分析”工具箱中，打开地形转TIN地理处理工具。通过选择浏览按钮并浏览至要转换为TIN的地形数据集，选择输入地形数据集。选择输出TIN选项旁的浏览按钮，并浏览至磁盘上要用来保存新TIN的位置。也可以从要用于转换的地形中选择金字塔等级分辨率。默认值为0，即全分辨率。
　　金字塔是针对terrain数据集而生成的各种详细程度，可以提高某些应用程序的效率。它们被作为一种与比例相关的概括的表达形式。金字塔等级采用的依据是对精确度的要求随比例的减小而降低。金字塔等级在概念和用途上均类似于栅格金字塔，但二者的实现方法不同。
可以输入允许在输出TIN面上使用的最大节点数值。如果转换属性(换言之，分析范围和金字塔等级)会产生超出该大小的TIN，则该工具将返回错误。默认值为5百万。可以选择裁剪范围。分析范围用作裁剪多边形。仅当定义了分析范围并且分析范围小于输入地形范围时，该选项才有效。单击确定以运行“地形转TIN”工具。
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