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1、七、空间数据可视化三维显示三维显示空间时态数据动态显示空间数据的动画显示2概述三维显示是在三维空间显示空间数据，与二维的平面显示相比，三维显示更加直观和生动。13三维显示包括两方面内容：对象位置的三维显示。根据对象的X、Y、Z坐标将对象显示在三维空间中。对象形状的三维显示。根据对象的长度、宽度和高度信息三维显示对象形状。4对象位置的三维显示对象位置的三维显示中，Z值通常是对象的高程，但也可以是其它属性，如温度、大气污染等。5对矢量数据来说对象可以是记录，也可以记录中的顶点；对栅格数据来说对象是栅格。对象的Z值可以是对象本身的Z坐标值，也可以是其它数据（如DEM）中对应位置的属性值。6对象形状的
2、三维显示建筑物、独立树、市政设施等对象形状的三维显示。对象形状三维显示有几种方式：根据对象的平面形状和高度进行拉伸显示。把对象的geometry类型定义为multipatch，并根据对象形状构建multipatch 。利用三维符号表示对象。7根据对象的高度进行拉伸显示，即点拉伸为线、线拉伸为面、面拉伸为体。利用该方法很容易对对象进行三维显示，但显示形式比较简单。8Multipatch是ArcGIS 9.0后推出的一种新的Geometry类型，是一个3D的体模型，由一系列三维表面的集合组成。 Multipatch不仅记录3D的坐标信息，而且还可以记录表面的纹理信息。9三维符号是二维符号特性的扩展
3、，除了XY方向上的特性外，还具有Z方向的特性。如二维的点符号类似于三维球的符号，二维的线符号类似于三维的管状符号，二维的正方形符号类似于三维立方体符号。10ArcScene环境下的三维显示ArcScene是ArcGIS Desktop的一个应用程序，用于对空间数据进行三维显示。211ArcScene环境ArcScene主要是以透视（Perspective）的形式对空间数据进行三维显示。与ArcMap中的工具条比较， ArcScene的工具条增加了5个新的工具。12Navigate：对空间数据进行旋转，按住某一点，鼠标向右移动，则数据逆时针方向旋转；向左移动，则顺时针方向旋转。向上移动，则向后翻
4、动；向下移动，则向前翻动。Fly：空间数据沿某个方向以某个速度自动飞行，鼠标移动，空间数据将以相反方向飞行；点击鼠标右键和左键将改变移动速度。13Center on Target：鼠标点击的目标居中显示。Zoom to Target：鼠标点击的目标居中并放大显示。Set Observer：以鼠标点击的目标为观测点、以观测点与中心点的连线为观测方向进行显示。此外，转动鼠标中间的滚轮，可以对数据进行放大缩小。14设置对象的Z值打开选中图层的属性对话框，点击Base Heights选项卡，可以设置对象的Z值。Z值的设置包括利用数字表面模型、表达式以及利用shape字段的Z坐标值（如图层包含Z坐标值）
5、。15设置对象Z值对话框16由于Z值的变化范围与XY坐标的变化范围相比通常很小，为了能反映Z值的变化，可以对Z值乘上一个系数，以夸大垂直方向的显示比例，增强高程起伏程度。对Z值，还可以设置一个偏移值。17遥感图像根据DEM数据进行三维显示（垂直比例系数3）18根据Z值或字段值进行三维显示19对象拉伸显示打开选中图层的属性对话框，点击Extrusion选项卡，可以设置对象的拉伸值。20拉伸值通常是利用某个字段值，如建筑物的高度；也可以是表达式，如拉伸值可以是楼层数字段乘上3。如拉伸效果不明显，可以乘上一个系数增加垂直显示比例。如一个对象（线和多边形）的基底高程不是水平的，需要确定拉伸值是加到最小
6、高程上，还是加到最大高程上，或是加到某个高程。21利用常数值（5）对美国地图进行垂直拉伸显示22根据城市人口进行点拉伸显示（POP1990 *0.00001）23根据建筑物的高程进行面拉伸显示24创建Multipatch要素类Geodatabase支持Multipatch要素类，可以在ArcCatalog环境中创建Multipatch要素类。ArcGIS10已支持对Multipatch要素类的编辑，此外，也能通过AO编程的方法对Multipatch要素类进行编辑。通过编程的方法可以把其它软件所建立的三维模型转换成Multipatch要素类。25Multipatch要素类26三维符号ArcGIS
7、支持多种类型三维符号，其中：三维点符号包括简单三维点符号（如立方体、圆锥等）、三维字符符号以及其它三维建模软件产生的三维符号。三维线符号包括简单三维线符号和纹理线符号。三维多边形填充符号包括纹理填充符号。27ArcGIS符号库中已有多个三维符号集，包括：3D Basic（三维点符号、线填充符号、多边形填充符号）3D Billboards（三维点符号）3D Building（三维点符号）3D Industrial（三维点符号）3D Residential（三维点符号）3D Street Furniture（三维点符号）3D Trees（三维点符号）3D Vehicles （三维点符号）28在符号
8、选择对话框中，点击Style References，将显示可利用的符号集，在需要利用的符号集前打勾，该符号集中的所有符号将增加到左边的符号显示窗口中，提供用户使用。29点击Style References，将显示可利用的符号集30如果我们需要对符号进行编辑或利用其它三维符号，可打开符号属性编辑器进行操作。31利用符号属性编辑器，可以：调用三维字符符号（点）。导入三维模型作为点符号（目前支持的三维模型格式包括3ds、flt、skp和wrl等）。调用简单三维线符号。对符号进行编辑，包括设置符号的颜色、尺寸（dimensions）等。32导入flt三维模型作为点符号33已有的符号是按照一定的尺寸设计
9、的。选择World units，并点击Set Actual Size，将显示该符号的设计尺寸。在小比例尺情况下，有些符号会显示不出，需要改变尺寸。34演示：利用已有的三维点符号显示建筑物、独立树和汽车。导入Creator创建的三维模型（flt）显示点要素。以简单三维线符号（圆柱）显示水管。以多边形填充符号（Grass3）显示草地。353637以多边形填充符号（Grass3）显示草地，Dimensions越小，纹理越细，越大，纹理越粗。38导入Creator创建的三维模型39三维显示空间时态数据动态显示空间时态数据动态显示空间数据的动画显示40概述空间时态数据（temporal data，tra
10、cking data）是指具有时间特性的空间数据，它记录了在不同时间所观测到的事件（event）信息。141事件信息包括观测信息（观测时间、观测到的事件位置与事件的特性）以及与事件对应的对象信息。如事件仅包含观测信息，则称为简单事件；如事件包含观测信息和对象信息，则称为复杂事件。42对简单事件，所有数据都记录在一个数据表中。43复杂事件有两个数据表，一个存放观测信息，另一个存放对象信息。复杂事件可进一步划分成静态的复杂事件和动态的复杂事件。静态的复杂事件，即事件对象的位置不变，但特性随着时间变化，如大气环境监测器。动态的复杂事件，即事件对象的位置和特性随着时间变化，如飞机在飞行过程中的状态。4
11、4静态复杂事件对象表和观测表关联45动态复杂事件对象表和观测表关联46无论是简单事件，还是复杂事件，表中都需要一个标识字段用于区分对象，同个对象具有相同的字段值。时态数据可以是实时数据，也可以记录数据。因此，时态数据的显示也有两种模式：实时显示模式和回放显示模式。47空间时态数据的实时显示实时显示模式是把接收到的数据实时显示在视图上。接收的数据可以是Tracking服务器提供的tracking service数据，也可以是直接和数据采集设备（如GPS）连接得到的数据。248显示tracking service的实时数据：在ArcMap环境下，点击增加数据按钮，在Tracking Connect
12、ions文件夹下选择Add Tracking Service，可把该服务提供的实时数据显示在视图上。49Add Tracking Server对话框50显示GPS实时采集的数据：点击CustomizeToolbarsGPS，将显示GPS工具条。打开GPS连接设置对话框，并设置相关参数。可以连接一个点数据或线数据模拟GPS连接。点击“打开连接”按钮 ， GPS实时采集的数据将显示在视图上。在“显示设置”对话框中，可以对显示的形式进行设置。51模拟显示GPS采集数据52空间时态数据的回放显示回放显示模式是利用回放管理器对已记录的时态数据进行回放显示。回放显示首先要加载时态数据，然后对回放管理器以及
13、显示符号、数据标注、图层的时间属性等进行设置。353加载时态数据时态数据的加载必须使用Tracking Analyst工具条中的加载时态数据按钮，否则，加载的时态数据不能进行动态显示。在Tools菜单下点击Customize菜单项，打开Customize对话框，选中Tracking Analyst扩展模块，将显示Tracking Analyst工具条。同时在Extensions对话框中选中Tracking Analyst使该扩展模块可用。54点击加载时态数据按钮 ，将显示对话框。55首先确定加载的数据是简单事件数据还是复杂事件数据。如是简单事件数据，选择输入的要素类，确定反映日期/时间信息的字
14、段和时区以及区分对象的标识字段，点击Next，在下一个页面中说明日期/时间值格式。最后，还可以对输入数据进行过滤。56575859如是复杂事件数据，选择输入的要素类和输入表，从要素类或表中确定反映时间信息的字段，点击Next，在下一个页面中，确定时间值格式，再点击Next，在下一个页面中，确定要素类和表的连接字段。最后，还可以对输入数据进行过滤。60回放管理器设置回放管理器窗口有几个部分组成：最上面是直方图，显示指定时间范围内不同时间的数据量以及播放时当前位置；直方图下面的三个列表框分别用于设置回放显示的开始时间、当前时间以及结束时间。61第三部分是回放控制（播放、停止、后退、快进、快退），同
15、时，可控制是否循环以及播放速度。最后一个部分是确定时间窗口，可以根据所有时态图层、所有可见时态图层、某一图层或自定义来设置回放的时间范围，同时，可改变每秒所对应的时间间隔来控制播放速度。62设置显示符号打开选中图层的属性对话框，点击Symbology选项卡，将显示符号设置窗口。63在符号设置窗口首先可以设置要显示的内容，可以显示的内容包括：事件当前事件轨迹对每个内容可进一步设置显示符号。64对事件来说，可以根据字段值来设置事件的符号，如不同的风速用不同大小的点符号表示；也可以根据事件出现的时间来设置符号，即不同时间出现的事件用不同符号显示。当前事件可以根据字段值来设置事件的符号。65按风速以不
16、同大小符号显示台风事件66轨迹的符号可以根据某个字段来分类与设置，如台风名称。67设置数据标注打开选中图层的属性对话框，点击Labels选项卡，将显示标注设置窗口。68在标注设置窗口中，可以设置标注字段、字体符号以及标注位置。选中Label most current features in this layer，在时态数据播放时，将对当前事件进行标注。69对当前事件进行标注70设置图层的时间属性图层的时间属性有两个：一是设置是否仅显示当前事件；二是设置偏移时间。打开选中图层的属性对话框，点击Temporal选项卡，可设置图层的时间属性。71设置是否仅显示当前事件只要在两个单选框中选择即可，如选
17、择仅显示当前事件，则以前的事件将不再显示。72设置偏移时间能够使不同时间的数据在同一时间段中进行显示，如多个年份的台风数据在同一时间段中显示，能反映台风集中的区域与时间。此外，利用虚拟时间框设计的方案通过设置偏移时间变成当前时间。73设置偏移时间74显示控制显示控制是指可以对显示数据定义标准，当符合标准时，将执行指定操作。打开选中图层的属性对话框，点击Action选项卡，将出现显示控制设置窗口。75显示控制设置窗口76点击New Action将出现定义Action窗口。有两种类型Action：Filter和highlight/suppression。Filter action起滤波作用，使不符
18、合要求的数据不参与进一步的action处理。highlight/suppression将根据数据的属性以及位置对数据进行高亮显示或不显示。77新建Filter和highlight/suppression时，将分别出现对话框用于设置包括或排除以及高亮或不显示的条件。78风速大于60时高亮显示79增加Filter条件：Include “EventID” = Alberto80动态显示的输出利用Tracking Analyst中的Animation工具可以把动态显示信息以AVI格式或BMP框架文件形式保存。点击Tracking Analyst菜单下的Animation Tool，将显示对话框，在对话
19、框中可以设置起始与结束时间、框架信息（多少时间一个框架或总框架数），存储的数据格式、框架的尺寸以及输出数据的路径与文件名。481Animation Tool对话框82三维显示空间时态数据动态显示空间数据的动画显示空间数据的动画显示83概述动画（animation）是采用逐帧记录对象并连续播放而形成运动的影像。GIS中的动画是对一个对象（如一个图层）或一个对象集合（如多个图层）特性变化的可视化。184动画有如下几种形式： 模拟从不同观测点观测到的对象场景变化，可以是二维，也可以是三维。85一个对象的显示特性（如透明度）的变化。 86多个对象的切换（多个对象显示特性的变化，在某个时间只有一个对象是
20、可见的）。87对象显示环境变化（如背景颜色的变化）。 88同一对象不同时间的符号变化（根据字段值）。 89对象的运动。90动画的构成：一个动画是由一个或多个轨迹（track）组成，多个轨迹可以重叠显示。一个轨迹是由一系列有序的关键帧（keyframe）组成。关键帧是对象在某一时间的一个快照（snapshot）。关键帧之间的时间间隔可以是一致，也可以是不一致的。两个关键帧之间可以有多帧内插出的图像。91在ArcGIS中，有5种类型的轨迹，不同类型的轨迹记录不同的信息。轨迹类型轨迹类型动画形式动画形式创建环境创建环境Map View轨迹观测场景范围的变化（二维视角）ArcMapCamera轨迹观测
21、场景范围的变化（三维视角）ArcScene和ArcGlobeLayer轨迹图层属性的变化ArcMap、ArcScene和ArcGlobeTime Layer轨迹根据时间字段，在不同时间显示相应时间值的记录。ArcMap、ArcScene和ArcGlobeScene轨迹ArcScene中显示环境的变化ArcScene92Map View轨迹： Map View轨迹中的每个关键帧记录ArcMap中视图范围（View Extent）信息。93Camera轨迹：Camera轨迹的每个关键帧记录了ArcScene和ArcGlobe中观测形式（目标点的位置、观测方位角、观测倾斜角、旋转、与目标点的距离等）
22、信息。94Layer轨迹：Layer轨迹的每个关键帧记录了图层属性信息，包括Visibility（是否可见）、Transparency（透明度）等信息。在ArcScene环境中，还包括平移、缩放、旋转、中心点偏移等信息。95Time Layer轨迹： 创建Time Layer轨迹的数据源需要有时间字段，Time Layer轨迹记录第一个和最后一个关键帧的时间、时间间隔（Interval）、时间单位（Units)等信息。96Scene Track轨迹： Scene Track轨迹记录ArcScene中显示环境（Scene Properties）信息，如垂直拉伸、太阳方位角、太阳高度角、背景颜色等
23、）所产生的轨迹。 97产生动画的方法ArcGIS中的Animation工具条提供的创建动画方法，主要有如下几种：Create Keyframe，通过交互方式产生关键帧，每次产生一个关键帧追加到已有的轨迹或新建的轨迹中。Create Group Animation，同时产生多个轨迹（Group中的每个Layer都产生一个Layer轨迹），每个轨迹的关键帧记录图层属性（可见或不可见）， 在某个时间段只有一个Layer可见（反之，一个Layer只有在一个时间段可见）。298Create Time Animation，针对具有时间字段的图层，根据时间信息自动产生关键帧。在创建前，先要设置图层的符号属性
24、和时间属性 。Create Flyby from Path，根据path中的顶点作为观测点，自动产生自动创建Map View或Camera轨迹的关键帧。Move Layer along Path（ArcScene），自动产生两个轨迹，一个Layer轨迹和一个Camera轨迹。99Create Keyframe用户通过交互的方式改变对象的显示特性，并通过产生关键帧进行记录，关键帧可加入到某个轨迹中。通过播放轨迹，就能显示对象显示特性的变化。100在Animation菜单下，点击Create Keyframe，将显示产生动画关键帧的对话框。101在产生关键帧前首先要确定轨迹类型、源对象及目标轨迹。
25、轨迹类型包括Map Layer（Layer）、Time Layer、Map View（Camera）和Scene（ArcScene中）。对Map Layer和Time Layer，源对象是指需要改变属性的图层；对Map View（Camera），源对象是指显示的数据框架。目标轨迹可以是已有的轨迹，也可以点击New产生一个新的轨迹。102由于不同类型的轨迹只能记录相应的显示属性，因此，对不同的轨迹，用不同的方法改变显示特性。对Map Layer轨迹，可以对图层是否可见进行切换或利用Effects工具条中的Adjust Transparency工具调整图层的透明度。对Map View轨迹，可以通过
26、地图放大、缩小、漫游等操作，改变地图显示范围。103对Camera轨迹，可以通过Navigate等工具改变观测方位角、观测倾斜角、旋转、与目标点的距离等。对Scene轨迹，可以通过数据框架的属性表改变Scene的环境属性。 104点击Create将产生一个新的关键帧，记录当前的显示属性，可以在文本框中输入关键帧的名称。对Map View轨迹，关键帧也可以通过书签导入。105演示：ArcMap环境下，上海市遥感图像显示范围的变化（Map View轨迹）。ArcMap环境下，上海市遥感图像透明度的变化（Map Layer轨迹）。ArcScene环境下，改变一个图像（Photo.sid）表面高程的垂
27、直拉伸（在Scene属性对话框中设置）。106Create Group Animation该方法将对数据框架中的每个图层产生一个Map Layer轨迹，轨迹中的关键帧记录图层可见或不可见属性。在一个时间段中，只有一个图层是可见的，其它图层不可见。该方法产生的动画将依次显示数据框架中的每个图层。107每个图层产生的轨迹108在创建时，需要把相关图层按显示顺序加载在一个数据框架组。可以在图层切换时设置转换效果。109演示：上海市多时相土地利用变化。110Create Time Animation对具有时间字段的图层，利用该方法能记录同一对象不同时间的显示特性变化。特性变化可以是属性值变化（几何特征
28、不变）、几何特征变化（属性值不变）或两个都有变化。111在产生动画前，首先要在图层属性对话框中设置图层的时间（Time）属性，包括：表示时间字段（或表示开始时间和结束时间的字段。时间间隔和时间单位。时间范围。是否叠加显示数据。112设置时间属性对话框113设置好时间属性后，通过Create Time Layer Animation命令即可产生一个新的时间动画轨迹。114除了利用Animation工具条中的Animation Controls来显示时间动画轨迹，还可以通过Time Slider（点击Tools中Open Time Slider Windows）来显示时间动画轨迹。115演示：在A
29、rcMap环境下显示美国18002000年每隔10年的县（或州）人口变化（属性值变化，几何特征不变） 。在ArcMap环境下显示上海市中心城区扩展（几何特征变化，属性值不变）。如在显示过程中前面时相的数据要保留显示，选择叠加显示数据。116美国18002000年每隔10年的人口变化117上海市中心城区扩展118Create Flyby from Path该方法利用路径（path）中的顶点作为观测点，记录不同观测点的观测范围，自动产生Map View（Camera）轨迹。119首先需要选择Path Source（线图形或线要素）。沿路径移动时，将根据线图形或线要素上的数字点的顺序（选择Apply
30、 in reverse order将按照相反顺序）。可以设置一个观测的垂直偏移值。120移动时，可以是观测者和目标一起移动，也可以是观测者或目标单独移动。121演示：在ArcScene环境中，沿一条路径浏览场景， 数据为Photo.sid和Flight Path（作为Path Source），垂直拉伸为1，垂直偏移为100，选择观测者移动。122Move Layer along Path沿着一条路径移动图层，如图层上只有一个点，则该点沿着路径移动；如有多个点，则中心点沿着路径移动。123需要选择图层和线图形（或线要素）。可以设置垂直偏移。124演示：在ArcScene环境中，演示一辆汽车在一条
31、道路上行驶，数据为 Photo.sid、Flight Path（作为Path Source）和Car（作为Layer），垂直拉伸为1，垂直偏移为0，simplification factor设置为最小。在前一个轨迹基础上，叠加一条Camera轨迹，轨迹中的一系列关键帧记录了场景的观测方向、观测距离等的变化。125动画管理与输出通过动画管理器，可以编辑关键帧、轨迹以及轨迹和关键帧的时间线。3126新建轨迹的时间线都是0到1，播放时间为用户在动画控制对话框中设定的时间。在一个动画中如有多个轨迹，将按照每个轨迹记录的信息控制动画显示。如同个时间两个轨迹记录的信息有冲突（如不同的视图范围），将按照前一个轨迹记录的信息进行显示。127关键帧的编辑内容包括每一帧的开始时间、帧的名称、帧所记录的对象属性等。128轨迹的编辑包括轨迹名称、开始时间、结束时间、是否循环等。129时间线编辑包括增加时间线、移动轨迹或关键帧在时间线上的位置（即编辑显示时间）。130利用Export to Video，可以把ArcGIS环境下产生的动画输出为avi格式的动画文件。131
