基于ArcGIS10的3维地理信息系统应用

第35卷第9期2012年9月测绘与空间地理信息GEOMATICS＆SPATIALINFORMATIONTECHNOLOGYVol．35，No．9Sept．，2012

收稿日期：2011－09－08作者简介：郑建功（1979－），男，山西运城人，工程师，注册测绘师，硕士，2007年毕业于西北大学地图学与地理信息系统专业，主要从事地理信息系统及3S设计与开发方面的应用研究工作。

基于ArcGIS10的3维地理信息系统应用郑建功，赵建军，李军锋，滕大强，张莹莹（西安市勘察测绘院，陕西西安710054）摘要：随着计算机技术和3维数据获取技术、海量数据动态可视化技术的迅速发展，3维GIS逐步从视觉表现的应用范畴走向专题应用。3维GIS已成为当前GIS界的研究发展方向，应用前景广阔。鉴于此，本文探讨了以ArcGIS10为基础建立的3维地理信息系统平台的关键技术、系统架构、数据建模，以及实现方法。关键词：ArcGIS10；3维模型；ArcGISServer；3维地理信息系统中图分类号：P208文献标识码：B文章编号：1672－5867（2012）09－0080－03

TheApplicationof3DGISBasedonArcGIS10ZHENGJian－gong，ZHAOJian－jun，LIJun－feng，TENGDa－qiang，ZHANGYing－ying（Xi'anInstituteofProspecting，SurveyingandMapping，Xi`an710054，China）

Abstract：Withthedevelopmentofcomputertechnique，3Ddataacquisitiontechniqueandmassdynamicdatavisualizationtech-nique，3DGISisgoingfromvisualexpressionapplicationtothematicapplication．3DGIShasbecometheresearchanddevelopmentdirectionintheareaofGISandiswideinapplicationprospect．Inthelightofcurrentsituation，thispaperdiscussesthekeytech-nique，systemframework，datamodelingandimplementationmethodof3DGISplatformbasedonArcGIS10．Keywords：ArcGIS10；3Dmodel；ArcGISServer；3DGIS

0引言

数字城市是城市信息化发展的方向，是数字地球的重要组成部分。随着计算机技术和3维数据获取技术、海量数据动态可视化技术的迅速发展，3维GIS逐步从视觉表现的应用范畴走向专题应用，由于3维GIS具有多维信息处理、表达和分析的特点，在政府决策辅助、国土资源分析、城市应急反应、虚拟旅游、智能交通、城市规划与设计、电子商务、地下管线等方面有着十分广阔的领域，特别是在空间信息的社会化服务中，基于3维GIS的应用都有着越来越明显的优越性和不可替代性［1］。

本文就基于ArcGIS10的西安市3维地理信息系统建设中的数据获取、模型制作、模型入库、3维地理数据库建设、系统技术路线，以及可视化方面进行实验。

13维平台选择

当前，对3DGIS研究主要集中于3维模型数据获取、管理、可视化、空间分析模型、数据规范和标准等方面。同时，国内外大多数服务商提供的3维软件平台已具有这些功能。例如，国外主要有ArcGIS，GoogleEarth，Skyline，Multigen公司的Vega等；国内高校和科研院所也开展了

相关研究并研制出部分产品，如灵图公司VRMap、国遥公司EV－Globe、清华规划Gvitech等。各个平台都有自己优缺点。比如：Vega仅支持在其Creator中建立的模型，对复杂模型的展示效果较差，不支持

更多的材质，虽然它支持地形，但对地形的展示效果不是很好。Skyline对3维地理信息数据支持并不是很好，展示的3维城市视觉效果较差、功能定制差，以及开发接口有限。ArcGIS在GIS界一直是领跑者。随着ArcGIS10的

横空出世，其在3维方面的变化也是非常明显，其公司为了适应3维市场的需要，也是投入了巨资打造重量级的3维平台。此次实验，我们制作了近700km2的3维数据模型，经过我们的测试ArcGIS10在支持大范围的3维模型方面表现优秀。

23维模型制作及数据库建设

2．13维模型制作

2．1．1数据准备

本次建筑物模型的实际位置主要采用：西安地方坐标系下的1∶1000或1∶500地形图中带建筑物高差的3维矢量图数据，以及0．4m的航拍影像。2．1．23维模型编码规则

西安市建筑物模型编码采用五级编码。拍照前，建筑物必须进行分区编号标识，编号在整个项目内必须唯一。建筑物的编号以地形图数据为载体，建筑物编号标识于建筑物多边形内。编号由五级编码组构成，共由十位阿拉伯数字组成［2］（如图1所示）。

图1建筑物模型编码示意图Fig．1Thecodingofarchitecturemodel

2．1．33维模型分类及制作要求

城市3维模型宜包括地形模型、建筑模型、交通设施模型、管线模型、绿化模型以及其他模型等［3］。全西安市

建筑物模型分为精细模型（精模），中等复杂模型（中模），体块模型（白模）。西安市全市范围主要大街、名胜古迹、标志性建筑等用精模表示，一般建筑物用中模表示，城中村、棚户区等用白模表示。场景模型包括交通设施模型、绿化模型、水系模型和其他模型。内业建模人员用3DMAX或Sketchup进行结构建模，用photoshop进行纹理

处理，在3DMAX中进行模型贴图。2．1．43维模型制作流程

1）确定建模的区域范围，依照模型编码规范进行三

级区域划分，对各分区进行编码设定，进行内业的模型分级划分。准备好外业用的矢量和影像纸图。2）外业拍照，对目标建筑物进行拍照，以备建模作业

人员使用。3）数据准备，包括1∶1000或1∶500地形图中带建筑

物高差的2维矢量图数据；1∶1000或1∶5003维采集矢量图形数据文件；目标建筑物的各个角度一组照片（带建筑物编号）。用以上数据和影像图，作为确定3维模型平面坐标位置、结构、范围大小的依据。4）内业建模人员用3DMAX或Sketchup进行结构

建模。5）用Photoshop进行纹理处理，在3DMAX中进行模

型贴图。6）导出中间格式文件，导入到目标系统中。2．23维模型入库

1）格式转换及特殊处理

ArcGlobe10支持的3维模型格式主要有．3DS，．SKP，．WRL等。由于先期的数据模型制作中没有导出．3DS或者．WRL格式，以模型或者多模型的文件夹组织方

式。利用3DMAXScript编写的批处理程序将3DMAX文件导出要求的格式。另外由于制作模型的不太标准，必须对模型进行重置变换，否则会出现模型倾斜、飘移、分离，以及位置不对等情况。实验中发现3DMAX导出3DS格式对纹理的文件名长度要求不超过八个字符，另外点面数也不能太多，否则导入会失败。对于这种情况，我们

一般转换为．WRL格式。但是．WRL格式的文件比3DS格式大了2～3倍，会影响系统的运行效率，所以能用3DS格式的最好用3DS格式。2）3维模型入库

由于模型以文件夹目录数的组织方式，如果以手动方式选择3DS格式或者WRL格式的文件，将是一件繁重的工作，而且采用这种方法导入文件地理数据库时，如果其中某个文件导入失败，整个操作也会失败，并且不能得知是哪个文件导入失败，此法不可行。鉴于此，我们采用Python脚本编写程序完成此项工作。批处理选择所有目录下的符合要求的格式文件，逐个模型导入，如果某个模型导入失败，生成错误记录报告。然后，修改错误模型，根据错误记录，提取需要的模型再导入，此法非常简便，一键完成。3）特殊处理

采用文件Geodatabase建立数据库，除了导入3维模型外，导入DEM数据、航拍影像，以及其他3维地理数据等。对DEM数据、航拍影像数据、3维模型进行缓存生成操作，提高了海量数据的显示效率。本系统中树的3维模型主要采用shp文件格式的数据文件，进行3维分类和3维符号渲染。2．33维地理数据库模型

众所周知，数据建模在整个系统建设中占了很大部分，耗时、耗力、投资较大。3维GIS地理信息数据建模是建立该系统关键的一环［4］。系统3维地理信息数据库模

型如图2所示。

图23维地理数据库模型Fig．2Themodelof3Dgeographicdatabase

33维地理信息系统设计

该平台采用ESRI系列产品ArcGlobe10，ArcGISServ-er10等支撑整个3维地理信息平台建设（如图3所示）。该平台建设涉及面广，其最终目标是实现所有2维、3维数据的网络服务共享应用，为政府、企事业单位搭建一个基础空间地理信息共享服务平台。本平台主要采用基于我院局域网的C/S架构模式。

43维地理信息系统界面

图4是地理信息系统界面截图。

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