一、學習目標

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 一 學習目標 二 練習架構及題型 四 3D 場景建立練習 五 作業 三 3D Analyst 的基本觀念與操作

432 一 學習目標 ESRI 3D Analyst Extension 提供了使用者可以建置生產具有 Z 值 ( 高程 ) 的資料以及應用高程資料的能力 本章的學習重點分成兩大部份, 一部份是在 ArcMap 及 ArcCatalog 中使用 3D Analyst 功能 ; 一部份是在 ArcScene 應用程式裡使用點 線及面圖層設定以 3D 符號樣式呈現, 並套上高程資料, 以表現出真實世界的地貌起伏 並在 3D 環境建置完成後, 呈現真實世界的特色, 設計規劃 3D 場景的飛行檢視路徑, 並在完成整個 3D 動畫的設定後, 輸出成 AVI 檔後, 可在 Windows 系統下之播放軟體執行 二 練習架構與題型 本章節之練習架構, 如下圖所示 :

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 433 本章節之應用練習題型如下 : 1. 計算面積與體積 2. 將點 線 面圖徵利用 3D 符號來表示 3. 將建築物圖層以立體方式展示 4. 將建築物 航空像片圖與數值地形模型圖貼合後, 以 3D 動態圖形展示 5. 將上述資料以飛行方式展示 三 3D Analyst 的基本觀念與操作 3.1 3D Analyst 觀念介紹 3D Analyst Extension 是 ArcGIS Desktop 的擴充模組之一, 如以功能來區分,

434 可以區分 3D 資料處理與 3D 資料運用 3D 資料處理 : 在安裝 3D Analyst 後, 在 ArcMap 裡會可選擇使用 3D Analyst Toolbar, 在 3D Analyst 工具列裡提供了各種 3D 資料圖資的處理, 大部份的處理功能與 Spatial Analyst 相同, 本章不再重述, 因此只針對 3D Analyst 特有的功能來說明 3D 資料運用 : 在取得 3D 圖資或以 3D 資料處理所得圖資後, 可使用 ArcScene 或 ArcGlobe 建置 3D 環境, 提供使用者互動的 3D 劉灠檢視環境, 並可將所建置的 3D 環境錄製成 AVI 動畫檔 3.2 在 ArcMap 與 ArcCatalog 啟用 3D Analyst Extension 執行 ArcGIS Desktop Extensions 前, 須有三個步驟 : 安裝 註冊及啟用 1. 安裝 在安裝 ArcGIS Desktop 時, 安裝程序會提供使用者自行決定所要安裝的模組 (Extensions) 以 3D Analyst Extension 為例, 則需勾選 3D Analyst Extension

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 435 2. 註冊安裝 Extensions 後,Extensions 只是安裝到電腦裡, 需要對於 Extensions 註冊授權後,Extensions 才能使用, 無註冊授權的 Extensions 不但無法使用, 而且浪費硬碟空間 在第一章 ArcView 9.X 地理資訊系統介紹的第三節裡說明了授權管理的三種方式, 不管是用那種註冊方式, 需要完成授權的註冊才能啟用各類的模組 3. 啟用在完成安裝及註冊後, 基本上 ArcGIS Desktop Extensions 就已算是安裝完成, 不過在使用前, 仍需要先啟用 Extensions 才能成為可使用狀態 以 3DAnalyst 為例, 以下說明在 ArcCatalog 及 ArcMap 裡如何啟用授權功能 步驟 : (1) 在 ArcCatalog 裡啟用 3D Analyst Extension (a) 開啟 ArcCatalog (b) 選擇 Tools 功能選單裡的 Extensions 開啟 Extensions 對話框 (c) 在 Extensions 對話框裡勾選 3D Analyst, 並按下 關閉 Extensions 視窗

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CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 437 (2) 在 ArcMap 裡啟用 3D Analyst Extension 步驟 : (a) 開啟 ArcMap (b) 選擇 Tools 功能選單裡的 Extensions 開啟 Extensions 對話框 (c) 在 Extensions 對話視窗裡勾選 3D Analyst, 並按下 關閉 Extensions 視窗 3.3 ArcMap 的 3D Analyst 功能 3D Analyst 在 ArcMap 裡提供的 3D Analyst 功能與 Spatial Analyst 所提供的 Interpolate to Raster Surface Analysis Reclassify 及 Convert 功能及操作均相同 因此以下就針對 3D Analyst 特有的功能做說明 :

438 實作例一 開啟 3D Analyst 工具列, 並以點圖層檔建立 TIN 數值地形模擬 圖 步驟 : 1. 開啟 ArcMap, 並以加入 D:\GISData\class18\Z_point.shp 2. 確認 3D Analyst 已完成啟用程序 3. 開啟 3D Analyst 工具列 4. 按下 3D Analyst 工具列中的 3D Analyst Create/Modify TIN Create TIN From Features 5. 在 Create TIN From Features 對話框裡的 Layers 裡勾選 Z_point, 並在 Settings for selected layer 項目裡完成以下設定 : Height Source: "GRID_CODE" Triangulate as: "mass point" Output TIN: "D:\GISData\class18\TIN"

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 439 按下鈕, 如下視窗所示 : 實作例二 延續上題, 計算地形之面積與體積 步驟 : 1. 開啟 3D Analyst 工具列 2. 按下 3D Analyst 工列具中的 3D Analyst Suface Analysis Area and Volume

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CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 441 3. 在 Area and Volume Statistics 對話框內勾選 Output Statistics 項目裡的 Save/append statistics to text file, 並設定計算結果儲存到 " D:\GISData\class18\areavol.txt", 按下 Calculate statistics 鈕, 此時在 Output statistics 項目內的 2D area(2d 平面面積 ) Surface area( 表面積 ) 及 Volume ( 體積 ) 由系統計算並顯示 並將結果儲存在 " D:\GISData\class18\areavol.txt" 檔 3.4 ArcCatalog 的 3D 展示 ArcCatalog 要使用 3D Analyst 功能時與 ArcMap 相同, 需要完成安裝 註冊及啟用三個步驟 3D Analyst Extension 在 ArcCatalog 提供了以 3D 模式檢視具有高程的圖資 步驟 : 1. 開啟 ArcCatalog, 並確認 3D Analyst 已完成啟用程序

442 2. 以 Preview 方式檢視 3D 圖資 ( 以 "D:\GISData\class18\tin" 為例 ) 3. 在圖資視窗下方的 Preview 下拉選擇以 3D View 方式預覽 4. 此時可以直接在圖資視窗以 3D 方式檢視圖資 ( 預設為 Navigate 模式, 按住

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 443 滑鼠左鍵不放移動滑鼠為旋轉 ; 按住滑鼠右鍵不放移動滑鼠為縮放 )

444 5. 更多的 3D 檢視功能 :3D View 工具列 ArcCatalog 提供了 3D 圖資檢視工具列, 操作功能與 ArcScene 中所提供的功 能相同 詳細功能說明請參考本章第六節 3D 圖資導覽方式說明 3.5 ArcScene 的使用後介面 ArcScene 的使用者介面與 ArcMap 類似, 由主功能選單 工具列 圖例視窗 與圖形視窗所構成 主功能列 (Main Menu) 標準工具列 圖例視窗 Tools 工具列 圖形視窗 ArcScene 主要的功能定義是 3D 圖資的展示, 在基本的加入圖資檔及圖資架構 的圖層操作都與 ArcMap 相同, 不同的是 ArcScene 的存檔格式是 ArcScene Documents(.sxd) 與 ArcMap 的 ArcMap Documents(.mxd) 不同, 也不能相互開啟

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 445 3.6 ArcScene 基本檢視操作 ArcScene 的圖形視窗是以 3D 的模式展示圖資, 因此在圖資的檢視方式與 ArcMap 的 2D 操作觀念不太相同, 以下就對 ArcScene 的 Tools 工具列中所提供的圖 資檢視功能做說明 1. 導航 (Navigate) 在導航工具模式時, 按住滑鼠左鍵不放, 移動滑鼠, 圖形視窗內的圖資會隨著滑鼠移動的方向做旋轉或翻轉 ; 按住滑鼠右鍵不放, 向上移動滑鼠, 圖形視窗內的圖資會做縮小 (Zoom out), 按住滑鼠右鍵不放, 向下移動滑鼠, 圖形視窗內的圖資會做放大 (Zoom in) 2. 飛行 (Fly) 按下飛行工具模式時, 滑鼠游標移動到圖形視窗時會變成鳥站立的圖示, 按下滑鼠左鍵時, 會以滑鼠游標的位置為方向向前飛行, 持續按滑鼠左鍵則向前飛行的速度會加速, 速度在 ArcScene 的狀態列左下方會顯示 ; 按下滑鼠右鍵時, 會以滑鼠游標的位置為方向向後飛行, 持續按滑鼠右鍵則向前飛行的速度會減速, 滑鼠左鍵與右鍵配合可以控制向前或向後飛行及其飛行速度 3. 縮放 (Zoom In/Out) 按下縮放工具時, 在圖形視窗按下滑鼠左鍵不放, 滑鼠向上移動時會縮小 (Zoom out); 滑鼠向下移動時會放大 (Zoom in) 4. 設定目標 (Center on Target)

446 以上介紹的導航 (Navigate) 及縮放 (Zoom In/Out) 工具, 在操作過程 中, 不論是做旋轉 翻轉或是放大 縮小, 在圖形視窗的中心點都不會變動, 這 是 3D 模型多了 Z 軸的旋轉, 所以需要一點中心目標點的觀念 按下設定目標工具 模式後, 滑鼠游標移動到圖形視窗時會變成, 此時在圖形視窗內的任意圖資位 置按下滑鼠左鍵 ( 沒有圖資的空白位置無法設定 ), 所設定的位置會成會 導航 (Navigate) 及 縮放 (Zoom In/Out) 工具的操作目標點, 而且所點選的目標點會自 動移動到圖形視窗的中心位置 5. 縮放到目標點 (Zoom to Target) 功能與 設定目標相同, 在設定新目標點後, 會自動對目標點做放大 (Zoom in) 的動作 6. 設定觀察點 (Set Observer) 按下設定觀察點模式時, 在圖形視窗內的圖資上設定觀察點位置, 圖形視窗會自動放大 (Zoom in) 到所設定的觀察點位置上, 並以上一個目標點為觀察目標點, 如同站在觀察點觀看觀察目標點的視角顯示 觀察目標點 目 標 觀察點

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 447

448 四 3D 場景建立練習 4.1 點圖層的 3D 符號展示 - 單一符號 ( 以 ArcScene 內建 3D 建物模型為例 ) 步驟 : 1. 開啟 ArcScene, 加入點圖層 (buildings_point.shp) 2. 在圖例視窗裡的點圖層顯示符號上按滑鼠左鍵, 開啟 Symbol Selector 設定框 3. 由 More Symbols 選擇所需要的符號樣式 ( 以建築物為例, 請選取 3D Buildings) 4. 在 Category 裡可以選取可用的 3D Buildings, 共有 Commercial,Institutional 及 Skyscraper 三個分類 ( 選取 Commercial) 5. 選擇 bank1 並按

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 449 4.2 點圖層的 3D 符號展示 - 以欄位值設定 ( 以 ArcScene 內建 3D 建物模型為例 ) 步驟 : 1. 開啟 ArcScene 加入點圖層 (buildings_point.shp) 2. 在圖例視窗中, 右鍵點按 buildings_point.shp Properties Symbology 頁籤 3. 在 Show 框選擇 Categories, 並在 Value Field 選擇 Class 欄位, 然後再下方的 Symbol check box 將勾選取消

450 4. 按下 Add Valuse, 並選擇 1 與 2 值後按下 ( 按住 Ctrl 鍵不放再滑 鼠左鍵點選 ) 5. 此時的已有兩個符號值, 在兩個符號值前的點符號上使用滑鼠左鍵雙擊進入 Symbol Selector 設定框並參考 " 單一點符號設定 " 各別設定 Class 1 與 Class2 的符號如下 : TYPE 1: 3D Buildings Commercial 類別裡的 office30s

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 451 TYPE 2: 3D Buildings Commercial 類別裡的 storetheater

452 4.3 線圖層的 3D 符號展示 步驟 : 1. 開啟 ArcScene, 加入線圖層 (croad.shp) 2. 在圖例視窗裡的點圖層顯示符號上按滑鼠右鍵, 並在快顯功能表裡選擇 Properties 3. 在 Layer Properties 對話框裡切換到 Symbology 標籤後, 在 Show 項目選擇 "Unique values", 在 Value Field 選擇 "Type" 欄位, 然後再下方的 Symbol check box 將勾選取消如下圖

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 453

454 4. 在 TYPE1 的線圖例上連續按滑鼠左鍵兩下, 開啟 Symbol Selector 對話框, 點選 More Symbols 鈕, 並在功能表裡選擇 3D Basic, 然後在符號項目裡找 到 4LaneRoad, 選擇它後按下 5. 在 TYPE2 的線圖例上連續按滑鼠左鍵兩下, 開啟 Symbol Selector 對話視窗, 然後在符號項目裡找到 DoubleYellowline, 選擇它將 Width 值改成 10 後按下 6. 此時 Layer Properties 對話視窗如下左圖, 按下後,ArcScene 的道路呈現如下右圖

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 455 4.4 面圖層的 3D 符號展示 步驟 : 1. 開啟 ArcScene, 加入面圖層 (Building.shp) 2. 在圖例視窗裡的面圖層名稱上按滑鼠右鍵選取 Properties, 開啟 Layer Properties 並檢視 Extrusion 功能設定 3. 勾選 Extrude features in layer, 並在 Extrusion value or expression 按下右邊 的 後, 出現 Expression Builder 視窗 4. 在 Expression Builder 設定要產生高度的參考欄位為 Hight, 並按下 後再按確定結束 Layer Properties

456 5. 此時可看到原本的面圖徵已依照 Hight 欄位值展示建築物高度, 如下圖所 示 :

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 457 4.5 套用地形高程模型 (DTM) 步驟 : 1. 加入影像圖層 (image.sid) 2. 使用工具觀查 Image.sid 圖層, 此時 Image.sid 圖層為 2D 平面顯示 3. 在圖例視窗裡 Image.sid 圖層名稱上按下滑鼠右鍵, 並選取 Layer Properties 4. 選擇 Base Heights 標籤, 並在 height 部份設定為 "Obtain heights for layer from surface"( 由圖層表層獲得高度 ), 並指定練習資料夾裡的 dtm 為地形高度資料

458 5. 按下後, 可再使用工具觀查 Image.sid 圖層套上 dtm 後的變化 6. 因為 dtm 高程落差並不大, 因此我們可以藉由調整高程落差的誇張度 7. 再回到 Image.sid 圖層的 Layer Properties, 並切換到 Base Heights 標籤, 在 Z Unit Conversion 調整 custom 值為 5, 並按下確定 8. 使用工具觀查 Image.sid 圖層套上 dtm 後並調整 Z Unit Conversion 後的變化

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 459 4.6 動畫設定 - 手動方式 步驟 : 1. 先構想好想要完成動畫的劇本 2. 使用 Tools 工具列所提供的工具, 將圖形顯示區調整為動畫的第一個畫面 3. 開啟 Animation Toolbar 並按下, 擷取第一個畫面 4. 重覆步驟 1 2, 直到所要錄製動劃的路徑畫面都擷取完成 5. 按下 Animation Toolbar 的鈕, 開啟 Animation Controls 視窗, 如下所示 : 6. 按下鈕撥放所錄製的動畫

460 4.7 動畫設定 - 以線圖層當飛行路徑 步驟 : 1. 將飛行路徑以線圖徵方式建立圖層或是使用繪圖工具建立所要飛行的行徑線段 2. 在 ArcScene 中加入所需的圖層, 並完成各項符號及高程設定, 並加入步驟 1 中的移動路徑圖層 ( 如果自行完成檔案, 可開啟 3D.sxd, 並加入 2D_flight_path.shp) 3. 使用選取工具 (Select Features), 選取路徑參考的線段 4. 在 Animation 工具列的 Animation 選單裡選擇 Camera Flyby from path, 開 啟 Camera Flyby from Path 對話視窗

CHAPTER 18 3D 空間分析及展示 461 5. 在 Path source 選擇 Selected line feature,vertical offset 設定為 20, 並將 Path destination 設定為 Move both observer and target along path with current target, 並按下 Import ( 如上圖設定 ) 6. 開啟 Animation Controls, 並按下鈕撥放所錄製的動畫

462 五 作業 1. 在 D:\GISData\class18\Exercise 裡有 NCYU.SID( 嘉義大學蘭潭校區 ) 航拍影像, 請以航拍影像為底圖, 自行建立以下所列圖層, 並數化校區內部份建物, 道路 與街景物件 ( 紅綠燈 路標 等 ), 建立 3D 模擬校園 圖層名稱 圖層型態 3D 表現方式 建物.SHP 面 (Polygon) 以欄位值區分樓高 道路.SHP 線 (Polyline) 以欄位值區分路寬 街景.SHP 點 (Point) 以欄位值區分物件型態 2. 構思所要呈現嘉義大學蘭潭校區 3D 模擬校園的導覽路線, 並自行設定飛行路徑 ( 以手動或自動方式均可 ), 設定完成後, 將動畫輸出成 AVI 檔