ArcGIS 10 3D新特性
谈到3D，大家最直接的印象就是视觉上的冲击和震撼，也就是我们GIS 上所说的3D数据的可视化表达。通过现象看本质，要想做到如此炫酷的3D视觉，其表象的背后，是需要有一套合理、科学的数据创建与管理机制。具备了以上2点，在辅助于相应的优化机制，在很大程度和场合下足以创建一个高效，逼真的3D GIS场景。但这个场景除了能拿出来Show一下外，还能做什么用呢，这是值得我们思考的一个问题。Esri 一直提倡应该借助这个直观的可视化3D GIS环境来解决真实世界中我们遇到的各种问题，如：规划、监测、预测等等，也就是说3D GIS场景只是浮云，而应用地理信息系统的分析功能来解决问题才是实质。
那么我们今天就来看看ArcGIS 10版本在3D方面针对上述内容做了哪些改进与优化。
一、可视化
正如我们前面所谈的，3D GIS场景给人带来的第一印象就是视觉上的冲击，那么这个视觉上的冲击是否是一个新鲜事物呢，其实不是，3D GIS很多年前就在谈，很多GIS软件平台厂商也都在尝试与开发，在经过一番大浪淘沙后，幸得“余生”的大平台厂商没剩下几家，但也都没有足以引人耳目的成果。直到一个球的出现——Google Earth，让很多做GIS的人侧目，原来我们还可以这样展示我们的空间数据，并
且可以做到如此快速的人机交互，大家纷纷开始在Google Earth上做起来“我的家在哪里”活动，类似科普的应用后，让大家逐渐对3D GIS 场景有了认识，随着业界人士又开始热烈的期待和关注3D GIS产品，发现原来在我们身边还是有一些好的产品，如：ArcGIS、Skyline、World Wind、EV-Globe、SuperMap等等，随之而来的是诸多3D GIS应用，在应用中总有这样那样的问题是现有产品所无法满足的，人们遂又选择观望和徘徊。直到今年的一部电影又引起了业界对3D GIS的关注和憧憬，看过《阿凡达》的GISer们，一定会注意到人类战舰上有一个非常酷的3D 战场沙盘，在进攻阿凡达类族的家族树时，可以在该沙盘上快速定位到其位置，随后站队的火力布控、进攻路线、弹道轨迹与着弹点及各种标注都很快的沙盘上显示出来，非常逼真。我相信大家一定希望我们的3D GIS可以做到电影上演绎的那样。
我们不禁要分析，为什么那样的场景会让大家感慨和向往，是因
为那个3D场景很逼真，与操作者的交互和快捷。做为一个Giser，要达到直观、快捷的效果，我们该怎么做，我们可以采用大量精细的模型来达到直观的效果，而运用大量模型的副作用就是如果加载模型过多时，效率会有所下降，无法做到快捷的交互，那么效果也会大大折扣，那就需要在效果与性能之间取一个平衡点。让我们一起来看一下Esri在ArcGIS 10这个版本下如何取舍。
1. 贴地模式矢量数据显示
熟悉3D GIS产品的Giser大多都知道，3D GIS场景多数以球体展示为主，并且无论任何一个球都有两种浏览视角，一个是鸟瞰，一个是靠近地表面时的贴地表浏览。当鸟瞰时，因为看到的还是一个投射立面，因此对地表地物或模型的状况显示上还不是非常清晰，但当你的视角已经非常接近地面，在这种视角下，贴合地面的要素要进行绘制和显示，其效果和性能就显得尤为重要，在ArcGIS 10这个版本，Esri采用了基于OpenGL模板缓存的技术来改善这种状态下贴地起伏矢量的显示效果和性能。
图1 贴地矢量显示效果和性能的提升
2. 文字与标注的内置冲突检测
在3D GIS环境下，对地物的标识是一类非常重要的信息，方便我们了解其属性，ArcGIS系统中提供了注记和标注供Giser们标识地物要素，且这些标注和注记都可以以广告牌的方式立在地表。
我们都有这样的经历，当我们的视距距离地表比较远时，如在我们国家在球体上也只能缩略成一个小点时，在这种视距下标注和注记所有省的名称，那么所有标注或注记就会都堆积在一起成为一个小黑点，首先不够美观，另外也会严重影响效率。
在ArcGIS 10版本后，对于这种标注或注记相互冲突和压盖时，ArcGIS系统能够自动检测冲突并进而进行避让显示和优化，其优化显示的策略就是，如果前方标注或注记遮挡了后面的部分，那么后面的部分则自动隐藏不显示，根据视距的远近，这种检测自动动态完成，且对平台整体运行效率几乎没有影响。
图2 标注与注记内置文字冲突监测
3. 纹理自动管理
我们前面说过为了使所创建的3D GIS环境更加直观，接近于我们肉眼所认知的真实世界，需要使用纹理非常精细的3D模型，但当模型足够精细，达到了应用的需求，你会发现由于模型的精细带来的副作用，那就是效率降低。
在ArcGIS 10中，3D环境增加了模型纹理自动管理功能，其依据也是根据视距的远近，由系统自动选择加载模型的纹理的精细程度，如
果视距比较远，如：在太空中看地球，那么此时在场景中加载地表模型的精细纹理也是没有任何意义的，因为这样的视距不足以看清这些纹理，那也就意味着此时可以不加载模型纹理或是简单粗糙的纹理，等视距距离地表要素足够近时，才有必要加载其模型的精细纹理。
图3 模型纹理的自动管理
4. 内存块的个性化定制
为了达到快捷的目的，对3D GIS场景需要做优化这已是无可厚非的结论，而采用缓存瓦片则是一个非常好的选择，在3D GIS场景中使用缓存瓦片不是ArcGIS在10时才推出的优化方法，早在9系列时就有，并且有两种缓存机制，第一种是在缓存在硬盘上，类似于现在Web GIS上广泛采用的地图切片技术一样，其缓存瓦片创建的依据是根据视距的远近分级来创建，只是每级瓦片视距距离由系统自动计算，无法人
工交互输入而已。第二种机制是将瓦片缓存在内存中，指定在内存中为每类要素，如：文字、影像、矢量、3D要素分配多大的缓存，以往这些内存值一旦分配，就好比软件的系统环境变量，每个地图文档都遵循此规则进行分配。
ArcGIS 10现在可以允许最终用户根据每个地图文档中各类要素的多少的实际情况来设置分配的内存值。
图4 定制每列要素分配的内存值
5. 视频图层
前面我们所谈的都是传统的空间要素数据，影像或3D模型及矢量。随着3D应用的深入，大家希望由更多的多媒体内容能够在3D GIS环境下展示，如：视频。
ArcGIS 10下提供了基于地理配准的视频图层的展示，这里值得大家注意的是该视频图层是经过地理配准的，这也就意味着该视频图层能够很好的叠合在地理要素表面，从而和地理位置很好的拟合，更加真实和具有说服力。同样也支持实时监控摄像头的视频信息的播放，这些视频图层，可以是视频流文件，也可以使一张张图片，只要将它们在配置文件中进行必要的配置，就可以实现与地理位置拟合的视频信息的播放。
图5 视频图层
二、 3D数据创建与管理
透过现象看本质，我们在看到优化后的高效3D GIS环境后，我们应该注意到其背后有一套科学合理的数据组织与管理模式。
ArcGIS产品其二维、三维数据格式及模型均可以采用统一的存储模型进行存储，那就是Geodatabase，其中矢量数据带有X,Y方向坐标的同时，也具备Z值（高程值），我们可以根据其值确定该空间要素的三维空间位置，可以统一对X,Y,Z值进行编辑，在需要简单模型或快速创建简单场景的前提下，我们设置可以简单的通过Z值来对要素进行拉伸。针对需要带有精细纹理的应用情况，ArcGIS有能兼容主流3D
建模软件，如：3D Max、Sketchup等创建的精细模型格式——Multipatch，3D模型导入到ArcGIS系统后，所有模型均转成该格式，纹理也由自身自动管理，而Multipatch也是可以存储在Geodatabase模型中，因此ArcGIS体系下的二三维数据存储是一体化的，不会出现二三维系统所用数据各自为战的情况，避免系统“两张皮”的情况出现。
1. 3D数据编辑
我们谈到的二三维数据的一体化是ArcGIS早就采用的科学合理机制，因此在ArcGIS 10这个版本上，在此方面并无需做更多的改变。相比而言，ArcGIS以往对3D要素采用3D模型表达时，如果在3D场景中发现其模型的方向、大小、位置不正确时，我们在ArcGIS系统中无能为力，只能返回到3D建模软件中去修改模型，然后保存成文件供ArcGIS环境调用，也就是说以往ArcGIS系统中不存在3D GIS环境下的基于模型数据的创建功能，那么这一点随着ArcGIS 10的发布将不复存在。
ArcGIS 10版本3D场景下的要素编辑，可以在ArcGlobe和ArcScene下进行要素的创建，并且采用了与2D一样的基于模板的要素编辑方式，也就是说用户只需要关心所要添加的内容即可。在要素编辑过程中，我们可以在创建的过程中直接编辑要素的Z值，或是直接创建Multipatch要素，在要素修改过程中，我们可以对其大小，摆放的位置与角度进行调整，甚至是快速的更换用于表达该要素的3D模型，而这些工作都无需回到3D建模软件中去修改原模型。
图6 3D要素编辑
2. 新增Terrain、TIN数据管理工具
与此同时在数据管理方面，ArcGIS 10新增了创建与维护Terrain 数据的管理工具，尤其是针对lidar数据源，增加了查找和消除数据错误的工具。
ArcMap 10中还提供了Tin数据编辑工具条，避免了我们每次对Tin数据进行操作都是通过GP工具，现在编辑方式更加灵活也更加方便。
图7 ArcMap 10中新增的Tin数据编辑工具条
三、空间分析
正像我们前面所说的，Esri一直提倡在真是的3D GIS场景中应用地理信息系统的空间分析功能去解决实际问题，而空间分析又是
ArcGIS所擅长的，那么我们来看看在ArcGIS 10这个版本上，新增加了哪些有特色的空间分析功能。
1. 3D要素分析
新增的3D要素的空间分析功能大家也应该比较熟悉了，如：相交、临近、联合等等，这些功能大家经常在2D环境下使用，那么现在针对3D要素，这些功能又能给我们带来怎样的应用呢。
我们以城市地质应用案例来看，我们经常是通过钻孔数据来研究城市地下地层情况，我们可以根据钻孔数据创建地层，并将逐层地层合并，然后进行地层剖分分析，也就是2个3D要素之间的相交分析，运用新增的针对3D要素的空间分析工具，我们可以很方便的得到结果。
图8 3D要素之间的空间分析
2. 天际线分析
天际线这一概念最开始起源于城市规划学中的城市定型理论，通俗的讲就是一个人站在城市的某一个位置上，眼前的人文景观，主要是高楼大厦与天际形成的相交线。天际线代表了一个城市的整洁度，目前网络上有很多著名的专门评价城市天际线的网站，它们从审美学及建筑物的高度和天际线的宽广的来给每个城市的天际线打分。可见天际线在城市规划中有着非常重要的地位。
图9 天际线分析
3. 通视分析
通视分析的概念很简单，就是人站在地表，向某个地方看他的视线通畅程度，可见部分用绿色线标识，被障碍物遮挡的视线部分用红色标识。
通视分析有着重要的应用，如：在重大事件和人物的安全保卫工作中，在什么样的制高点布控安保人员，以确保目标安全。在战场我们可以利用通视分析来进行火力布控，从而起到火力压制作用。
在利用通视分析前，我们需要先构造通视线，即视线。然后根据视线被障碍物遮挡情况分析出通视状况。
图10 通视分析
4. 3D网络分析
网络分析是大家早已熟悉的话题，无论是针对几何网路还是网络数据集，是在能效网络还是在交通路网中，大家都做了很多实际应用，网络分析用得也比较多，很多应用情况下，大家都希望能对室内的路径进行分析，如：在大厦发生火灾时我们总是希望能够在应急指挥时快速制定撤离路径，同样是路径分析，但我们却需要用到3D的网络，以前我们都是通过变通的方式来组织网络，来实现这样的功能，那么在
ArcGIS 10版本后，我们可以直接应用3D网络分析工具来完成相应的路径分析工作了。
图11 3D路径分析
5. 3D要素的时态感知
在桌面的新特性中我们讲过，说ArcGIS从10版本后全面支持时态感知，那么当然在3D环境中也不例外，我们可以利用时态感知功能，在3D这个直观的环境中去分析和模拟并演示很多功能。
图12 3D要素的时态感知
那么到此为止，我跟大家分享了很多ArcGIS 10版本在3D方面的亮点，其他的细节，大家用到时可以参考相关文档，希望对大家有所帮助。