基于ArcScene三维技术运用地理框架数据构建水墨杭城模型的研究和实现

杭州市勘测设计研究院　楼一涛



基于ArcScene三维技术运用地理框架数据构建水墨杭城模型的研究和实现

杭州市勘测设计研究院楼一涛

为充分开发利用杭州市第一次地理市情普查工作的成果，杭州市勘测设计研究院编制了《杭州市地理市情手册》。本手册以杭州市市情地理信息数据为基础，整合多方面资料，以地图为载体，通过专题地图、统计图表、照片和文字，多角度多层面地展示了

图1　

图2　

图3　

图4　

图5　

杭州自然社会和建设发展的基本信息。其中根据2015年杭州地理空间框架数据和雷达激光点云DEM（数字高程模型）绘制的水墨杭城模型是手册中的一个重要数据成果展示。本文主要是利用了一系列杭州市地理空间框架数据，在地理信息系统软件ArcScene中结合相应的方法，构建兼具现代城市规划布局与中国水墨山水画的美感的水墨杭城模型。

一、城市地理空间框架数据

城市地理空间框架数据是在杭州市第一次地理市情普查工作中按一定规则采集和组织的一组描述城市地理框架要素的空间特征、属性特征和时态特征的地理空间数据。城市空间框架数据的内容形式多种多样，有表达城市基础地形要素的数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）等，还有表达各类城市专题空间数据的矢量和属性的存在形式。

二、ArcScene软件的主要功能

ArcScene是ArcGIS三维分析模块的一部分，非常适合生成允许导航3D要素和栅格数据并与之交互的透视图场景，它具有管理3D GIS数据、进行3D分析、编辑3D图层以及把二维数据生成3D要素等功能。在三维场景中浏览数据更加直观和真实，对于同样的数据，三维可视化将使数据能够提供一些平面图上无法直接获得的信息。可以很直观地对区域地形起伏的形态及沟、谷、鞍部等基本地形形态进行判读。

利用杭州市地理空间框架数据构建水墨杭城模型的重点在于将二维数据生成3D要素，并以透视图显示出来进行处理，其先决条件是要素必须被某种方式赋予高程值或其本身具有高程信息（Z值）。ArcScene在解决Z值得方面有多种方式：（1）使用属性设置图层的基准高程；（2）在表面上叠加要素图层设置基准高程；（3）拉伸要素。结合多种显示方式，先使用表面设置基准高程，然后在表面突出显示要素。

三、运用ArcScene软件的实施步骤

第一步，在ArcScene中加载杭州市市区数字高程模型（DEM），范围为杭州市上城、下城、江干、拱墅、西湖、滨江、萧山、余杭、富阳九个区，是由杭州市勘测设计研究院根据雷达激光点云生成。如图1。

第二步，在DEM的图层属性对话框（Layer Properties）中，选择基本高度选项卡（Base Heights），以此DEM为表面，使得所需要素都浮动在此DEM上，调整适合的栅格分辨率（Raster Resolution）。DEM带有高程属性，可以直接使用，将图层高程值转换为场景单位的系数设置为4.50。如图2。

第三步，通过调整视角与色调，增加适量色阶，使得DEM整体呈现出下图所示的水墨效果。如图3。

第四步，加载建筑、道路、水系等矢量要素，这些矢量要素与之前的栅格数据（DEM）不同，自身不带有高程属性（即创建三维效果的Z值）。对于缺少高程值的要素，可以通过叠加或拉伸两种方式在三维场景中显示。叠加即将要素所在区域的表面模型的值作为要素的高程值，如将所在区域栅格表面的值作为高程值，对其做立体显示；拉伸则是指根据要素的某个属性或任意值拉伸要素，如要想在三维场景中显示建筑物要素，可以使用其高度或楼层数这样的属性来将其突出显示。如图4。

第五步，在建筑图层属性对话框的拉伸（Extrusion）标签中，选中拉伸图层中的要素的复选框，将点拉伸成垂直线，将线拉伸成墙面，将面拉伸成街区。将建筑物的楼层数作为拉伸的基础，设置拉伸表达式为楼层（Floor）*20。在建筑图层属性对话框的显示（Display）标签中，调节要素的透明度、色彩等属性。如图5。

第六步，以相同方式为道路、水系等其他矢量要素图层选择适合的高程值（Z值）进行拉伸，导出适当分辨率的效果图。如图6。

第七步，在PhotoShop中对效果图进行柔化、标注、制版等处理，最终得到一个兼具现代城市规划布局与中国水墨山水画的美感的水墨杭城模型。见图7。

图6　

图7　

四、水墨杭城模型的功效和作用

利用地理框架数据通过运用ArcScene三维技术构建的水墨杭城模型，可以一种独特的视角去观察杭州市九区的地形地貌和城市布局。第一，水墨淡彩的中国山水画风格与杭州江南水乡的优美相映衬，展现了杭州市秀丽的山水风貌。第二，通过具有精确坐标位置与系统的城市地理空间框架数据，以俯瞰的视角，能够对杭州市城市空间布局一目了然，对城市的发展布局有很大的帮助。第三，对于地理信息数据的多角度多层面的开发与利用，有利于今后在工作中更好地以多种方式展示数据成果。