西安建设科技专修学院网站,有什么好的免费网站做教育宣传语,像做游戏一样编程的网站,株洲微豆网络科技有限公司网页设计在本文中#xff0c;我讲述了我最近一直在探索的在 ArcGIS Pro 中设计 3D 模型的过程。 我的目标是尽可能避免与其他软件交互#xff08;即使是专门用于 3D 建模的软件#xff09;#xff0c;并利用 Pro 可以提供的可能性。
这个短暂的旅程分为三个不同的阶段#xff1a;…在本文中我讲述了我最近一直在探索的在 ArcGIS Pro 中设计 3D 模型的过程。 我的目标是尽可能避免与其他软件交互即使是专门用于 3D 建模的软件并利用 Pro 可以提供的可能性。
这个短暂的旅程分为三个不同的阶段准备、组装和照明。 我们必须使用一些布局可能性以及一些地理处理工具来准备某些图层然后继续设计局部场景。
我不是 3D 专家也不是 Blender 或其他类似软件的熟练用户。 我只是在探索新的方法并与你分享期望得到一些积极的反馈和改进建议。
如果你想继续我的项目或跳过整篇文章并采取捷径我已将其作为地图包上传到我的 ArcGIS Online 帐户上。 你可以从此处下载并在 CC BY-NC-SA 4.0 许可证下使用它。 NSDT工具推荐 Three.js AI纹理开发包 - YOLO合成数据生成器 - GLTF/GLB在线编辑 - 3D模型格式在线转换 - 可编程3D场景编辑器 - REVIT导出3D模型插件 - 3D模型语义搜索引擎 - Three.js虚拟轴心开发包 - 3D模型在线减面 - STL模型在线切割 1、准备
首先我创建了一个 ArcGIS Pro 项目将世界影像加载为底图在地图属性中定义了一个坐标系并在项目的默认地理数据库中创建了一个要素数据集我将在其中存储我将创建的图层如图1所示 图1准备底图、坐标系和地理数据库
为了让一切正常运转我从一开始就必须定义感兴趣的领域。 也许这是最重要的一步因为这建立了其他所有事情都将发生的框架。
为此我创建了一个新布局插入了一个地图框然后将焦点放在感兴趣的区域上如图 2 所示。
这里有四件事非常重要
地图框的形状在我的示例中只是一个正方形地图框的大小在这个简单的形状中它由正方形边的大小控制地图的比例应与地图框的大小明智地结合起来而且还应与用作地面高程图层的 DEM 的分辨率结合起来地图的范围由地图框四个角的坐标定义。
出于本文的目的我创建了一个方形地图框其边长为 20 厘米 x 20 厘米地图比例为 1:10,000并且通过平移到我感兴趣的区域来定义地图范围。 布局视图将帮助我生成一些图层。
首先我需要创建一个新的折线要素图层它将沿着地图框形状的边缘。 由于地图框是一个正方形我必须复制其范围的坐标这将帮助我创建折线要素图层。
为此我在内容窗格中右键单击地图框然后选择属性以在元素窗格中打开其属性图 2 图2定义感兴趣区域的形状、大小、比例和范围然后复制其范围坐标
在“元素”窗格的“显示选项”中单击“范围”按钮以打开“地图框范围”弹出窗口。 从那里我可以复制地图框范围的顶部、左侧、右侧和底部坐标图 2。
我必须保存这些坐标以便稍后使用因此我打开文本编辑器或记事本我使用 Visual Studio Code并将它们粘贴到那里如图 3 所示
图3保存感兴趣区域的范围坐标以供以后使用
如你所见我已将坐标及其对应名称粘贴到文本编辑器中但我还将它们转换为数组我将在下一步中使用该数组。
在继续之前我将以 TIFF 格式导出布局视图如图 4 所示。这会将世界图像导出为本地 GeoTIFF 文件剪裁在感兴趣的区域中稍后我将使用它作为 3D 模型的纹理 。 我将其命名为 Aerial.tif。
如果我不希望导出的图像具有下面的服务层致谢信息我可以按照 John Nelson 的说明随时删除它们
图 4导出 GeoTIFF 中的布局视图并将当前范围保存为书签
将当前范围保存为书签也很重要这样如果我不小心移动了地图就可以很容易地回到这里图 4。
现在回到地图视图
如前所述我需要创建一个与地图框范围的形状相匹配的折线要素图层。 执行此操作的简单方法是遵循编辑过程其中我必须在项目数据库中创建一个空的折线要素类然后使用在前面的步骤中保存的坐标编辑和创建新要素。 当我创建特征时绝对 X、Y、Z 将帮助我精确输入这些坐标。
但是我更喜欢在 Python 窗口中使用简单的 ArcPy 脚本它将为我创建所需的折线要素图层如下图 5 所示。
图 5Python 窗口中的简单 ArcPy 脚本用于创建范围折线要素
该脚本显示在文本编辑器和图 5 的 Python 窗口中如下所示
import arcpy
from arcpy import env
env.workspace C:/Dropbox/SG_BLOG/3D_Model/3D_Model.gdb/Data_3857extent [
-1609813.6168723013,
-19007708.81018684,
-19005708.81018684,
-1611813.6168723013
]Top extent[0]
Left extent[1]
Right extent[2]
Bottom extent[3]pnt1 arcpy.Point(Left,Bottom)
pnt2 arcpy.Point(Left,Top)
pnt3 arcpy.Point(Right,Top)
pnt4 arcpy.Point(Right,Bottom)array arcpy.Array()
array.add(pnt1)
array.add(pnt2)
array.add(pnt3)
array.add(pnt4)
array.add(pnt1)shape arcpy.Polyline(array)
arcpy.CopyFeatures_management(shape,extent_polyline)
如果你想使用我的 ArcPy 脚本只需将第三行的路径替换为计算机上你想要保存生成的要素图层的路径并替换最后一行的名称如果您不这样做 我不想将其命名为“extent_polyline”就像我一样。 当然将范围数组中的范围坐标替换为自己的范围坐标。
如果你不熟悉 ArcPy只需遵循上述绝对 X、Y、Z 的经典编辑过程即可。
无论如何我最终都必须得到一个方形折线要素图层其角点具有地图框范围的坐标如图 6 所示。
图 6代表我感兴趣区域的折线要素图层
我将折线要素图层命名为“extent_polyline”并用粗红色笔划对其进行符号化因此它清晰可见。 这将在以下步骤中达到某些目的但首先它将用于创建地面高程图层。
接下来我需要一些海拔数据
如果我已经下载了与我感兴趣的区域相对应的 DEM 图块我会将它们添加到地图中如图 7 所示。 图7在地图上添加高程数据图块
光栅分辨率是关键。 为了本文的目的我下载了单元大小为 1m 的图块这非常适合我即将使用的比例 (1:10,000)。 我使用了与 Shadowplay 文章中使用的相同的高程数据源。
如果我要使用中等比例例如 1:50,000 或 1:100,000那么 1m 的像元大小就太大了因此我应该重新采样或获取另一个具有更大像元大小的来源。
现在我必须对这些图块进行马赛克为此我使用“栅格函数”窗格中的“马赛克栅格”函数如下图 8 所示。 马赛克栅格功能将从四个图块中生成一个名为“马赛克栅格”的新栅格图层并将其添加到内容窗格中。 图8马赛克高程数据图块
然后我将使用“栅格函数”窗格中的“剪辑”函数来剪辑“extent_polyline”图层感兴趣的区域内的马赛克栅格图层。
如图 9 所示我打开“剪辑”功能在其中选择“马赛克栅格”图层作为“栅格”字段的输入选择“外部”作为“剪辑类型”为“剪辑几何/栅格”字段选择“extent_polyline”图层然后单击 在创建新图层按钮上。 另一个新图层被创建并添加到地图上 它的名称是“Clip_Mosaic Rasters”它被剪切在感兴趣区域的范围内 图9将马赛克高程图层剪切到感兴趣区域的范围
Clip_Mosaic Rasters 图层将是地面高程图层稍后将在组装阶段的局部场景视图中使用。
设置地面图层后现在是时候创建我将用来构建模型侧面的图层了。 为此我必须以某种方式加密“extent_polyline”层的顶点因为目前它只有四个顶点即其正方形的四个角。
最简单的方法是在地图视图上选择“extent_polyline”图层然后在“编辑”选项卡上从“工具”组中选择“概化”工具如图 10 所示。“修改要素”窗格将打开其中包含概化选项 所选要素的其中我选择 Densify 作为 Method并选择 1m 作为 Distance 值图 10 图 10使用 Generalize 编辑工具致密“extent_polyline”要素图层
然后我单击下方的 Generalize 按钮沿着“extent_polyline”层每 1m 添加一个新顶点。 由于这是一个编辑工具我必须单击“编辑”选项卡功能区上的“保存编辑”按钮才能使这些新顶点永久保存。
值得注意的是我每 1m 添加一次顶点因为我有一个像元大小为 1m 的高程源。 如果我有另一个分辨率更高的高程源那么我应该选择顶点之间的等效距离。 例如如果我的高程源的像元大小为 5m 或 30m则新折点的距离应分别为 5m 或 30m。
添加折点的另一种方法是使用致密编辑地理处理工具前提是你拥有标准或高级许可证。
接下来我必须以某种方式在“extent_polyline”图层的每个顶点上添加高程信息。 这可以使用插值形状地理处理工具来完成该工具可通过 3D Analyst 许可证或 Spatial Analyst 许可证获得。 图 11使用插值形状地理处理工具创建新的 3D 矢量要素图层
如图 11 所示在插值形状工具中我在输入表面字段中选择马赛克栅格在输入要素字段中选择“extent_polyline”然后选择保存输出要素类的位置我将其命名为“sides_3d_vector” ”。
当我单击“运行”按钮时新创建的“sides_3d_vector”要素图层将添加到内容窗格和地图上。 这是一个 3D 矢量特征层我将在模型的侧面使用它。
到目前为止我还没有找到一种在没有上述许可证的情况下通过从表面插值 z 值来生成 3D 特征的替代方法。
如果你没有这些那么另一种方法是使用 QGIS 中的 Drape从栅格设置 Z 值工具来执行此步骤。 事实上这就是我在生产线上的做法因为我只拥有基本的 ArcGIS Pro 许可证没有扩展。
准备阶段的最后一步是清理内容窗格。 如图 12 所示我删除了所有不必要的图层并添加了在上一步中创建的 Aerial.tif 图像。
在内容窗格中我必须最终得到
“sides_3d_vector”3D 特征层将用于构建模型的侧面“extent_polyline”2D 要素图层将用于创建模型的基础Aerial.tif 图像层将用作模型的纹理Clip_Mosaic Rasters 图层将用作模型的地面高程图层。 图 123D 模型所需的图层/将地图转换为局部场景
2、组装
组装阶段的开始就像将地图转换为局部场景一样简单。 如上图 12 所示在“视图”选项卡中我单击“视图”组中的“转换”按钮然后从下拉列表中选择“到本地场景”选项。
地图正在转换为局部场景如下图 13 所示。 请注意默认情况下场景将 WorldElevation3D/Terrain3D 作为地面图层Pro 会自动识别内容窗格中的 3D 图层并将其与 2D 图层分开。 图13局部场景
由于我已经生成了自己的高程图层因此我从内容窗格的高程表面组中删除了 WorldElevation3D/Terrain3D 图层并在其中添加了 Clip_Mosaic Rasters 图层通过拖放如下图 14 所示。 现在它被用作地面高程图层。
接下来我在内容窗格的高程表面上选择地面组然后将出现高程表面图层上下文选项卡。 在那里我将“垂直夸张”更改为 2将“表面颜色”更改为“无颜色”然后通过选中前面的复选框来选择“相对于光位置的阴影”图 14 图14设置高程表面层
我还使用“探索”工具来导航场景并更改其视角因此我将不再从顶视图看到它图 14。
现在是时候建造侧面了
在内容窗格的 3D 图层组中我选择“sides_3d_vector”然后右键单击打开其图层属性窗口如下图 15 所示。 在图层属性窗口中我选择“高程”选项卡在“要素是”选项的下拉列表中选择“绝对高度”在“附加要素高程使用”选项中选择“几何 z 值”单选按钮并写入 2 垂直夸张图15 图 15设置“sides_3d_vector”图层的高程图层属性
这里需要注意两件事。 第一“sides_3d_vector”具有 z 值即每个顶点的高程信息因为它是 3D 要素图层。 我们在上一步中使用插值形状地理处理工具创建了它。 二、垂直夸张必须与高程表层设置的完全一致见图14。 在我的示例中我将两者都设置为 2。
现在我关闭“图层属性”窗口并选择“sides_3d_vector”图层然后转到“要素图层”上下文选项卡在“挤出”组中单击“类型”按钮以打开“要素挤出类型”列表如图 16 所示 以下。 我从列表中选择“最小高度”选项这会将拉伸添加到每个特征的最小高度。 正如您在图 16 中看到的挤压已经构建了模型的侧面 图 16“sides_3d_vector”层上的拉伸正在构建模型的侧面
选择“最小高度”选项作为“sides_3d_vector”图层的特征拉伸类型后我还可以通过单击表达式按钮打开“表达式生成器”窗口来添加额外的拉伸如下图 17 所示。 这将控制我想要侧面的高度。 在此示例中我输入 -50这会将边拉伸至模型基础高度以下 50m实际上是“sides_3d_vector”图层的最小 z 值。 图 17对“sides_3d_vector”层的最小 z 值进行额外挤压以使边更高
最终结果如图 18 所示。如果我想要更高的边我可以再次打开表达式生成器并输入另一个数字例如 -100 或 -200。 我希望两侧的高度取决于模型的大小和比例。 图 183D 模型的最终侧面
除了侧面之外我还想要一个模型的底座。 通过合适的符号系统“extent_polyline”图层可以作为基础。 因此首先我将其从内容窗格中的 2D 图层组拖动到 3D 图层组如图 19 所示。
然后我右键单击“extent_polyline”图层以打开其图层属性窗口。 在图层属性窗口中我选择“高程”选项卡在“要素是”选项的下拉列表中选择“绝对高度”并在“附加要素高程使用”选项中选择“A 字段”单选按钮。 我单击表达式按钮打开“表达式生成器”窗口在其中输入其绝对高度。 尽管一些尝试和错误会起作用但我发现一个简单的公式可以给出所需的结果。 这个公式是
Elevation Surface Layer’s minimum height (“sides_3d_vector” layer’s additional extrusion / 2)
要找到高程表面层的最小高度我可以返回到地图视图并查看 Clip_Mosaic Rasters 图层的最小值在我的示例中为 20.5389参见图 19。 “sides_3d_vector”层的额外挤压是 -50在上面的几个步骤中定义因此它的一半是 -50 / 2 -25。
因此“extent_polyline”层的绝对高度将是简单数学方程 20.5389 – 25 的结果如图 19 所示。这实际上是将“extent_polyline”层精确地推到模型的底部以服务 作为它的基础。 图19将“extent_polyline”层推到模型底部作为其基础
现在我必须更改它的符号系统使其看起来像一个基地
因此我打开符号系统属性并在结构选项卡中删除默认的描边符号图层并添加具有两种符号效果封闭多边形效果和偏移效果的填充符号图层如图 20 所示。
封闭多边形效果将从“extent_polyline”图层的空间范围创建动态多边形偏移效果将以指定距离偏移此动态多边形。 符号效果的顺序很重要。 我首先需要定义封闭多边形然后定义其偏移量。 图 20填充符号图层上的封闭多边形和偏移效果
在符号系统窗格的图层选项卡上我选择闭合路径作为封闭多边形效果的方法然后在使用斜角作为方法的偏移效果处输入 10 作为偏移如下图 21 所示。 我点击“应用”瞧 模型的底座已经准备好了 图 21模型的基础在填充符号图层上使用符号效果创建
最好给底座留一些高度。 为此我必须将其拉伸到指定的高度因此我在“内容”窗格中选择“extent_polyline”图层并从“要素图层”上下文选项卡的“拉伸”组中单击“类型”按钮以打开“要素拉伸类型” 列表。 我从列表中选择“绝对高度”选项如图 22 所示。 图22选择模型底座的挤压类型
然后我单击表达式按钮打开表达式生成器在其中输入 -25如下图 23 所示。 这意味着底座的厚度为25m。 如果我想要更厚的底座那么我应该输入更小的数字例如 -50 或 -100。 底座的厚度是个人喜好的问题但它应该与侧面的高度和模型的尺寸相匹配。 图 23定义拉伸值该值将控制模型底座的厚度
最后一步是改变一些颜色以产生更美观的构图。 我右键单击内容窗格中的 Map_3D打开地图属性在常规选项卡中将场景的背景颜色更改为 #777777如图 24 所示。 图 24更改场景的背景颜色
然后在“sides_3d_vector”图层的符号系统窗格中的外观组中我为颜色键入 #555555如图 25 所示。 图 25更改“sides_3d_vector”图层的颜色
我对“extent_polyline”图层重复相同的过程同时在颜色中输入 #555555。
最后我到达了组装阶段的末尾。 我创建了场景在其中放置了由地面层和航拍图像组成的模型构建了其侧面和底座并调整了颜色。 但为了让它看起来更真实我还需要调整照明。
3、照明
是时候点亮一切了 在“视图”选项卡的“场景”组中我单击“照明”按钮旁边的箭头如下图 26 所示。 从下拉列表中我单击“照明设置”按钮。 图26打开场景的照明设置
将打开“地图属性”窗口并选择“照明”选项卡我可以在其中配置场景的照明设置如图 27 所示。 图 27配置场景的照明设置
在“照明设置”中我选中“阴影”组中“以 3D 方式显示阴影”选项之前的复选框并在“照明”组中输入“光贡献”30图 27。
启用的“在 3D 中显示阴影”选项将不仅在模型上而且在模型周围创建投射阴影。 注意落在模型底部的阴影。 请记住如果没有底座模型周围就不会有阴影。
光贡献值也很重要。 值越低场景就越引人注目但也越暗反之亦然。 因此对此进行一些尝试和错误将表明合适的值。
接下来我在按组定义的照明中有许多不同的选项我选择使用用方位角和高度定义的绝对太阳位置选项来照亮我的场景图 27。
如图27所示我为方位角选择了45的值这意味着光线来自东北而高度的值为30意味着光线来自低角度因此阴影会更长。 最终结果如下图 28 所示。 图28光照调整后的模型
我发现最好遵循航空图像的光照条件尤其是太阳方向方位角。 如果我回到图 4 并仔细查看 Aerial.tif 图像源自世界图像我可以了解到在捕获该图像时太阳很可能来自东北方向。 因此为了使模型看起来更真实最好在同一角度定义照明方位角。
如果我使用卫星捕获的图像例如 Landsat 或 Sentinel我可以准确地知道捕获日期和时间。 因此在这些情况下我可以转到 SunCalc 应用程序并高精度地获取方位角和高度值。
最后一步是调整 Aerial.tif 图像的外观。 如图 29 所示我打开符号系统窗格在其中为拉伸类型选择最小最大然后调整其红色、绿色和蓝色波段的直方图直到使其更亮、更暖。
选择 Aerial.tif 图像后在“栅格图层”上下文选项卡的“增强”组中我还可以调整“亮度”、“对比度”和“伽玛值”图 29。 图 29调整 Aerial.tif 图像的外
最后我可以扩大模型底座的面积为投射阴影以及我稍后可能想要添加的其他元素留出更多空间。 为此我打开“extent_polyline”图层的符号系统窗格并将偏移量更改为较大的数字。 在我的示例中我给出的值为 500pt如下图 30 所示。
根据计算机的系统并且由于我已经加密了“extent_polyline”层符号效果处的较大偏移量可能会降低性能。 因此在这种情况下最好复制该层但使用最少的顶点数对于正方形只有四个每个角一个。 这可以通过许多不同的方式来实现包括概括工具的逆过程其中我使用简化选项而不是致密选项或者通过在地理数据库中创建新要素类并数字化以创建新要素。 图 30通过增加其偏移符号效果来扩展模型的基础
在“视图”选项卡的“导航”组中打开“相机”属性也非常有用如图 31 所示我可以通过调整“俯仰”和“航向”以及其他有用的参数来完全控制模型的视图。 图 31调整相机属性并导出模型
当我对模型的外观、角度、透视、照明和航拍图像感到满意时我会转到导出窗格以方便的格式导出它。
4、结束语
读到本文的结尾我要感谢你的阅读并希望你喜欢它 我愿意接受反馈和建议以改进我的方法。
你始终可以从此处下载该项目作为地图包并在 CC BY-NC-SA 4.0 许可下使用它。 原文链接ArcGIS Pro中的3D建模 - BimAnt
