一、实验目的
1、掌握利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面的基本方法.。

2、掌握利用ArcGIS三维分析进行各种表面分析的基本方法，并能进行表面创建及景观图
制作。

3、掌握地形特征信息的提取方法，能利用ArcGIS软件基于DEM对山脊线和山谷线的提取。

4、掌握三维场景中表面及矢量要素的立体显示其原理与方法，熟练掌握ArcGIS软件表面
及矢量要素杂场景中的三维显示及其叠加显示。

5、熟练掌握ArcScene三维场景中要素、表面的多种可视化方法。

6、通过制作某区域的飞行动画，实现对该区域的宏观浏览，掌握地形的三维显示与飞行动
化的制作方法。

二、主要实验器材（软硬件、实验数据等）
计算机硬件：Lenovo Y460N
计算机软件：ArcGIS10.0软件
实验数据：《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘
三、实验内容与要求
1、表面分析
要求：
（1）熟悉ArcGIS三维分析工具中的表面分析工具。

（2）进一步分析表面，包括计算表面积、体积、坡度、坡向等，设置阴影地貌等以增强可视化，或者从一个特定的位置或路径设置可视化的更高级别的可视性分析等。

操作：
（1）计算表面积与体积：
1)打开“面积与体积统计数据”工具，在对话框中如下图设置，点击“计算统计
数据”，得到面积和体积统计数据。

图1 计算表面积与体积
（2）坡度的计算:
1)选择表面分析的坡度工具: “Spatial Analyst 工具”→“表面分析”→“坡度”。

2)在打开的对话框中如图2设置，生成坡度栅格图像如图3。

图2：“坡度”对话框
图3 坡度栅格图像
（3）坡向的计算：
1)选择表面分析的坡向工具: “Spatial Analyst 工具”→“表面分析”→“坡向”。

2)在打开的对话框中设置，生成坡向图像如图4。

图4 坡向图像
（4）可视性分析：
1)视线瞄准线的创建：选择
“创建透视线”工具。

2)在打开的对话框中设置，并选择透视线的点；如图5所示。

图5 视线瞄准线的创建
3)视域的计算：选择表面分析中的视域工具，在打开的对话框中如图6设置，并
生成示意图。

图6 “视域”对话框
2、地形特征信息提取
要求：
利用所给区域DEM数据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。

操作:
（1）打开工具箱，选择“Spatial Analyst 工具”→“表面分析”→“坡向”，提取DEM 坡向层面，记为A；
（2）“Spatial Analyst 工具”→“表面分析”→“坡度”，提取A 层面的坡度信息，记为SOA1；
（3）求取原始DEM 数据层的最大高程值，记为H；利用“Spatial Analyst 工具”→“地图代数”→“栅格计算器”工具，公式为（H－DEM），得到与原来地形
相反的DEM 数据层，即反地形DEM 数据；
（4）基于反地形DEM 数据求算坡向值；
（5）利用SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为SOA2；
（6）利用“Spatial Analyst 工具”→“地图代数”→“栅格计算器”工具，公式为SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的DEM 的坡向变率SOA；
（7）利用“Spatial Analyst 工具”→“领域分析”→“块统计”工具，在打开的对话框中如图7设置，则可得到一个邻域为11×11 的矩形的平均值层面，记为B；
图7 “块统计”对话框设置
（8）利用“Spatial Analyst 工具”→“地图代数”→“栅格计算器”工具，公式为 C ＝[DEM]-[B]，即可求出正负地形分布区域；
（9）利用“Spatial Analyst 工具”→“地图代数”→“栅格计算器”工具，公式为D ＝
[C] >0 & SOA > 70,即可求出山脊线，如图8所示；
图8 山脊线
（10）同理，利用“Spatial Analyst 工具”→“地图代数”→“栅格计算器”工具，公式为 D ＝[C] < 0 SOA > 70,即可求出山谷线，如图9所示。

图9 山谷线
3、表面创建及景观图制作
要求：
（1）利用所给等高线数据建立景区栅格表面；
（2）在ArcScene三维场景中，实现表面与其它要素叠加三维显示；
（3）设计各要素如道路、水系等的符号化显示；
（4）综合考虑表面及各要素，生成美观大方的区域景观图；
操作：
（1）启动ArcScene,打开场景文件Exercise3.sxd，自动添加以下数据层：等高线数据层Arc_Clip，道路数据层Arc_Clip_road，水系数据层Arc_Clip_river，休憩地数
据层Arc_Clip_urb；
（2）创建区域TIN 表面。

1)选择“3D Analyst 工具”→“TIN管理”→“创建TIN”工具，在打开的对话
框中设置（如图10），生成地形表面景观图，如图11所示；
图10 设置“创建TIN”对话框
图11 地形表面景观图
（3）创建栅格表面.
1)关闭显示所有已添加图层；
2)打开“3D Analyst 工具”→“转换”→“由TIN转出”→“TIN转栅格”工具，
在对话框中设置，如图12所示，生成DEM图，如图13所示；
图12 “TIN转栅格”对话框设置
图13 由TIN生成的DEM图
（4）符号化设计。

1)单击左边内容列表中每一图层下的符号样式，在弹出的“符号选择器”对话框
中选择合适的体例样式。

2)关闭等高线（Arc_Clip）图层及tin 图层。

显示如图14所示：
图14 平面景观图
4、污染物在蓄水层中的可视化
要求：
利用所给数据，实现污染物状况的三维可视化显示，点状水井矢量要素的突出显示，污染源的符号化突出显示。

操作：
（1）打开场景Exercise4.sxd，自动加载所需实验数据；
（2）显示污染物的体积与污染程度：将污染物浓度的栅格图层叠加到污染空间表面上，可以显示蓄水层中污染物的体积与污染物程度。

1)打开污染物浓度图层contamination的属性对话框，在对话框中如图15设置；
图15 “图层属性”对话框设置
2)在打开的对话框中选择“显示”选项卡，并选择一合适渐变色系；
3)在内容列标表中取消TIN 表面的显示，此时可以在三维空间中察看污染物空
间的形状及其受污染的强度，如图16所示：
图16 污染物空间
（3）显示污染物空间与水井的关系：从数据中可以看出一些水井位于污染物空间中。

可以通过水井的深度属性对其进行突出显示，即可查找出哪些水井与污染物空间相交，哪些水井受污染较严重。

1)打开水井数据层属性对话框并选择“拉伸”选项卡，在对话框中如图17设置；
图17 设置“拉伸”选项卡
2)计算突出表达式为其深度属性字段Depth，同时选择将表达式应用为各个要素
的基准高程，水井的深度以负值表示，使其向下突出。

3)关闭C-TIN数据层的显示。

此时，可以直观地察看与污染物空间相交或相邻的
水井，如图18所示。

图18 突出显示水井的场景
（4）优先显示需要清理的污染源：根据各个污染源需要进行清理的紧急程度，对其进行分级归类；然后将其突出显示，并用颜色标志出来，以突出需要进行清理的优先级。

1)打开污染源facility数据层属性对话框并选择“拉伸”选项卡，在对话框
中如图19设置；
图19 设置“拉伸”选项卡2
2)在“显示”选项卡中设置符号为渐变色，选择值域（Value）为PRIORITY1，
将符号分为5 级显示。

此时，工业设施根据其优先级按比例突出显示。

场景中可以看得出污染的形状及强度、水井与污染物空间的关系，以及为阻止地下水进一步污染而需要进行清理
的污染源（如图20）。

图20 最终实验成果。