【ArcGIS 10.5 产品白皮书】第五章 ArcGIS平台功能模块---三维(3)ArcGIS平台的三维能力
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2017-04-14
三维数据从创建到使用通常经历四个阶段：数据管理、可视化、空间分析和共享四个阶段。ArcGIS平台在进入10.5之后，在这个四个方面的能力上有新的增强，具体体现如下：
· 数据管理阶段：支持的数据类型和来源更加丰富多样，服务的发布方式有更多的选择；
· 可视化阶段：支持一个数据在桌面、Web和移动端的加载，数据的数据量和数据加载效率进一步提升；
· 空间分析阶段：部分3D分析功能开始牵移到Web端；
· 共享阶段：完全基于WebGL，只需要一个URL即可以实现三维数据的共享。为了满足用户业务的需求用户可通过多种形式定制自己的三维应用并实现共享。
ArcGIS 10.5三维能力的新特点
1.1. 数据管理
这一部分提到的数据管理主要是针对三维模型数据的管理，涉及三维场景所需要的要素数据、地形数据及影像数据请参考其它章节。数据管理的增强主要体现在两个方面：一方面提供了更广泛的数据支持，从传统建模扩展到倾斜摄影测量建模成果、BIM模型；另一方面服务发布的方式更加便捷多样，从单一的ArcGIS Pro到CityEngine、Drone2Map for ArcGIS。
1.1.1. 更广泛的数据支持
随着技术的发展，三维数据获取的手段和来源更加丰富多样，ArcGIS平台提供了对多源三维模型数据的支持。接下来从传统建模、倾斜摄影测量建模和BIM模型分别介绍。
1）传统三维建模
ArcGIS平台提供的CityEngine能够实现基于二维数据及其属性信息实现快速批量建模。更多详细信息请参考CityEngine的相关内容；
针对国内用户普遍使用3ds Max建模方式，ArcGIS平台提供了3ds Max的解决方案。一方面通过3ds Max的插件可快速批量的把max文件按对象拆分并导出wrl格式的三维模型；另一方面提供的小程序能够实现模型的偏移、贴图格式的修改从而更好地实现模型与ArcGIS平台的对接；
此外，ArcGIS平台支持工业级通用三维模型格式的导入。借助桌面软件的三维扩展模块可支持dae、wrl、3ds、flt、skp等五种格式的导入，借助互操作模块可支持obj、x等更多模型格式的导入，使用CityEngine还支持fbx格式模型的导入。
2）倾斜摄影测量建模
随着无人机的发展、基于照片构建三维模型技术的发展，三维数据制作成本逐渐降低，并成为三维数据的重要来源之一。在10.5中ArcGIS平台对倾斜摄影测量建模的支持进一步增强。
Drone2Map for ArcGIS支持基于无人机影像快速生成倾斜摄影测量建模成果，并能导出成基于I3S标准的数据格式SPK。导出的SPK格式的数据可通过Drone2Map for ArcGIS直接上传到Portal for ArcGIS上并发布成三维服务；
I3S标准作为开放的标准已经得到了市面上主流的倾斜摄影测量建模软件的支持如Bentley的ContextCapture（国内简称为Smart 3D）、Pix4D、Vricon，这些软件均支持基于I3S标准的数据格式SPK的导出。生成的SPK格式的模型可通过ArcGIS Pro上传到Portal上并发布成三维服务。
3）BIM模型
ArcGIS平台提供了对BIM标准交换格式IFC的解决方案，基于该方案一方面可以实现模型部件、材质的无损转换；另一方面可实现用户关注的属性信息如材质、尺寸、类型的无损转换。
1.1.2. 更便捷的服务发布方式
目前可通过CityEngine、Drone2Map for ArcGIS和ArcGIS Pro三个桌面端软件实现三维数据发布到与其相连的Portal上。
1）CityEngine发布三维服务
CityEngine基于规则快速批量构建的三维模型可直接导出成slpk格式，并通过与CityEngine相连的Portal for ArcGIS直接上传到Portal for ArcGIS上并发布成服务。
2）Drone2Map for ArcGIS发布三维服务
Drone2Map for ArcGIS基于无人机影像生成的SPK格式的倾斜摄影测量建模成果可直接通过Drone2Map for ArcGIS上传到与其相连的Portal for ArcGIS并发布成服务。
3）ArcGIS Pro发布三维服务
· ArcGIS Pro提供了两种方式发布三维服务：
· 加载到ArcGIS Pro中的三维图层（Multipatch类型）可直接通过Share As WebLayer的方式直接发布服务到与其相连的Portal上；
· 通过GP工具把加载到ArcGIS Pro中图层生成slpk格式的数据，并通过GP工具Share Package把slpk格式的数据上传到与其相连的Portal for ArcGIS上，并进一步发布成三维服务。
1.2. 可视化
I3S标准极大地提升了ArcGIS平台三维可视化的效果，并呈现出更多终端支持、更大规模数据量加载以及更高效的前端展示的特点。
为Web、移动和云专门设计，使得按照I3S标准发布的同一个三维服务能够在桌面、Web和移动多个终端进行加载；
Lod、地理索引外以及流式传输使得前端加载的服务数据量稳定在一定层级上，从而满足大场景三维数据高效展示的需求。
1.3. 分析
ArcGIS 10.5的三维分析能力主要还是在桌面端实现，并开始逐步的把部分三维分析能力移植到Web端。
1.3.1. 三维桌面分析
ArcGIS 10.5三维桌面分析包含一整套完整的分析工具箱，包括时空数据挖掘、地表面分析、空间量测、三维拓扑以及可见性分析等。
地表面分析提供基于栅格表面的填挖方、坡度、坡向、剖面以及山体阴影等分析能力；三维空间量算工具集可测量三维空间中的直线长度、地表长度、高度、面积以及要素对象；三维拓扑分析可基于三维点、线、面及多面体进行三维闭合、缓冲区、相交、求差、邻近关系、合并、内部等多种空间计算；三维可见性分析包括通视、视域、天际线、天际线障碍、天际线图表以及日照分析等。
通过空间处理框架将二维和三维空间分析进行多种组合，来解决复杂的空间分析问题。ArcGIS还集成Python环境，可以将行业专业模型与ArcGIS空间分析工具进行组合，来定制更加面向业务的空间分析模型，如大气扩散模型。使用空间处理框架定制自动化处理流程，提高工作效率的同时降低了桌面端、服务器端调用的复杂性。
1.3.2. Web端三维分析能力
ArcGIS 10.5在 Web端已经提供了多种基于地形的三维分析能力。主要包括通视分析、视域分析、剖面分析以及点线数据高程查询等。
在Web端实现视域分析
在Web端实现剖面分析
1.4. 共享
共享在Protal for ArcGIS中三维场景（Web Scene）可直接通过URL对外部共享，也可通过Esri提供的API或SDK对共享的三维场景做不同程度的定制开发满足各种三维应用的需求。
从上图可以看出Web Scene与开发之间相互独立，将极大地提升开发效率，提高应用的使用范围。
· 桌面端应用定制
ArcGIS Pro SDK允许用户在ArcGIS Pro上进行Add-in方式的扩展开发，侧重于用户应用需求的开发。
用户还可通过 ArcGIS Runtime开发轻量级的桌面应用，目前ArcGIS Runtime支持Windows、Linux及MacOS的开发，实现了多种操作系统环境中的桌面应用开发。
· Web端应用开发
Web端三维开发提供了灵活而强大的ArcGIS JavaScript API支持，可以与现有系统进行深度的集成定制，也可以重新构建Web应用程序。ArcGIS JavaScript API还可与其它JS包结合，如与Three.js、hammer.js结合实现骨骼动画、Web端的多点触控操作等效果。
用户还可以使用Web AppBuilder for ArcGIS实现零编码Web应用程序配置，配置成为响应式的Web应用程序，可自适应各种网页及移动设备分辨率。
Esri Story Maps可与Web Maps、文字、图片等多种媒体结合，向用户讲述一个完整的地图故事。
· 移动端应用开发
ArcGIS Runtime SDKs原生支持iOS、WP移动应用的开发，原生Andriod的应用的开发也将很快支持。
【ArcGIS 10.5 产品白皮书】第五章 ArcGIS平台功能模块---三维(1)概述:http://zhihu.esrichina.com.cn/article/2984
【ArcGIS 10.5 产品白皮书】第五章 ArcGIS平台功能模块---三维(2)I3S标准:http://zhihu.esrichina.com.cn/article/2983
【ArcGIS 10.5 产品白皮书】第五章 ArcGIS平台功能模块---三维(3)ArcGIS平台的三维能力:http://zhihu.esrichina.com.cn/article/2982
· 数据管理阶段：支持的数据类型和来源更加丰富多样，服务的发布方式有更多的选择；
· 可视化阶段：支持一个数据在桌面、Web和移动端的加载，数据的数据量和数据加载效率进一步提升；
· 空间分析阶段：部分3D分析功能开始牵移到Web端；
· 共享阶段：完全基于WebGL，只需要一个URL即可以实现三维数据的共享。为了满足用户业务的需求用户可通过多种形式定制自己的三维应用并实现共享。
ArcGIS 10.5三维能力的新特点
1.1. 数据管理
这一部分提到的数据管理主要是针对三维模型数据的管理，涉及三维场景所需要的要素数据、地形数据及影像数据请参考其它章节。数据管理的增强主要体现在两个方面：一方面提供了更广泛的数据支持，从传统建模扩展到倾斜摄影测量建模成果、BIM模型；另一方面服务发布的方式更加便捷多样，从单一的ArcGIS Pro到CityEngine、Drone2Map for ArcGIS。
1.1.1. 更广泛的数据支持
随着技术的发展，三维数据获取的手段和来源更加丰富多样，ArcGIS平台提供了对多源三维模型数据的支持。接下来从传统建模、倾斜摄影测量建模和BIM模型分别介绍。
1）传统三维建模
ArcGIS平台提供的CityEngine能够实现基于二维数据及其属性信息实现快速批量建模。更多详细信息请参考CityEngine的相关内容；
针对国内用户普遍使用3ds Max建模方式，ArcGIS平台提供了3ds Max的解决方案。一方面通过3ds Max的插件可快速批量的把max文件按对象拆分并导出wrl格式的三维模型；另一方面提供的小程序能够实现模型的偏移、贴图格式的修改从而更好地实现模型与ArcGIS平台的对接；
此外，ArcGIS平台支持工业级通用三维模型格式的导入。借助桌面软件的三维扩展模块可支持dae、wrl、3ds、flt、skp等五种格式的导入，借助互操作模块可支持obj、x等更多模型格式的导入，使用CityEngine还支持fbx格式模型的导入。
2）倾斜摄影测量建模
随着无人机的发展、基于照片构建三维模型技术的发展，三维数据制作成本逐渐降低，并成为三维数据的重要来源之一。在10.5中ArcGIS平台对倾斜摄影测量建模的支持进一步增强。
Drone2Map for ArcGIS支持基于无人机影像快速生成倾斜摄影测量建模成果，并能导出成基于I3S标准的数据格式SPK。导出的SPK格式的数据可通过Drone2Map for ArcGIS直接上传到Portal for ArcGIS上并发布成三维服务；
I3S标准作为开放的标准已经得到了市面上主流的倾斜摄影测量建模软件的支持如Bentley的ContextCapture（国内简称为Smart 3D）、Pix4D、Vricon，这些软件均支持基于I3S标准的数据格式SPK的导出。生成的SPK格式的模型可通过ArcGIS Pro上传到Portal上并发布成三维服务。
3）BIM模型
ArcGIS平台提供了对BIM标准交换格式IFC的解决方案，基于该方案一方面可以实现模型部件、材质的无损转换；另一方面可实现用户关注的属性信息如材质、尺寸、类型的无损转换。
1.1.2. 更便捷的服务发布方式
目前可通过CityEngine、Drone2Map for ArcGIS和ArcGIS Pro三个桌面端软件实现三维数据发布到与其相连的Portal上。
1）CityEngine发布三维服务
CityEngine基于规则快速批量构建的三维模型可直接导出成slpk格式，并通过与CityEngine相连的Portal for ArcGIS直接上传到Portal for ArcGIS上并发布成服务。
2）Drone2Map for ArcGIS发布三维服务
Drone2Map for ArcGIS基于无人机影像生成的SPK格式的倾斜摄影测量建模成果可直接通过Drone2Map for ArcGIS上传到与其相连的Portal for ArcGIS并发布成服务。
3）ArcGIS Pro发布三维服务
· ArcGIS Pro提供了两种方式发布三维服务：
· 加载到ArcGIS Pro中的三维图层（Multipatch类型）可直接通过Share As WebLayer的方式直接发布服务到与其相连的Portal上；
· 通过GP工具把加载到ArcGIS Pro中图层生成slpk格式的数据，并通过GP工具Share Package把slpk格式的数据上传到与其相连的Portal for ArcGIS上，并进一步发布成三维服务。
1.2. 可视化
I3S标准极大地提升了ArcGIS平台三维可视化的效果，并呈现出更多终端支持、更大规模数据量加载以及更高效的前端展示的特点。
为Web、移动和云专门设计，使得按照I3S标准发布的同一个三维服务能够在桌面、Web和移动多个终端进行加载；
Lod、地理索引外以及流式传输使得前端加载的服务数据量稳定在一定层级上，从而满足大场景三维数据高效展示的需求。
1.3. 分析
ArcGIS 10.5的三维分析能力主要还是在桌面端实现，并开始逐步的把部分三维分析能力移植到Web端。
1.3.1. 三维桌面分析
ArcGIS 10.5三维桌面分析包含一整套完整的分析工具箱，包括时空数据挖掘、地表面分析、空间量测、三维拓扑以及可见性分析等。
地表面分析提供基于栅格表面的填挖方、坡度、坡向、剖面以及山体阴影等分析能力；三维空间量算工具集可测量三维空间中的直线长度、地表长度、高度、面积以及要素对象；三维拓扑分析可基于三维点、线、面及多面体进行三维闭合、缓冲区、相交、求差、邻近关系、合并、内部等多种空间计算；三维可见性分析包括通视、视域、天际线、天际线障碍、天际线图表以及日照分析等。
通过空间处理框架将二维和三维空间分析进行多种组合，来解决复杂的空间分析问题。ArcGIS还集成Python环境，可以将行业专业模型与ArcGIS空间分析工具进行组合，来定制更加面向业务的空间分析模型，如大气扩散模型。使用空间处理框架定制自动化处理流程，提高工作效率的同时降低了桌面端、服务器端调用的复杂性。
1.3.2. Web端三维分析能力
ArcGIS 10.5在 Web端已经提供了多种基于地形的三维分析能力。主要包括通视分析、视域分析、剖面分析以及点线数据高程查询等。
在Web端实现视域分析
在Web端实现剖面分析
1.4. 共享
共享在Protal for ArcGIS中三维场景（Web Scene）可直接通过URL对外部共享，也可通过Esri提供的API或SDK对共享的三维场景做不同程度的定制开发满足各种三维应用的需求。
从上图可以看出Web Scene与开发之间相互独立，将极大地提升开发效率，提高应用的使用范围。
· 桌面端应用定制
ArcGIS Pro SDK允许用户在ArcGIS Pro上进行Add-in方式的扩展开发，侧重于用户应用需求的开发。
用户还可通过 ArcGIS Runtime开发轻量级的桌面应用，目前ArcGIS Runtime支持Windows、Linux及MacOS的开发，实现了多种操作系统环境中的桌面应用开发。
· Web端应用开发
Web端三维开发提供了灵活而强大的ArcGIS JavaScript API支持，可以与现有系统进行深度的集成定制，也可以重新构建Web应用程序。ArcGIS JavaScript API还可与其它JS包结合，如与Three.js、hammer.js结合实现骨骼动画、Web端的多点触控操作等效果。
用户还可以使用Web AppBuilder for ArcGIS实现零编码Web应用程序配置，配置成为响应式的Web应用程序，可自适应各种网页及移动设备分辨率。
Esri Story Maps可与Web Maps、文字、图片等多种媒体结合，向用户讲述一个完整的地图故事。
· 移动端应用开发
ArcGIS Runtime SDKs原生支持iOS、WP移动应用的开发，原生Andriod的应用的开发也将很快支持。
【ArcGIS 10.5 产品白皮书】第五章 ArcGIS平台功能模块---三维(1)概述:http://zhihu.esrichina.com.cn/article/2984
【ArcGIS 10.5 产品白皮书】第五章 ArcGIS平台功能模块---三维(2)I3S标准:http://zhihu.esrichina.com.cn/article/2983
【ArcGIS 10.5 产品白皮书】第五章 ArcGIS平台功能模块---三维(3)ArcGIS平台的三维能力:http://zhihu.esrichina.com.cn/article/2982
