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基于ArcEngine的GIS三维功能开发技术研究_图文

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第1 5卷第 6期 
20 0 6年 1   2月







程 

vo. 5 N 6 I1   o. 
De . 2 0   c .0 6

E NGI NEERI NG    0F SURVEYI NG  AND Ⅳ  PPI NG 

基 于 ArE gn c n ie的 GI 维 功 能 开 发 技 术 研 究  S三
许捍卫 , 茆德 柱 , 何 江 
( 河海 大学 水文水资源与水利工程科 学国家重点实验 宣, 江苏 南京 2 0 9 ) 10 8 

摘 要: 介绍 Acni 支持的开发平台、 r ge E n 开发模式和它的技术 内核。 着重介绍 了A cni 中三维可视化功能的实  r ge E n
现 。利用 Ac ni 技术在 V ++开发环境下编程实现河道 整治的数字 化管 理为 示例 , 如何 对数字 河道进行  r ge E n c 探讨
分析 、 护和处理 , 维 为河道整治工作 提供 更直观 、 便捷 的工具 。   关键词 : c n ieGI; 维 显示 ; Ar gn ; S E 长江监测 系统  中图分类号 : 2 8 P0  文献标 识码 :   A 文章编 号 :0 6—7 4 {0 6 0 10 9 9 2 0 }6—0 5 0 0—0   4

Re e   h o   D  S d v l p e  e hn l g   a e   n Ar En i   s a c   n 3 GI   e eo m ntt c o o y b s d o   c g ne r
x Ha - e, U  nw iMAO Dez u HE J n     -h ,  i g a
( tt Ke aoa r f do g - tr eo r s n   dal  n i e n ,H h i i ri 。N Nig2 0 9 , h a  Sae yL b rt yo  rl yWae  sue   dHy rucE gn r g ea Unv s y a n   10 8 C i )   o Hy o R ea i ei   e t n

Ab ta tI n r d c sArEn ies p o tn  lt r ,d v lp n  d ea d i  e h ok r e  n   o t e  sr c :ti to u e   c gn  u p rigpaf m o e eo me tmo  n  t tc n - en l dh w o r— s a
aie3 vs a u cin o  c gn .W ih ArEn ie a d VC + + p o rm  n i n n ,p o rmmig te l   D iu l n t   fArEn ie z f o t   c gn   n   r g a e vr me t rg a o n  h  

Diia Ya g z   v rS p rieS se i r rmme .Bya ay ig,man ann m n gn   iia Rie ,we gtl n teRie   u evs  y tm  p o a   s g d  n lzn itiig, a a ig dgtl v r    
a erv rrg lt   r  i l n   r o v n e t m k  ie e uainmo evs a a d mo ec n e in . o u     Ke   r s ArEn ie ywo d : c g n ;GI S;3 ds ly;Ya g z  v rS p rieS se   D  ipa n teRie  u evs  y tm

随着社会经济 的发展 , l G S已经广泛地应用于  城市规划 、 土地管理 、 电力 、 水利 、 交通 等各行业 中。   GS I 处理的地理信息是 三维连续分布 的, 目前 的二  维 GS I 不能真实地描述三维客观世界。因此 , 随着 
应用 的 深 入 , 维 GI 已逐 渐 成 为 人 们 的 迫 切 需  三 S

测绘 等领 域 已率 先 实 现 了具有 部 分功 能 的三 维  G S 但在水文水资源方面 , I, 特别是河道整治方面三  维 G S在 国 内应 用 较 少。 国 外 的 水 文 三 维 有  I O eG S P n V 第一个通过工作 站平 台的 3 D视景管理  软件 , 还有一种水文数据的显示软件 H do S 但  yr VI, 只在小流域 应用 过。文 中将重 点探讨 A c I9 0 r S .  G 中基 于 A c ni 进行三维功能的二次开发 的技术  rE g e n

要。三维 G S的开发 主要有三 种方 式 : I 一是基 于  O eG pn L进行三维开发 , 这种开发方式工作量大 、 技 

术含量高 , 要求开发人员对三维建模 、 几何变换 、 管  线、 色彩 、 纹理等三维显示过程编写代码 , 对技术人 
员要 求很高 ; 二是基 于虚拟现 实技术 ( V ML   如 R 、

研究 , 实现其成果在长江河道监测信息 系统 中的应 
用。  

C MOWol、 v3 OS   r J aD等 ) da 实现三维 信息的显示过  程, 但是运行的效率不高 , 特别是对大量的地形数据 
显示 , 速度很慢 ; 三是借 助于成熟 的 G S软件进行  I 三 维二 次开 发 , Arlf9 0在 开发 模 块 中提 供 了  如 . no . c 3 A a s开发扩展模块 , rVe 中也提供 了 3   D nl t y Ac i w D 开 发模块 。   在三维客观现实世界里 , 三维 G S比二维 G S I I  更具有可表达性 、 可认知性 、 具有更形象的现实逼真  效果。随着 G S应用 的不断深入 , I 人们越来越需要  从三维空间来处理问题。在某些部 I ̄地质 、 'l - l 采矿 、  
收稿 日期  ̄0 6—0 20 5—1  6 作者简介 : 许捍卫 (9 9 , , 1 6  ̄)男 副教授 

1 ArE gn 技 术 内核    c n ie
11 基于 C M 技术 以及 开发 平 台  . o

A c I  虽 以版本 8 .G S9 r 为基础建立, 但使用新的  模块化 、 可延伸 、 且跨越各 种平 台的架构 , 并新增许  多功能。A c n i 将一组核心 A e b c 分成 2  r ge E n r jt O es 1 个模块 , 提供开发者建立 自订 G S及地 图制作 的应  I 用程序 。所有 的 A c I 9应 用程 序都 在 A c I  r GS   r GS

E gn 的架构下 执行。A c f 9不仅继 承 了 一 ni e r lo n      cn lf o已有 的核心模 块 , 还包 含 了三个 新 的应 用程 
序 : r aa gA c p和 A c ol x 并继续全面  A c tl , Ma C o r r Too; b

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第 6期 

许捍卫 , : 等 基于 A c n i rE gn GI e的 S三维功能开发技术研究 

?5   1?

采用 C M 技术 , 出 了一 系列 基于 C M 的新概  O 提 O
念 , 面 向组件 对象 的 GI 。 如 S等  

( ae) L yr的管 理 功 能 , 括 图 层 的 添 加 、 除 、 示 、 包 移 显   隐藏 等 。See 层 的 Vi r cn 下 e 负责 管理 用户 所看 到  we

A cn i 还 支持跨平 台 、 语 言开发。所 支  r gn E e 跨 持的平台有 : c m t no s N  , 00 X , Mi o fWidw ( T 4 20 , P  r  
及 20 )S l i 2 8 2 9 , iu R da  . ) 03 ,o r a s( . , . )Ln x( eht 3 , 7  

的画面 , 每个 Ve i w对应一个 C m r 对象完成类似  ae a 相机镜头的功能 , 包括视 角的选取 、 观察对 象的设  定、 观察者位置的设定等。位于 L yr 图层 ) ae( 下一 

H —U 1. 1及 IM  I 5 1 。所支持 的语  P X( 11 ) B A X( . ) 言有 :O . E J V C M,N T, A及 c十十。开发者可 以使  A 用多种不同的工具编写对象 , 诸如整合的 Mio t c mf r  

层的 3 Poe i 负责完成图层在三维显示 ( c  D rpre ts   S
cn) ee 中的一些特殊效果, 比如高度夸张 、 图层叠加 、   光照渲染等功能。另外 , 还要经常用到 Iuf e   Sr c 和 a

Vsa Su i环境 , U I i lt o u  d 或 N X上 的 c十十 程序编辑 
软件 。  

Iuf e p S r c 两个接 口, aO 主要负 责完成一些常用 的三  
维 表 面分析 功能 , 比如 坡 度坡 向分 析 、 视 性分 析 、 可  

12 支 持 多种 开发 模式  .
基于 ArGI 的 开 发 模 式 目前 主要 有 以 下 三  c S 种:  

体积计算等  。  

1利用 A c I 面应用程序 ( A c p 内 ) r S桌 G 如 r Ma )   置的 V A宏进行客户化。这种客户化只是修改一  B
下 ArMa c p的界面 或利 用这些 桌 面软 件 内置 的 开发 

环境 V A 进行客户化 , B 主要用 于让桌面软件完成 


些重复性的工作或添加一些扩展的功能 。这种开  2 在 A c n i 组件基础上进一步包装 自己的 ) r ge E n  

发方式的缺点是不能脱离桌面软件独立运行 。  
c) 组 件新 生 成 一 个 DL , XE或 0C 工 程 , ( M LE X 引  用 ArE gn , 义 自己的接 口和 功能 , 层功 能  cni e库 定 底

的实现仍依赖于 A c ni 。这种开发方式具有最  r ge E n 大的灵活性 , 所写 的组 件既 可挂 到 A c l r S桌面应  O 用中, 也可用于独立 的应用程序中, 需要较高的组件 
开发 技术 。  

3开发独立 的 E E应 用程 序 , ) X 新建一 个 E E X 

工程 , A c n i 库引人 , 将 r gn E e 然后编写代码完成特定 
功能 。其优点在于 : 开发人员可 以从组件库 中取出  
所需 的组 件快 速组 装 到 一起 , 构 造所 需 的 应 用 程  以

图 1 A c jc   r et 构 组 件 示 意 图  Ob s结

2.  A 2 E三维可 视化 功能 实现  本 系统基于 ArE gn c nie的 VC+ +开发 , 采用 大 

序, 从而加快应用程序的开发; 具有全新 的用户化界 
面, 并且 脱离 A c S桌 面 软件 而 独 立 运行 , 难 度  rGI 但
较大。  

框架 G S主控 系统集成开发 。首先开发主程序框  I 架运行系统和各模块程序及 子系统 等业务运行模  块, 再把各个业务运行子系统集成 到主框架运行 系   统里。这样的开发模式有利 于提高开发效率 、 缩短 

本文采用第三种开发模式 , 其优势是 可以脱离 

A c S软件独立 运行 , r GI 有利 于软件 自主性 和独立 
性。  

开发时间、 提高各个业务运行专业化程序 、 优化程序 
模块, 也有利于系统运行 的 E常维护和便于系统的 t  
扩 展 。系统结 构 如 图 2 示 。 所  

2 ArE gn   c n ie中三 维 功 能 的 开发 技 术 
2 1 AE三 维可视 化 组件 介绍  .  

本系 统 以 数 据 库 方 式 管 理 , 间 数 据 采 用  空 G ()T B S E )A A A E数据模 型, I 利用 O al与 A C   r e c RS D E进行空间数据库 的管理 , 把空间数据库分成三  大部分 , 即源库(S JY 、 JC . K)运行库(S JY )成果  J C. X 、 库( c .G 。源库为未经过系统处理 的原始获取  J J ) S c 的 C D数据 , 以在 A c I A 可 r S中以 C D方式显示; G A   运行库为长江江苏段沿江 8 市与省各单位根据需要  进行配置的方案库 , 其数据结构与基础库一致, 部分 

如 图 1所示 , 件结 构 图顶 层 的 See e e. 组 cnVi r w  

C nrl o t 负责图层 的三维显示 以及完成对 鼠标操作  o 的响应。默认情况下 , 移动 鼠标 左键实现图层的旋  转观察功能 , 滑动中间键实现图层的平移功能 , 移动  鼠标右键实现图层的放缩功能。位于 See i e. cnVe r w   C nrl 一层 的 S e e a h和 S e e 现 对 图层  ot 下 o cnGrp cn 实

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5 - 2 







程 

第1 5卷 

表 2 B sO t n属 性 设 置    ae pi o
长江河道 监测管理 系统 

长江河道整治管理系统 I  I数据管理系统 
河  河 l堤  I 道 
断  面  分  析 

嚣  

维 I 三 l l 属   性  

显l I   数   据 J 示 I 据 l 数  H  囊    『
管 
理 

B sS r c 接 口只要设 置 所 获取 的 p uf 面  aeuf e a S r表

图 2 系统结构 图 

即可。为了实现三维立体效果更加 明显 , 需要设置  Z at ( F c r高度夸张) o 的属性 。   以下为实现三维效果的核心 V C代码 :  
pD mp 3 P s= G tD rpFo ae ( l yr ; e3 PosrmL yr p ae )  

参考信息( 坐标系) 根据相应要求可 以进行配置。成 
果库保存处理后的数据文件。  

以运 行 库 为 例 , 可 分 为 : 库 (S J X  又 线 J c— — Y
Lns 、 库 (S JY —o t) 面 库 (s J X  i )点 e JC — X P i s 、 n J c. — Y P l o s、 E 库 (S J X D M)遥 感库 (S J o g n)D M y J C — .E 、 Y JC.  
Y R )TI X— S 、 N库 (S JYX TI 。 J c — . N) 

‘ p ae 图层中获取 3 Poe i 对象  从 L yr D rpre ts p D rp — p t ae pin er aeufc ) ’ 3 P o S u— sO t ( si sS rae ; B o B   设置地物层 的高度基准 
p u f GeS rae rmL yr( S et ne Sr= t ufcF o a e m—d cNa' 。 l 

所有的点 、 、 线 面数据以逻辑方式分层 , 物理上  分点 、 、 线 面存储 。成果库与运行库结构类似, 包括 

r— e hN m ) ’ nH i t a e ;获得地形层 的高度基准  g
p B s = p u f ’ F n t n lu fc p a e S r ; I u ci aS ra e和 I u fc  o S ra e

点、 、 线 面三个子库的 D G矢量数据基表结构 , L 如表 
1所示 。  
表 1 D   矢量数据基表结构 (   I 包括 点、 、 线 面三个子库 )  

接 口转换  p D rp- p t f ae ufc ( p ae ;‘ 置  3 P o s  ̄ ur — sS r e p B s) 设 - eB a
表 面 

pD r s ̄ u—F c rm.F c r ;‘ 3 Po - pt at ( Z at ) 高度夸  p- Z o o
张 

pD rp  3 Pos

A pyDPoet s (p ae ; pl 3 rpri e L yr)  

‘D rp ri 效 果显 示  3 P o et s e

3 河道 整 治 中三 维 功 能 的 应 用    
在进行河道整治的过程中要充分考虑到原有天  然河道沿岸的地貌 、 地质 、 护坡 、 堤岸以及水流 、 泥沙  等特点 , 结合水力学原理进行系统 的分析后做 出最  优方案。为使研究者能更好地对整个河流的全貌有  本系统 三维 场 景 实 现用 到 的主 要 组 件对 象  ( o   b c) :See i e o t l IiLyr C m O j t 有 IenV e r nr 、Tn ae、 e w C o  
I atr ae 、S e e ID rpri 。 其 中 ,  ̄e e R s L y r Ien 、3 P o et s e e I n—  

清晰的了解 , 将数字化 的地形图 、 地质图 , 以及河 流  的一些技术参数 , 如水流速度 、 泥沙等参数录入地理 
空间数据库 , 运用 A c n i 技术进行编程处理, r gn E e 最 

终形成三维场景 , 以直观清晰的了解河流的特点  可
并进行分析 , 对河道的整治提出合理化的意见。   在本 系统 中通过 对 河 流 的卫 星遥 感 数 据 和  D M 数据进行叠加和融合 , E 形成三维场景。同时实  时的进 行 三维 旋转 、 漫游 、 缩 、 动效果 。通 过  放 移 A c ni 技术 调用 Ien 控件 。 r ge E n Se e 在窗 口中显示 河 

Vi eC nrl 成 加 入 三 维 场 景 中 的 图 层 显 示 ; e rot 完 w o  

IiLyr Iat L yr Tn ae 和 R s rae 负责将 用户所选择 的数  e 据转化为 L yr ae 的形式 ; cn 负责将 L yr See ae 添加到  三维场景中来 , 把地物叠J - JU  ̄ 地形上。此外 , 还需要  将地物 层 的 高 度基 准 设 置 为地 形 层 。这 需 要 用  ID rpre 对象来 实现 , 3 Poe i ts 需要设置 B s t n和  a ̄ i o
B sS f c 两 个属 性 。 ae u ae   B sOpi ae t n有 如 下 三 种 属 性 可 以设 置 , 常 把  o 通

流的全貌 , 更有利于对河流的整体把握 , 可以进行 比 
较系统的考虑问题 , 可对局部进行细致入微的了解。   在三维场景中做 出直观的分析 , 再结合地形和  D M 数据在任何地点切出河道 的纵横断面图。这  E


B sOpi ae tn设 置 为 er aeufc o si sS r e或 er ae x  B a si sE — B pes n这两 种 方 法 , 项 目 中 , B s t n设 置  rsi o 本 将 ae i Op o

为 e ia S r c。具体的设置见表 2  s Bs uf e r e a 。

比传统的二维电子图更为直观 , 便于进行分析 , 为下  步工作提供数据。若附加泥沙和水 流信息 , 以 可  

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第6   期

许 捍卫 , 基于 Acni 的 G S   等: r ge E n I :维功能开发技 术研 究  

-5 ? 3 

进行冲淤分析 , 用不 同颜 色表示“ 和“ 给分析  冲” 淤”

以给护坡 、 堤岸附加渲染真实纹理属性 , 清楚的了解 
堤 岸 和护坡 建成 的质地 。可 通过 属性 查询 了解 护坡 

者提供更加直观的图像显示。   在堤岸及护坡的分析方面 , 三维 G S提供便捷  I
的功能。运行系统生成的三维长江南京 一 镇江段全  貌, 如图 3 所示 。在图 3 的三维场景环境中, 可以直  观看 出那部分的护坡 已做好 , 哪一部分未做好 。可 

的面积 、 建成时间, 以及维护周期和使用年限。在未  建成和待建区 , 也可以附加属性 , 进行查询。系统可  随时入库更新 , 以便于管理者即时精确管理护坡。  

图 3 三维长江 ( 南京 一镇江段全貌 )  

4 结 论 

1  R UNI G M.Itgai  f pt ln )al   r e- 3B E J N   nert no  ai  hm a o S aI  nf   o  oG Ifr t n Sse s[ ] e rn S r g r el   el  nomai   ytm M .B l : pi e vr g B rn o i n   a i
Hed leg 1 9 . ieb r , 9 6 

在河道整治中 , 运用 A c n i 进行开发编程。 r gn E e   在三维场景中直观显示 整个河道 的全貌, 提高河道  整治分析的效率 , 缩短大量的野外调查时间 , 且为分  析人员提供大量的分析数据 , 于分析人员迅速作  便
出解 决方 案 。在 下 一 步工 作 中 , 主要 将 水 流 动模 型 

[] R WF R   .u o in  DA a s M]L A:S I 4C A O DC C s mz g3  nl t .J E R  t i - y[ S
( ni n na S s m   e rhIstt lc ,0   E v o metl yt sR .ac ntue n )2 0 . r   e i   1

[] 5 颜辉武 , 马晨热 , 国瑞 , . 祝 等 地学 信息体视化【 三维交互  { J 技术 的研 究与实现 [] J .测绘学报 , 0 5 1 :4 7 . 2 0 ( )6  (  ) [] 6 王磊 , 云轩 . 周 三维 GI S面向对象 数据模 I I J 的研究 与应用  [ ] 测绘学报 ,0 2 3 :7 2 7  J. 20 ( )2 4 7 . [] 7 李航 , 岳丽华 . 于 C 基 OM 和 ArS3 cI F的遥感  像 数据 『  苹 开发[] 计算机心用 ,20 ( ) J. 055 .   [] 8 张正祥 , 张洪岩 . r jc 组件 在地理信 息系统 二次开  A c et Ob s 发 中的应用[] (l J .  s技术 , 0 42 . 20 ()   [] 9 孙怡 , 杨宜进 , 周平 , 地  信息系统 f的二 维 l视化方  等. f 三 口 J 『 法[ ] J 吉林 大学学报 ,0 3 2 ( ) 20 ,15 .   [O 韩敏 , 明, 1] 陈 李威 国 . 基于 A c GI rF S的扎龙湿地 维 屁示  模块的开发研究 [] 计算 机工程 与应用 , 0 4 2 ) J. 20 (2 .   [ 1杨朝辉 , 秀萍 , 1] 徐 党立华 . 綦于 A c j t 的地 形三维 可  r es Ob c

和可视化开发环境 O eG pn L相结合 , 实现洪水 动态  演进仿真 , 为河道的洪水预警提供决策支持。  
参 考文 献 
f ]' NE      UR R A.K. ' e— i ni a Mo en   i   e一 1I  l rcImes n l d l gwt G o  h ) o   i h

 ̄i ti If mai  yt [ ] D rrctNA ( S  <e ic no t n S s ms M . odeh: T )A I :n f  r o e


3 4,Klwe  a e : u lh r ,1 9   5 u rAcd mk P bi es   2. s 9

[ ] E K B 3D mo eigwi  esi ti i mmai   一 2 K L   .-   d l   t g ̄c nie n l n h x e f  f t ns   o t r : h rb m[ .n Tu e  K.(d , he. . e L te o l A] I: r r rs p e n A. e) T re   Di
me s n l o eigwi   ace t i Ifrat nS se   n i a  d l   t Go  ̄in ic n nai   y tms o M n h f  o o

[ . A ( A I 5 ,9 7 [ deh : l r a e   C]N T ) S  4 2 —3 , MrretKu Acdm— 3 we
i  bih r. 9 2  cPu l e 1 9 . s s

视化分析系统的研制[] 海洋测绘 , 03 1) J. 20 (I.  

[ 责任编辑 : 张德福]  


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