数字高程模型（DEM）

地球表面高低起伏，呈现一种连续变化的曲面，这种曲面无法用平面地图来确切表示。于是我们就利用一种全新的数字地球表面的方法—— 数字高程模型 的方法，这种方法已被普遍广泛采用。数字高程模型即DEM（Digital Elevation Model），是以数字形式按一定结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。

DEM有三种主要的表示模型：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网。

格网（即GRID）DEM在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余，在不改变格网大小情况下，难以表达复杂地形的突变现象，在某些计算，如通视问题，过分强调网格的轴方向。不规则三角网（简称TIN，即Triangulated Irregular Network）是另外一种表示数字高程模型的的方法（Peuker等，1978），它既减少了规则格网带来的数据冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。不规则三角网能随地形起伏变化的复杂性而改变采样点的密度和决定采样点的位置，因而它能够避免地形起伏平坦时的数据冗余，又能按地形特征点如山脊，山谷线，地形变化线等表示数字高程特征。

TIN的基本知识

在TIN中，满足最佳三角形的条件为：尽可能的保证三角形的三个角都是锐角，三角形的三条边近似相等，最小角最大化。

TIN 是基于矢量的数字地理数据的一种形式，通过将一系列折点（点）组成三角形来构建。形成这些三角形的插值方法有很多种，例如 Delaunay 三角测量法或距离排序法。ArcGIS 支持 Delaunay 三角测量方法。

TIN 的单位是英尺或米等长度单位，而不是度分秒。当使用地理坐标系的角度坐标进行构建时，Delaunay 三角测量无效。创建 TIN 时，应使用投影坐标系（PCS）。

TIN 模型的适用范围不及栅格表面模型那么广泛，且构建和处理所需的开销更大。获得优良源数据的成本可能会很高，并且，由于数据结构非常复杂，处理 TIN 的效率要比处理栅格数据低。

三维分析工具箱中，Conversion工具集为我们提供了很多用于格式转换的工具，其中有几个能为我们解决很多常见问题，这里整理下：

1. 各种数据格式的3D模型导入到ArcGIS中展示

使用 Import 3D file 工具，ArcGIS 主要支持以下 3D模型的导入：

• 3D Studio Max (*.3ds)
• SketchUp (*.skp)
• VRML and GeoVRML (*.wrl)
• OpenFlight (*.flt)
• COLLADA (*.dae).

将数据导入为ArcGIS的 Multipatch（多面体）要素类，可以选择 shapefile 和 Geodatabase 来存储。

这里需要注意：shapefile multipatch 是不能存储纹理的，如果需要保存纹理，要选择 GDB multipatch feature class。

2. 需要得到 Multipatch 的 2D 轮廓线

使用 Multipatch Footprint 工具

1. Add Surface Information（添加表面信息）

向点、线或面要素的属性表添加表面高程信息。

要素几何	表面属性
Point	从表面上点的 XY 坐标插入的点高程。
MultiPoint	针对多点记录中所有点得到的点的最小、最大和平均高程。
Polyline	沿着表面的线的 3D 距离。 从表面上线的路径获得的最小、最大和平均高程和坡度。
Polygon	面定义的表面部分的 3D 面积。 来自表面的最小、最大和平均高程和坡度。

2. Interpolate shape（插值 Shape）

根据从栅格、不规则三角网 (TIN)、或 terrain 数据集获取的高程值为要素类插入 z 值。

3. Intersect 3D Line With Surface（ 3D线与表面相交）

计算 3D 线要素与一个或多个表面的几何交集，并以分割线要素和点的形式返回交集。

整理有关 ArcGIS 10.1 3D分析工具箱中，3D Feature 工具箱中，各个工具的功能及注意事项。

1. Add Z information （添加 Z 信息）

各种几何类型的Z信息：

• Points - Z 值

• Multipoints - Z 最小值、Z 最大值、Z 平均值、点计数

• Polylines - Z 最小值、Z 最大值、Z 平均值、3D 长度、最小坡度、最大坡度、平均坡度、折点计数

• **Polygons **- Z 最小值、Z 最大值、Z 平均值、3D 长度、最小坡度、最大坡度、平均坡度、折点计数

• Multipatches- Z 最小值、Z 最大值、表面面积、体积、最小坡度、最大坡度、平均坡度

关于坡度值：

坡度以百分比值或度数的形式返回.

最小坡度根据值最接近 0 或水平度的线段获得。

最大坡度根据具有最大计算值的线段获得。

为了表示连续的表面，ArcGIS 提供了多种表示、存储函数表面的数据格式，主要是以下四类，其中包括10.1带来的新类型：LAS Dataset。

我们可以借助于ArcGIS的3D分析扩展，对这些函数表面数据进行三维的显示、分析等。但是需要注意的是，这些数据并不是真正意义上的真三维，这是我们常说的2.5D。因为这些数据在某个XY坐标对对应的位置上，只能存储一个Z值，而真正的三维实体是在某个位置上有一系列的Z值。这种三维实体，ArcGIS中是以Multipatch存储和表示的。

1.Raster

这是最常见的一种栅格表面数据格式，通常是浮点型的连续栅格。

2.TIN

3.LAS Dataset

4.Terrain Dataset