ArcGIS10完整的二三维一体化解决方案
1 概述
地理信息系统（GIS）是现代地理学与空间信息科学相结合的产物。GIS 的本质是基于真 实世界的地理环境，直观地表达客观世界的各种要素。借助 GIS 可以对各种要素进行管理、 查询、可视化和分析、处理，以便人们进行科学决策。历经了四十多年的发展，二维 GIS 技 术早已进入了成熟期。由于二维 GIS 的成熟应用，以至于 GIS 已经突破最初的测绘和地学的 行业范畴，发展成为跨行业通用的平台软件技术，广泛应用于政府信息化和企业信息化，并 越来越多地涉足面向个人的信息服务领域。

2 三维 GIS 是 GIS 的重要发展趋势
GIS 的优势在于能够直观直接地展示复杂的地理信息，同时具有强大的空间分析功能。 随着社会的发展，人们对地理信息的关注程度越来越高，因此对地理信息的获取和使用也有 了更高的要求。与二维 GIS 相比，三维 GIS 有其独特的优势。三维 GIS 因更接近于人的视觉 习惯而更加真实，同时三维能提供更多信息，能表现更多的空间关系。随着计算机技术的发 展和二维 GIS 行业应用的深入，人们使用三维 GIS 来展现真实世界的渴望越来越强烈。

3 三维 GIS 面临的挑战
三维可视化仅仅是三维 GIS 的一个方面，三维 GIS 与二维 GIS 一样，三维 GIS 涉及了从 数据获取、数据处理、数据管理、可视化、空间分析、系统定制到数据发布与共享的各个环 节。
当然，三维 GIS 仍面临一些问题和技术瓶颈：
1、昂贵的数据投入。对于 GIS 来说，数据为王是最恰当不过的。再好的系统，缺乏实 时、全面的空间数据时只能是个摆设。显然，数据的获取对 GIS 来说至关重要。与二维空间 数据相比，三维空间数据的获取成本更为昂贵，尤其是大面积的三维场景建模。长期以来， 三维空间数据获取的效率低下和高成本都成为阻碍三维 GIS 技术发展的重要因素。
2、海量数据处理与管理的技术瓶颈。随着遥感影像、DEM 以及大量的三维模型等空间 数据的集成应用，数据量急剧增加，处理海量数据便成为三维 GIS 所必须面对的技术难题； 文件型的数据共享不能够满足空间数据量较大的应用需求。因此，如何将地理数据像普通的 结构数据一样存储在关系型数据库（RDBMS）中，实现集中式的 GIS 数据管理和存储；如果 二者在数据模型、数据结构上都不一致，同样的数据要在两种软件中分别存储一份，不仅增 加了数据冗余，而且增加了数据更新维护的代价。
3、海量数据可视化瓶颈。经过几十年的发展，二维 GIS 技术在工作效率已经得到了广 泛认可。但是三维 GIS 却面临着一些挑战,目前已有的三维 GIS 项目，三维场景大多以显示影 像和地形为主，一旦加入非常密集的矢量（如等高线）、或者整个城市的模型建筑，三维显 示效率就大打折扣。
4、缺乏高端的三维分析功能。三维 GIS 应该在扩展原有二维 GIS 强大分析功能的基础 上，提供更多的三维特色分析功能，才能为业务管理带来更多的提升。
5、二三维开发体系分离，业务系统定制困难。
6、此外，还有海量三维的网络传输、数据发布、客户端数据共享等问题。
7、只有降低三维建设成本和突破三维软件本身的技术限制，才能推动市场从繁荣走向 真正的成熟。

4 二三维一体化技术
二维 GIS 拥有成熟的数据结构、多种多样的专题图和统计图、丰富的查询、强大的分析 手段、成熟的业务处理流程等等。三维 GIS 相比二维 GIS 具有更加直观、更加具体的优势， 容易被更多的用户所接受。尽管三维 GIS 有二维 GIS 不可比拟的优势，但是在相当长时间内 还无法完全替代二维 GIS。此外，由于二维也有比三维更宏观、更抽象、更综合的优点，在 部分应用中也需要忽略真实细节呈现关键信息，此时二维就可能比三维更合适。当前的二维 和三维 GIS 各具优势，人们常常希望在一个系统中能够同时包含二维和三维 GIS 的功能，或 者在原有的二维 GIS 系统增加三维 GIS 系统。ArcGIS 从数据、数据管理、可视化、空间分析、 系统定制、服务发布等方面实现全面的二三一体化技术，使用 ArcGIS 构建三维 GIS 如同使用 ArcGIS 构建二维 GIS 一样的快捷、高效和强大。二三维一体化技术从数据收集、数据管理、 空间分析、系统定制层面为降低二三维 GIS 系统建设成本提供了充分保证（具体参见第二 章）。

5 ArcGIS10 技术飞越
2010 年 7 月，Esri 发布了 ArcGIS 软件的最新版本 ArcGIS 10，其中文版即将于近期在国 内推出。 ArcGIS 10 一举实现了协同 GIS、云 GIS、三维 GIS、一体化 GIS 和时空 GIS“五大飞跃”， 将引领 GIS 软件技术进入一个全新的发展时代。ArcGIS 10 实现了三维建模、数据编辑、要素 存储、性能优化以及分析的巨大飞跃。ArcGIS10 实现了三维 GIS 软件的突破，集三维 GIS 数 据管理、可视化、空间分析于一身，ArcGIS10 正将 GIS 带向 3D 领域（具体参见第三章）。

6 ArcGIS 提供的解决方案
产品配置方案
(1)ArcGIS 桌面三维可视化
需要：ArcGIS 桌面+桌面 3D 分析扩展
ArcGIS 桌面用于三维数据的组织，三维地图和三维分析模型的制作，以 及 三维地图的优 化处理。
(2)ArcGIS 桌面三维可视化定制
需要：ArcGIS 桌面+桌面 3d 分析扩展
ArcGIS 桌面支持.net、java、C++的定制，用户可以用 ArcObject Add –In 的方式添加自己 功能。ArcGIS10 同步发行中文版，此种定制方式的桌面应用，可以再很大程度程度上节省开 发工作量。
(3)ArcGIS 桌面三维可视化开发
需要：ArcGIS Engine+Engine3d 分析扩展
ArcGIS Engine 提供了组件式的开发方式，利用 ArcGIS Engine 提供的 MapControl、 SceneControl、GlobeControl 可以非常方便的开发二三维一体化的应用系统，
(4)ArcGIS 服务器三维可视化
需要：ArcGIS Server 标准版+ ArcGIS Explorer
ArcGIS Server 提供了二三维数据的一体化方式存储与管理，利用 ArcGIS Server 可以非常 方便的发布三维服务，ArcGIS Explorer 可以作为 ArcGIS Server 三维服务高性能可视化客户端
需要：ArcGIS Server 高级版本+Server 3D 分析扩展+ ArcGIS Explorer
除了上述功能外，支持服务器端的三维分析。
除了免费客户端外，桌面和 Engine 应用程序也可以作为三维服务的客户端。
ArcGIS 三维可视化解决方案如图 1 所示：
图 1 ArcGIS 三维可视化解决方案

7 ArcGIS 三维解决方案优势
7.1 经济的数据获取与处理
一个三维应用除了要建立自己的三维模型之外，还需要从相关部门如测绘、海洋、气象 等获取相关数据。
影像数据；(DOM、DEM……)
对于影像数据格式的支持更加普遍，目前市场上的各种影像格式基本上都可以支持。 ArcGIS10 新增 20 多中影像的数据格式，并且桌面中增加了影像分析窗口，影像漫游的速度 更加理想；并且借助于 ENVI 与 ArcGIS 的一体化，可以非常方便从使用 ENVI 处理后的影像 和地形数据。
矢量数据；(路网、管网、电网、行政区划……)
对于矢量否则没有数据的应用，不会有任何效果。Esri 公司的产品，所支持的数据格式 E00、Coverage、Shape File 都成为业界内数据交换的标准，获取数据非常方便。
地名数据；(Label、Annotation……)
对于地名数据可以利用现有的矢量数据通过桌面工具生成注记。
模型数据；(Multipatch、SketchUp、3DMax……)
可以通过桌面拉伸矢量数据，创建没有纹理的三维模型； ArcGIS 支持主流的三维模型 导入，SketchUp、3DMax、 VRML 等，提供了方便的数据导入工具（如图 1），特别是支持 复杂模型（模型具有非常多的面）的导入。另外，ArcGIS 全新支持三维模型的导入、编辑， 实现模型的快速导入三维场景。如图 2 所示:
图 2 三维编辑
用户还可以从 Esri online 上获取丰富的在线遥感、矢量底图数据，ArcGIS 9.3.1 及其的用 户还可以免费获取微软 bing map 的在线遥感、矢量数据，利于节省底图数据购买、处理经 费。

7.2 海量数据二三维一体化存储
ArcGIS 10 正将 GIS 带向 3D 领域，geodatabase 的模型将彻底支持 3D，不是 2.5D 的可视 化，而是真 3D 的数据对象和要素。实现方式将采用扩展技术，对数据库内的地理信息的建 模、存储和展现进行扩展。文件型的数据共享不能够满足空间数据量较大的应用需求。因此， 像普通的结构数据一样，人们可以使用 ArcSDE 将地理数据存储在关系型数据库（RDBMS） 中，并作为一个地理数据库进行管理。ArcGIS 10 可以将所有的地理数据（包括三维模型） 进行海量数据的统一数据库存储，如图 3 所示:
图 3 二三维统一管理

7.3 快速创建三维可视化
对于 ArcGIS 而言，三维场景的数据加载方式跟 ArcGIS 二维的操作方式一样，创建三维 可视化场景仅仅需要将我们获取到地理数据加载到三维场景之中，设定一些加载模式和显示 即可，实现了二三维操作方式的一体化；二维数据无需格式转示参数（非常灵活），减少创 建成本和等待时间，实现了底层数据模型的二三维一体化；二维和三维场景采用同样的符号 库、填充库、线型库，降低了符号管理的复杂度实现了符号的一体化；ArcGIS10 新增三维编 辑功能，采用与原有二维配套编辑体系，实现了联动编辑和编辑的一体化。

7.4 海量数据的高效可视化
创建 ArcGlobe 缓存瓦片是创建高效三维 GIS 的关键，借助于 ArcGIS 桌面参数的设置就 可以实现海量数据的高效可视化，无需编程或者采用其他工具特殊处理。实现了场景创建与 场景优化的一体化。另外，ArcGIS10 速度新特性：
1. 二维地图缓存显示更快
2. 三维文字显示更快，被遮挡的文字将不再显示，海量地名避让显示
3. 带纹理的三维模型显示更快（自动纹理管理机制），依据距离动态管理纹理。
4. 三维矢量显示更快（3Dvector）

7.5 强大的 GIS 分析功能
三维 GIS 的应用不仅仅是展现三维场景的问题，对于 GIS 的核心价值来说，三维的分析 功能尤其重要。ArcGIS 的三维 GIS 继承了 ArcGIS 桌面二维的分析功能，不但可以展现二维中 分析的结果，更支持在三维场景中直接进行空间分析功能；ArcGIS10 新增了 26 个分析工具， 实现了真正的三维分析，将三维对象纳入到了地理场景中进行分析,如图 4 所示:
图 4 空间分析

7.6 二三维一体化开发方式
ArcGIS 采用二三维一体化的开发方式，依据业务用户可以方便的实现桌面三维 GIS 系统 的定制或者桌面三维 GIS 开发,如图 5 所示:
图 5 二三维联动

7.7 方便的三维服务发布
利用 ArcGIS Server 可以方便的实现三维 GIS 服务的发布，仅仅需要对于地球文档 （*.3dd）发布即可，除了三维地球服务，利用 ArcGIS Server 也可以实现三维分析功能的发 布；同时 ArcGIS Server 支持三维服务的缓存技术，便于建立高效的三维服务。三维服务缓存 的建立与二维服务缓存的建立方式一致，实现了二三维服务缓存的创建一体化；三维服务支 持丰富的客户端（ArcGlobe 、ArcGIS Engine、ArcGIS Explorer），可以广泛实现三维服务的 共享。其中，ArcGIS Explorer 是免费的客户端，可以利用 ArcGIS Explorer 非常方便的实现本 地数据、在线服务、GIS 分析功能的客户端聚合。
综上所述，ArcGIS 10 正将 GIS 带向 3D 领域，ArcGIS10 提供了全新、完整的二三维一体 化解决方案。