Daten in 3 D - Umgang mit ArcCatalog und ArcScene

Transkript

1 Daten in 3 D - Umgang mit ArcCatalog und ArcScene Erstellen von Punkt, Linie, Polygon, digitalisieren, bearbeiten von Attribut-Tabellen, Erstellen eines TIN, Toolbox, Berechnungen durchführen. Neben der Erfassung von Punkten, Linien und Polygonen ist es möglich, Daten in 3D also mit Höhenwerten versehen zu erstellen bzw. zu erzeugen. Zum Einstieg dient folgende, einfache Übung: Erstellen von Ordnern mit ArcCatalog: Aus Arc Map (New Map) heraus wird der Arc Catalog geöffnet: Windows Catalog Den Arbeitsordner D:\01_GIS verbinden : Über den + Button gelangt man den Folder-View 1

2 Den zu verbindenden Ordner auswählen und OK Klicken Der verbundene Ordner ist nun unter Folder Connections zu finden: 2

3 Mit einem rechten Mausklick auf den Ordner D:\01_Gis kann nun der Unterordner U3 erstellt werden: In diesen Ordner werden die Übungsdaten aus dem Bereitgestellten ZIP-File extrahiert (Mit Windows Explorer)! Download unter 3

4 Erzeugen eines Shape-Files: In dem Ordner U3 wird ein neues Shapefile namens 3dPunkte erstellt: wieder mit rechtem Mausklick! Feature Type: Point Zuweisen der Projektion: unter EDIT das gewünschte Projektionsfile wählen: D:/01_GIS/U3/Projektion.prj 4

5 Bearbeiten der Datentabelle für das Shape-File 3dPunkte : Mit einem rechten Mausklick öffnen wir in ArcCatalog die Properties von 3dPunkte und fügen noch im Reiter Fields ein neues Datenfeld z vom Typ Double hinzu, Field Properties Precision 5 und Scale 2 (Dies ermöglicht die Eingabe von Zahlen mit 5 Stellen vor dem Komma und 2 Stellen nach dem Komma) Analog wird ein Polygon und noch ein Polyline erstellt auch bei diesen Shapes wird das Attribut z benötigt PROJEKTION nicht vergessen! Der Dateninhalt im Übungsordner sollte wie rechts dargestellt aussehen! 5

6 Wir basteln uns eine Pyramide... Die Cheopspyramide ist die älteste der Pyramiden von Gizeh. Sie hat eine quadratische Fläche mit einer Kantenlänge von 230,33 m und eine (ursprüngliche) Höhe von 146,59 m. Der Neigungswinkel betrug laut Archäologen - 51,5. Die Basis der Pyramiden liegt auf einer Höhe von rund 60 m über dem Meer. Das ursprüngliche Volumen wird in der Literatur mit ,4 m³ (inkl. Felskern) angegeben. Wir werden nun versuchen, diese Pyramide mit ArcGis nachzubauen. Zunächst benötigen wir das Shapefile 3dPunkte.shp in ArcMap (wir können es aus ArcCatalog direkt in unser ArcMap hineinziehen). Nun positionieren wir uns im Koordinatensystem auf den Punkt 0,0 mit Hilfe des x,y Tools: 6

7 Editieren Editieren wird durch einen rechtsklick auf den Layer 3dPunkte gestartet: Es öffnet sich das Editor Tool 7

8 Durch einen Klick auf 3dPunkte starten wir das Digitalisieren und setzen irgendwo einen Punkt (der Mauszeiger ändert sich zu einem Pfeil mit einem Punkt an der Spitze). Wir wählen nun das Pfeilsymbol und können durch einen Doppelklick auf den eben gesetzten Punkt die Eigenschaften des Punktes bearbeiten: Die linke, untere Koordinate der Pyramide soll genau bei 0 0 liegen: Wir können nacheinander alle Punkte der Pyramide setzen und die Koordinaten aller Punkte eintragen. Die erste Koordinate setzten wird auf 0 0, die zweite auf 0 230,33 usw.?? Welche Koordinate hat die Spitze unserer Pyramide?? 8

9 Speichern: Die eben eingetragenen Punkte sind derzeit nur im (flüchtigen) Arbeitsspeicher (RAM) vorliegend. In der Editor Toolbar speichern wir zur Sicherheit: Eintragen der Höheninformationen: Die Attribut Tabelle Um Werte und Informationen der einzelnen Punkte eintragen zu können benötigen wir die Datenbanktabelle. Ein Rechtsklick auf den Layer 3dPunkte Open Attribute Table In diese Tabelle tragen wir die Höhenwerte in das Feld z ein Anm.: Es können nur in einer Edit-Session Werte geändert/eingetragen werden. 9

10 Geländeoberfläche Eine ebene Fläche soll in unserem Modell die Geländeoberfläche repräsentieren. Dazu erstellen wir ein beliebiges Polygon um die Punkte der Pyramide (analoge Vorgehensweise wie bei den Punkten) Höheninformationen nicht vergessen: 60 m! Fiktive Grundwasserschichtenlinien Fiktive Grudwasserschichtenlinien erstellen (dienen später nur zur visuellen Veranschaulichung und haben wirklich sonst keinerlei Bedeutung!). Im Layer 3dLinien zeichnen wir ca. 10 Linien wie in der folgenden Abbildung ein und geben die Höhen wie abgebildet in der Attributtabelle ein. JETZT WICHTIG: EDITOR STOP Editing SAVE EDITS mit JA beantworten!!!!!!!! 10

11 Erstellung eines TIN (Triangulated Irregular Network) Bisher haben wir nur die Eckpunkte der Pyramide, aber noch kein flächenhaftes Modell. ArcGis stellt das Zusatztool 3D Analyst zur Verfügung, um 3d bzw. 2.5d Daten zu generieren und zu bearbeiten. (Weitere Infos am Ende der Übung.) 3d Analyst Menübox öffnen (recher Mausklick auf freier Menüleistenfläche) Im 3d Analyst Create/Modify TIN Create Tin from features wählen: 11

12 Den Layer 3dPunkte anhakerln, wir wollen davon ein TIN erstellen. Die Höhe (Height source) kommt von unseren z-werten. Als Output wählen wir unseren Übungsordner und als Namen des TIN Pyramide Ergebnis: 12

13 Berechnung Volumen und Oberfläche Welches Volumen hat die Pyramide? ArcGis stellt zahlreiche Tools zur Bearbeitung, Analyse und Konvertieren von Datensätzen in einer Toolbox bereit. Die Toolbox ist in verschiedene Bereiche gegliedert und in Unterordner strukturiert. Hier finden wir entsprechende Hilfstools: ArcToolbox Functional Surface Surface Volume Optional können die Ergebnisse als Text-File gespeichert werden. 13

14 Ergebnissfenster: Höhenschichtenlinien (Isolinien erzeugen) ArcToolbox Terrain and TIN Surface Surface Contour Input = Pyramide Output = D:\01_GIS\U3\Höhenschichten.shp Contour Interval = 10 14

15 Visualisieren in ArcScene Das TIN der Pyramide sieht in ArcMap etwas flach aus. Nutzen wir eine weitere Funktion von ARCGIS: ArcScene Das zweite Symbol ganz rechts öffnet das Visualisierungsprogramm ArcScene: In das neue Programm fügen wir unsere TIN-Pyramide ein. Dazu zwei Möglichkeiten: 1. Copy und Paste a) in Arc Map mit einem Rechtsklick auf den Layer Pyramide Copy wählen b) in Arc Scene mit Rechtsklick auf Scene Layer Paste Layer 2. Über den Button können Layer in ArcScene geladen werden (analog wie in ArcMap) Den Layer 3dPolygon in ArcScene laden: Hier verhält es sich anders wie beim TIN: Das TIN ist ein echter 3d Datensatz. Das Polygon nicht. Es wird standardmäßig auf 0 Meter Höhe gesetzt. Also 60 m unter der Pyramide... Rechtsklick auf den Layer 3dPolygon Properties. Im Reiter BASE HIGHTS auf das Taschenrechnersymbol klicken und das Feld [z] wählen. Damit weiß ArcScene: Aha, die Höheninformationen sind im Attributfeld z zu finden. 15

16 Die Layer 1. Isolinien 2. 3dLinien 3. 3dPunkte ebenfalls in ArcScene einfügen und Base Hight = [z] zuweisen ACHTUNG: Der Layer ISOLINIEN hat kein z-attribut: Hier CONTOUR verwenden! Bei der Darstellung der Grundwasser-Schichtenlinien erscheinen diese fast eben. Der Höhenunterschied beträgt ja auch nur 8 m. Bei sehr flachen Datensätzen kann durch eine überhöhte Darstellung ein räumlicher Eindruck erzeugt werden. Die Scene - Eigenschaften erreichen wir über Rechtsklick auf Scene Layers SceneProperties In den generellen Einstellungen kann eine Überhöhung angegeben werden, die für alle dargestellten Daten gleichermaßen gilt: Darstellung bei 10-facher Überhöhung. 16

17 Im Reiter Illumination kann zudem noch die Beleuchtungsquelle und der Kontrast verändert werden. 17

18 Aufgabe und Leistungsnachweis Es ist das Orthofoto der Cheopspyramide (Bild.jpg) auf die digitalisierte Pyramide in ArcMap zu referenzieren und in ArcScene räumlich darzustellen. Ein oder mehrere Screenshots an mit Name(n) und Matrikelnummer(n) der Bearbeiter, im Betreff Pyramide dient als Nachweis. Viel Spass! TIPP: Siehe Übung 2: Ab wie vielen Referenzpunkten können höhere Polynome beim Georeferenzieren verwendet werden? 18

19 Zusatzinfo TIN TIN Triangulated Irregular Network Unregelmäßiges Dreiecksnetz. Dabei werden Flächen in der Art aufgebaut, dass aus jeweils drei benachbarten Punkten dreieckige Teilflächen gebildet werden. So können Flächen lückenlos dargestellt werden. Als Beispiel eine Spirale, die sich durch Bruchflächen des Leopoldsdorfer Bruchsystems dreht (beides Tin-Flächen) und unten Teile der Beckenbasis des Wiener Beckens. Je dichter die Datenpunkte liegen, je feiner werden die Dreiecke aufgelöst und treten kaum bei der Visualisierung in Erscheinung (Bild mit der Spirale). TIN s werden aus Vektordaten gebildet, die entweder als 3D Datenpunkte/Linien/Polygone vorliegen oder die ein Attributfeld mit einer Höheninformationen besitzen (siehe Übung). Das Tin selbst ist ein 3D-Vektordatensatz, der in der Regel durch 3D beschleunigte Grafikkarten (heute alle) sehr performant dargestellt wird. Außerdem lassen sich basierend auf TIN Geometrien in ArcGIS einfach Volumen, Oberflächen und Neigungswinkel bestimmen bzw. errechnen. ArcGis verwendet dabei die Delaunay-Triangulation von einem Datenpunkt zu den nächstgelegenen beiden Nachbarpunkten (Abb. in der Mitte). Java-Applet zur Triangulation: Online Dokumentation ArcGIS10: Grundlagen zur TIN-Triangulation in ArcGIS unter 19