制图工具（7）建筑物立体效果实现

先看效果：

一、需求背景

我们知道，在完成地图模板的制作后，还有很多优化的工作需要处理，优化的内容一般是提升地图的美观，提高数据的表达维度，平衡多个要素之间的突出程度，以实现图面的整洁美观，酷炫突出制图主题，更容易提取地图信息，使得制图效果更加赏心悦目。

制图中，居民地图层在二维地图制图中立体效果的呈现，是非常有必要和难实现的一个优化内容。

二、常见的建筑物制图效果优化方案

用于解决在二维地图中，建筑物呈现立体效果的方案，主要有建筑物面转制图表达后整体偏移和快速制图插件中“生成立体楼块”的整体偏移。

2.1 使用制图表达

利用制图表达为二维建筑物创建立体效果，是通过建筑物整体偏移一定的距离实现的，其缺点是，不能按建筑物层高进行拉伸，不能解决建筑物侧面，当底图显示比例尺较大时，没法展示建筑物边界细节和建筑物间的相互关系，如下图：

2.2 生成立体楼块插件

使用“生成立体楼块”插件，其原理是通过计算偏移面与原面状数据的位置，生成闭合的包络线，对生成的闭合部分进行重新构面，给予灰度值较高值，达到立体效果。此功能与制图表达的面偏移不同，是生成了实际的辅助数据，不论是性能、显示效果还是在不同比例尺下显示都比制图表达优胜。

但是仍然不能解决按建筑物层高进行拉伸的效果，也不能处理较为复杂的数据关系，如大比例尺（如1：1000地形图数据中的建筑物）中建筑物的阳台、廊檐、高层建筑物之间的相互遮挡问题，如下图：

三、创建建筑物2.5D效果工具

工具用于解决在二维地图中，建筑物呈现立体效果的需求。

其难点在于建筑物按层高拉伸后，由近及远的查看建筑物群，从视觉上就出现了高低错落，前后遮挡的效果，而建筑物拉伸后生成的建筑物顶面，建筑物侧面之间压盖或遮挡问题的在二维平面上处理，是非常困难的。

在处理压盖或遮挡时，统一的认知是，高层压盖底层，前排遮挡后排，但建筑物中类似廊檐，环形等几何图形跨越多个其它建筑物的特殊情况，与其他几何图形无法简单的判断出前后、左右的相对位置关系。如上图所示，高亮的部分为廊檐，红色标注1的楼块视觉上位于廊檐后排，数据处理时，应使用廊檐的楼块去擦除红色标注为1的楼块，同理，用红色标注为2和3的楼块去擦除廊檐的楼块。这在视觉上是很容易判断并得出结论的，但对于代码而言，需要找到指标来判断楼块之间的前后、左右关系，这是一个很难的事，因为无论你用几何中心点或者几何Y 轴最小坐标值来比对建筑物之间的位置关系，都存在矛盾的地方。本工具算法中，通过判断轮廓面与顶面Union 后生成的面中是否与“L 线”相交，即生成的面中，与L 线相交的部分舍弃，不与L 相交的部分擦除顶面，来解决上诉矛盾。“L 线”为原始轮廓面的底边, 与轮廓面存在覆盖关系的顶面存在相交关系时，底边相交的部分。

本工具，按建筑物层高对建筑物进行拉伸，然后分别解决建筑物顶面之间相互压盖的问题，解决建筑物侧面之间的相互遮挡问题，解决建筑物顶面建筑物侧面之间的相互遮挡问题，输出建筑物顶面和建筑物侧面两个图层。

支持指定太阳方位角，太阳高度角对建筑物面处理，输出建筑物顶面和建筑物侧面两个图层。建筑物顶面仅保留建筑物的层高属性，而建筑物侧面则计算每个面与太阳照射方向的夹角，后续可通过系统符号中的“分级色彩”，对不同的角度值指定不同的灰度值或使用色带，实现建筑物立体效果。

创建建筑物2.5D效果工具运行过程：

工具需要建筑物具有层高属性，当没有层高属性时，全部拉伸成相同高度。每个建筑物面都需要解决与周边建筑物面的压盖或遮挡问题，计算量异常的大。建筑物折点越多，四邻关系越复杂，层高值跨度越大，则处理速度越慢。

如下图所示，一个建筑物面的折点多达20个，工具执行初期，生成的建筑物侧面就有20个，后续很多的叠加分析和擦除处理，都指数级的增加了运算量。

工具参数说明：

注意事项：

当数据量较大时，分组计算字段的值对计算性能影响较大，此时，应保证每个分组的数量不易过多，比如不超过20万，且每个分组的建筑物应尽可能分布在一起，同一分组的建筑物面不应该跨越多个区域。否则，输出的结果，会导致临近的建筑物面之间遮挡处理不准确。

工具输出：

要素类（FeatureClass）“{要素类名称}_buildings_originals”，“{要素类名称}_buildings_shadows”，存放在输出目录中的scratch.gdb中。若scratch.gdb不存在，则自动创建，若已存在，不会覆盖其中已有的要素。

buildings_originals表示建筑物拉伸后的建筑物顶面，buildings_shadows表示建筑物拉伸后的建筑物轮廓面。

标签：楼块,顶面,效果,立体,建筑物,层高,制图
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