Визуализация батиметрии в 2D

Основой картографирования рельефа зачастую является цифровая модель рельефа (ЦМР). Это растровые данные, где каждый пиксел представляет высоту выше или ниже уровня моря. Вы начнете работу с ЦМР каньона Норфолк и создадите некоторые производные продукты на его основе, чтобы показать рельеф разными способами. Вы также сделаете ряд измерений каньона, чтобы включить их в свой отчет.

Создание отмывки

Типовым способом отобразить рельеф как на суше, так и под водой является отмывка. Вы начнете свое изучение каньона Норфолк с создания отмывки. Это даст более натуралистичное представление батиметрии.

  1. Скачайте файл Visualize Bathymetry .zip и распакуйте его в папку на своем компьютере, например, на ваш диск C.
  2. Откройте распакованную папку VisualizeBathymetry и дважды щелкните VisualizeBathymetry.aprx, чтобы открыть проект в ArcGIS Pro.

    Файл проекта VisualizeBathymetry

  3. Если будет предложено, войдите под учетной записью ArcGIS.
    Примечание:

    Если у вас нет доступа к ArcGIS Pro или учетной записи организации ArcGIS, см. варианты доступа к программному обеспечению.

    Появится карта, содержащая ЦМР, покрывающую часть материкового шельфа к востоку от Вирджинии. Мелководные участки показаны белым цветом, а глубокие — черным.

    Примечание:

    Данные для этой карты предоставлены National Centers for Environmental Information (NCEI), которая является подразделением The National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Об исходном наборе данных можно прочитать в статье U.S. Coastal Relief Model Vol.2 – Southeast Atlantic, а о том, какие в него были внесены изменения - на странице элемента.

    Эти данные также изучаются в уроке Поиск океанических батиметрических данных.

    Данные ЦМР можно использовать для создания разных вариантов визуализации, представляющих разные аспекты океанического дна. Вы начнете с создания отмывки.

  4. Щелкните вкладку Анализ на ленте. В группе Растр щелкните Функции растра.

    Кнопка Функции растра

    Появится панель Функции растра. Функции растра – более быстрая и более легкая альтернатива инструментам геообработки растров.

  5. Пролистайте вниз до панели Функции растра и разверните группу Поверхность. Щелкните Отмывка.

    Функция растра Отмывка

    Отмывка - это картографическая техника, которая имитирует то, как солнце подсвечивает некоторые склона, тогда как другие остаются в тени. Это придает ландшафтам эффект трехмерности, аналогичный тому, как они могли вы выглядеть из иллюминатора самолета. Хотя морское дно и не получает достаточного количества солнечного света, чтобы тот же эффект был виден в реальном мире, это все же полезный метод визуализации, помогающий отображать батиметрию на картах.

  6. На панели Функции растра для Растра выберите Atlantic_DEM.tif.

    Свойства отмывки

  7. Примите значения по умолчанию для всех остальных параметров и щелкните Создать новый слой.

    На карте появляется новый слой. Теперь материковый склон и все его каньоны выглядят как трехмерные.

    Слой Отмывки на карте

    Этот слой является представлением, а не новым набором данных. Он ссылается на данные из слоя Atlantic_DEM.tif. Функции растра создают представления в памяти, а не дублируют данные.

  8. На панели Содержание снимите отметку рядом с Hillshade_Atlantic_DEM.tif, чтобы отключить слой.
  9. На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Навигация щелкните Закладки и затем щелкните закладку Norfolk Canyon.

    Закладка Norfolk Canyon

    Карта приблизится к каньону.

    Отмывка каньона Норфолк

    Эта отмывка облегчает просмотр стенок и дна каньона.

Создание карт изолиний и уклонов

Отмывка - это не единственный способ визуализации рельефа на картах. Разные варианты визуализации могут раскрывать данные по-разному. Далее вы создадите изолинии и карту уклонов для изучаемой области, а затем используете их для лучшего знакомства с каньоном Норфолк.

  1. Открыть панель Функции растра. В группе Поверхность щелкните Изолинии.

    Изолинии - это еще один картографический способ представления рельефа. Это линии, представляющие области с одинаковой высотой. Чем ближе изолинии находятся друг к другу, тем круче рельеф в этом месте. Чем они дальше, тем медленнее происходит изменение высоты.

  2. Для Растра выберите Atlantic_DEM.tif. Оставьте все остальные параметры заданными по умолчанию.

    Свойства изолиний

  3. Щелкните Создать новый слой.

    Изолинии появятся на карте.

    Изолинии на карте

    Вопрос 1: как вы опишете явление, показанное изолиниями? Что это может сказать об этой части океана?

    Примечание:

    Ответы приведены в конце урока.

    Изолинии могут говорить об уклоне, но вы можете точнее передать крутизну рельефа с помощью растровой функции Уклон.

  4. На панели Функции растра в группе Поверхность щелкните Уклон.
  5. Для ЦМР выберите Atlantic_DEM.tif. Оставьте остальные параметры с настройками по умолчанию.

    Свойства уклона

  6. Щелкните Создать новый слой.

    Слой уклонов показывает плоские области черным, а крутые - белым.

    Карта уклонов каньона Норфолк

    Крутые области увидеть сложно, поэтому вы измените цветовую схему.

  7. Закройте панель Функции растра.
  8. На панели Содержание в разделе Slope_Atlantic_DEM.tif щелкните цветовую схему правой кнопкой мыши.

    Цветовая схема на панели Содержание

  9. Щелкните меню цветовой схемы и выберите Голубой - Фиолетовый. (Наведите курсор на цветовую схему, чтобы прочитать название.)

    Цветовая схема для уклонов на панели Содержание

    Карта изменится. Самые крутые области будут показаны темно-синим цветом.

    Карта уклонов в сине-фиолетовых оттенках

    Вопрос 2: Где находятся самые крутые территории в изучаемой вами области?

Измерения каньона

Далее вы выполните некоторые измерения каньона. Вы измерите ширину каньона от края до края, а также ширину его дна.

  1. На ленте, щелкните Карта в группе Навигация щёлкните закладку Измерение.
    Измерьте закладку на ленте

    Карта приблизится к части каньона на материковом склоне, которая является относительно прямой.

    Часть дна каньона на карте

    Светло-голубые области представляют плоский рельеф. Толстая изогнутая светло-голубая линия посередине — это дно каньона, а тонкие светло-голубые линии по обеим сторонам представляют края каньона.

  2. На панели Содержание перетащите слой Hillshade_Atlantic_DEM.tif выше слоя Slope_Atlantic_DEM.tif.

    Слой Hillshade размещен над слоем Slope

  3. Включите и отключите слой отмывки, чтобы сравнить его со слоем уклонов.

    Сравнение слоев уклона и отмывки

  4. Когда вы посчитаете, что точно поняли, где находятся дно и края каньона, отключите слой отмывки.
  5. При необходимости вернитесь к закладке Measure.
  6. На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Запрос щелкните нижнюю часть инструмента Измерить и затем Измерить расстояние .

    Инструмент Измерить расстояние

  7. В окне Измерить расстояние убедитесь, что первое меню задано как Геодезический, а второе - как Метры.

    Геодезические измерения учитывают кривизну Земли.

    Инструмент Измерить расстояние задан как Геодезический, Метры

  8. Щелкните северный край каньона вдоль его прямой части. Дважды щелкните южный край каньона, чтобы измерить расстояние вдоль него.

    Измерение ширины каньона

    Ширина каньона показана в окне Измерить расстояние в разделе Сумма. Ширина в этой области варьируется от 3000 до 3700 метров.

  9. В окне Измерить расстояние щелкните кнопку Очистить результаты.

    Кнопка Очистить результаты в инструменте Измерить расстояние

  10. Измерьте ширину дна каньона в той же области.

    Вопрос 3: Насколько широко дно Норфолкского каньона?

  11. Закройте окно Измерить расстояние.
  12. На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Навигация щелкните нижнюю половину инструмента Исследовать. Щелкните Выбранные на панели содержания.

    Инструмент Исследовать с опцией Выбранные на панели содержания

    Обычно инструмент Исследовать показывает всплывающее окно для самого верхнего видимого слоя. Сейчас он будет показывать всплывающее окно для любого выбранного вами слоя.

  13. На панели Содержание выберите слое Atlantic_DEM.tif.
  14. Щелкните на карте северный край каньона.

    Всплывающее окно для области северного края каньона

    Stretch.Pixel Value показывает значение между -1,200 и -1,100. Поскольку этот слой является ЦМР, это значение показывает высоту. Однако вы до сих пор не знаете, в каких единицах измерения представлено это значение. Вы можете узнать это в окне свойств слоя.

  15. На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши Atlantic_DEM.tif и затем Свойства.
  16. В окне Свойства слоя щёлкните вкладку Источник. При необходимости разверните раздел Источник данных.

    В значении Вертикальные единицы измерения указаны метры.

    Вертикальные единицы измерения в окне Свойства слоя

  17. Закройте окно Свойства слоя.

    Всплывающее окно показывает, что край каньона в этой области находится на глубине более 1100 метров ниже уровня моря.

  18. Изучите высоту дна каньона.

    Вопрос 4: Каково изменение высоты (вертикальный рельеф) между верхней границей каньона и его дном в этой области?

    Отвесные стены и разная глубина океанических каньонов создают разнообразный физический ландшафт, где многие типы среды обитания сосредоточены на относительно небольшой территории. Этот и другие факторы способствуют большому разнообразию жизни в океане и делают каньоны, в том числе каньон Норфолк, биологическими горячими точками.

  19. Закройте всплывающее окно. На Панели инструментов быстрого доступа щелкните кнопку Сохранить проект.

    Кнопка Сохранить проект на панели инструментов быстрого доступа

    Примечание:

    Если откроется окно Проект ArcGIS. Щелкните Да, чтобы продолжить.

Вы визуализировали батиметрию каньона Норфолк с помощью разных техник, а также провели ряд измерений.


Визуализация батиметрии в 3D

Каньон Норфолк — это область с удивительным биоразнообразием, значительно отличающаяся по своему богатству от окрестных территорий. Здесь обитают глубоководные кораллы, губки, крабы, анемоны и многие виды рыб. Каньон служит естественным переходом от мелководья континентального шельфа к глубоководной бездне, поэтому мигрирующие дикие животные, океанические течения и органические вещества проходят через эту относительно узкую часть моря. Каньон с его крутыми скалистыми склонами, мягким дном и различной глубиной также способствует поддержанию биоразнообразия, поскольку представляет широкий спектр типов среды обитания, сосредоточенных на относительно небольшой площади.

Примечание:

Подробнее об экосистемах каньона см. в статье Mid-Atlantic Deepwater Canyons.

Фото и видео океанических каньонов могут охватить только небольшую территорию за раз. Чтобы охватить весь каньон целиком, под водой недостаточно света. Далее вы создадите трехмерную визуализацию и анимацию, которая может показать весь каньон целиком и продемонстрировать, какое важное влияние оказывает рельеф на океаническую экосистему.

Визуализация каньона Норфолк 3D

В первую очередь вы конвертируете свою 2D-карту в 3D-сцену. Вы настроите поверхность высот и вертикальное вытягивание, чтобы наилучшим образом показать каньон Норфорк.

  1. Щелкните вкладку Вид на ленте. В группе Вид щелкните Конвертировать и выберите В глобальную сцену.

    Конвертация в глобальную сцену

    Появится новый вид под названием Map_3D. 3D-карты называются сценами.

  2. На панели Содержание отключите все слои, кроме Hillshade_Atlantic_DEM.tif, Atlantic_DEM.tif, World Ocean Base и WorldElevation3D/Terrain3D.

    Слои на панели Содержание

  3. Используйте перемещение и масштабирование, чтобы изучить сцену.
  4. В нижней части вида сцены щелкните кнопку Отобразить полное управление, чтобы развернуть инструменты управления сценой. Перетащите кружок в середину элемента управления, чтобы наклонить сцену.

    Элемент управления сценой

    Подсказка:

    Либо вы можете использовать среднюю кнопку мыши, чтобы наклонить сцену. Подробнее о навигации в 3D в сценах см. в статье Навигация в 3D.

    Несмотря на то, что сцену можно изучать в трех измерениях, данные пока не выглядят трехмерными.

  5. На панели Содержание нажмите клавишу Ctrl и щелкните на стрелку рядом с любым из слоев.

    Содержание всех слоев свернется, так что работать с панелью Содержание станет проще.

    Разверните стрелку рядом со слоем отмывка

    У сцен есть три категории слоев на панели Содержание: 3D слои, 2D слои и Поверхности высот. Все слои с 2D-карты сейчас перечислены в категории 2D слои. Они отображаются с драпировкой по земной поверхности карты. Этот эффект можно сравнить с тем, как если бы кадры с проектора накладывались на трехмерные поверхности.

    Вы приблизитесь к другой части мира, чтобы лучше ее изучить.

  6. Приблизьтесь к закладке Aleutian Islands.
  7. Используйте функции масштабирования, перемещения и наклона, чтобы рассмотреть результат.

    Территория суши представлена как трехмерная и она поднимается над уровнем моря, но океаны представлены плоскими объектами. Любое оформление глубин основывается на цветах и текстурах базовой карты.

    Алеутские острова

    В слое Поверхности высот поверхность Земля определяет поверхности Земли, показанную в сцене. Существующий слой поверхности Земли WorldElevation3D/Terrain3D, подготовленный Esri, предназначен для картографирования суши. Он показывает океан как плоскую поверхность, поэтом он не подходит для изучения батиметрии. Однако у вас в проекте есть другие данные, которые могли бы его заменить.

  8. На панели Содержание щелкните правой кнопкой Atlantic_DEM.tif и затем Приблизить к слою.
  9. На панели Содержание перетащите слой Atlantic_DEM.tif в категорию слоев Поверхности высот. Разместите его под слоем Земля и над слоем WorldElevation3D/Terrain3D.

    Слой Atlantic_DEM.tif перенесен в категорию слоев Поверхности высот

    Теперь в ЦМР представлены значения высот, необходимые для картографирования вашей изучаемой области в 3D. Все слои в категории 2D слои теперь натянуты поверх ЦМР, а не поверхности по умолчанию. Может сложиться ощущение, что они вырезаны из плоской поверхности океана.

    Подводная область в сцене

  10. Используйте функции масштабирования, перемещения и наклона, чтобы рассмотреть сцену.

    Иногда, особенно при просмотре очень больших территорий, трехмерная визуализация выглядит лучше при применении вытягивания.

  11. На панели Содержание в разделе Поверхности высот щелкните Земля.
  12. На ленте щелкните на вкладку Слой поверхности высот. В группе Рисование измените Вертикальное преувеличение на 3.00.

    Вертикальное преувеличение задано на 3

    Каньоны материкового склона теперь более выражены. Аналогично эффекту отмывки вертикальное преувеличение упрощает интерпретацию рельефа.

  13. Изучите каньон Норфолк с учетом вытягивания рельефа.

    Каньон с опцией вытягивания

    Примечание:

    Подробнее о визуализации рельефа в 3D-сценах см. в статье Работа с поверхностями высот.

Изучение с помощью профилей рельефа

Ранее вы измерили ширину и изменения в высоте каньона. Далее вы визуализируете и более подробно изучите эти измерения с помощью графика профиля рельефа.

  1. Приблизьтесь к закладке Измерить.
  2. Щелкните вкладку Анализ на ленте. В группе Рабочие процессы щелкните Исследовательский 3D анализ и выберите Профиль рельефа.

    Инструмент Профиль рельефа

  3. Нарисуйте на карте линию через каньон, протяженную от края до края. Дважды щелкните для завершения линии.

    Профиль рельефа, пересекающий каньон

    Появится окно Профиль высот, на котором будут показаны измерения по высоте между двумя точками.

    Примечание:

    Вы можете переключать единицы измерения на панели Исследовательский анализ.

  4. Для навигации нажмите клавишу C. Переместитесь и наклоните сцену, чтобы посмотреть линию высот под углом.
  5. Наведите указатель на график.

    На графике появятся значения высот для конкретной точки, а соответствующая локация будет подсвечена в сцене.

    Примечание:

    Маркер, обозначающий соответствующее местоположение в сцене, может не отображаться. Это известная ошибка в ArcGIS Pro 3.3, которая возникает, когда к сцене применяется вертикальное преувеличение. В качестве обходного решения измените значение Вертикального преувеличения на 1, маркер будет отображен.

    Профиль рельефа с подсвеченной точкой

  6. На карте перетащите направляющие линии, чтобы выполнить измерения вдоль дна каньона.

    Профиль высот дна каньона

  7. Установите направляющие таким образом, чтобы посмотреть профили высот для любых других частей каньона.

    Вопрос 5: Как изменяется глубина каньона Норфолк с востока на запад?

  8. Закройте окно Профиль высот и панель Исследовательский анализ.

Изменение цвета сцены

Вы создадите трехмерную анимацию каньона Норфолк, которой поделитесь с остальными. Сначала вы измените его цвет на синий, чтобы создать визуальный эффект того, что ландшафт находится под водой.

  1. На панели Содержание отключите слой World Ocean Base. Включите слой Slope_Atlantic_DEM.tif.
  2. Перетащите слой уклонов над слоем с отмывкой.

    Для настройки цветового решения сцены вы будете использовать слой уклонов.

  3. Убедитесь, что выбран слой Slope_Atlantic_DEM.tif. Щелкните на ленте вкладку Растровый слой. В группе Эффекты для Смешения слоев выберите Мягкий свет.

    Смешение слоев задано как Мягкий свет

    Цвета слоя уклонов теперь смешиваются с отмывкой. Вы измените цветовую схему на более синюю и менее зеленую.

  4. На панели Содержание разверните слой Slope_Atlantic_DEM.tif и щелкните правой кнопкой мыши на его цветовой схеме. Щелкните меню цветовой схемы и отметьте Показать все.
  5. Пролистайте список цветовой схемы вниз. Найдите Желто-зелено-синюю (Плавный переход) цветовую схему.

    Желто-зелено-синяя (плавный переход) цветовая схема

  6. Снова щелкните на цветовой схеме правой кнопкой мыши и щелкните кнопку Обратить цветовую схему. Щелкните за пределами окна цветовой схемы, чтобы подтвердить изменения.

    Кнопка Обратить цветовую схему

    Новая цветовая схема придаст сцене эффект под водой.

    Сцена в синих оттенках

Создание трехмерной анимации каньона Норфолк

Визуализировать океаническое дно в 3D может быть сложно в виде единого изображения. Анимации позволяют вам показывать территорию с разных перспектив и дают более обзорное представление. Далее вы создадите анимацию пролета через каньон Норфолк и экспортируете ее в видео. Ниже приведен пример видео, созданного на основе пошаговой инструкции.

Анимация

  1. Щелкните вкладку Вид на ленте. В группе Анимация щелкните Добавить.

    Кнопка Добавить анимацию

    Под картой появится панель Временная шкала анимации.

  2. Уменьшите масштаб, чтобы видеть целиком слой Hillshade_Atlantic DEM.

    Это может быть первым кадром видео.

  3. На панели Временная шкала анимации щелкните Создать первый ключевой кадр.

    Новый ключевой кадр анимации появится под Галереей ключевых кадров с изображением образца стартового кадра.

  4. Выполните навигацию по сцене, чтобы получить вид изнутри каньона вблизи его восточного окончания.

    Восточная часть каньона

  5. На панели Временная шкала анимации щелкните кнопку Присоединить следующий ключевой кадр.

    Кнопка Присоединить следующий ключевой кадр

  6. Пройдите по каньону по направлению к его устью, захватывая по мере продвижения ключевые кадры. Всего этих ключевых кадров должно быть не больше 10.
  7. Отдалитесь, чтобы был виден каньон целиком и снимите последний ключевой кадр.

    Временная шкала с ключевыми кадрами

    Далее вы зададите длину для всего видео - 30 секунд.

  8. На ленте щелкните вкладку Анимация. В группе Воспроизведение измените Продолжительность на 00:30.000.

    Продолжительность задана как 30 секунд

  9. Щелкните кнопку Воспроизвести, чтобы просмотреть анимацию.

    Может показаться, что рельеф отображается с задержкой по мере воспроизведения анимации, но этот эффект не будет заметен в итоговом экспортированном видео.

    Далее вы измените свою анимацию, переместив один из ключевых кадров.

  10. В разделе Галерея ключевых кадров дважды щелкните на одном из ключевых кадров.

    Сцена приблизится к местоположению ключевого кадра. Ключевой кадр должен быть подсвечен, это говорит о том, что он выбран.

  11. Выполните навигацию по сцене, чтобы изменить ее вид. На панели Временная шкала анимации щёлкните Обновить.

    Кнопка Обновление

  12. На панели инструментов временной шкалы щелкните кнопку Вернуть проигрывание к началу анимации и затем щелкните Воспроизвести, чтобы посмотреть изменения в анимации.

    Кнопки Вернуть проигрывание к началу анимации и Воспроизвести

  13. При необходимости обновите дополнительные ключевые кадры.

    Когда вы будете удовлетворены полученным результатом, вы можете экспортировать его как видео.

  14. На ленте во вкладке Анимация в группе Экспорт щёлкните Экспорт видеоролика.

    Кнопка Экспорт видеоролика

  15. На панели Экспорт видеоролика в разделе Предварительные установки экспорта видеоролика щелкните Черновик.
  16. Для Имени файла щелкните кнопку Обзор. в окне Расположение файла анимации в разделе Проект разверните Папки и выберите VisualizeBathymetry.

    Папка VisualizeBathymetry

    Это папка, которую вы разархивировали в начале этого урока.

  17. Для Имени введите Norfolk_Canyon. Щелкните Все файлы и выберите MPEG4 (*.mp4). Щелкните Сохранить.
  18. На панели Экспорт видеоролика примите все остальные настройки по умолчанию.

    Имя файла задано как C:\VisualizeBathymetry\NorfolkCanyon.mp4

  19. Щелкните Экспорт. Когда экспорт будет завершен, щелкните ссылку Воспроизвести видео.
    Примечание:

    Дополнительно можно экспортировать видео в шаблонах HD720 или GIF, чтобы получить результат более высокого качества. Экспорт видео в этих шаблонах может занять продолжительное время. Вы можете продолжить использовать ArcGIS Pro для других задач, но не закрывайте панель Экспорт видеоролика или ArcGIS Pro.

  20. На панели инструментов быстрого доступа нажмите кнопку Сохранить.

В этом уроке вы изучили техники визуализации батиметрии в 2D-картах и 3D-сценах. Вы узнали, как создавать отмывки, изолинии (изобаты), карты уклонов и анимации на основе ЦМР, а также как измерять расстояния и высоты с учетом рельефа. Вы также узнали об океанических каньонах, в частности, о каньоне Норфолк. Подробнее об океанических каньонах и обзорных картах, аналогичных тем, что вы сделали в этом уроке, в истории: Large Submarine Canyons of the United States Outer Continental Shelf.

Вы можете найти больше учебных пособий в галерее учебных пособий.

Ответы

  1. Как вы опишете явление, показанное изолиниями? Что это может сказать об этой части океана?

    Практически все линии проходят вдоль материкового склона и к востоку от него. Это говорит о том, что материковый шельф очень плоский, а материковый склон очень крутой, такое сочетание формирует мощную транзитную зону между двумя частями океана.

  2. Где находятся самые крутые территории в изучаемой вами области?

    Самые крутые области находятся вдоль сторон каньона Норфолк и других каньонов к северу от него.

  3. Насколько широко дно Норфолкского каньона?

    Дно каньона варьируется между 200 и 400 метрами.

  4. Каково изменение высоты (вертикальный рельеф) между верхней границей каньона и его дном в этой области?

    Изменения высоты между подножием и верхней стенкой каньона варьируется от 350 до 400 метров. Щелкните в части плоского дна каньона и посмотрите на значение Stretch.Pixel Value во всплывающем окне. Вычтите глубину верхней части каньона из глубины его подножия, чтобы узнать разницу.

  5. Как изменяется глубина каньона Норфолк с востока на запад?

    Дно каньона переходит от мелководья на западе (350 метров ниже уровня моря) к глубоководья на востоке (2550 метров ниже уровня моря). Этот переход постепенный и плавный вдоль всего дна.