ArcGIS具有一個能為三維可視化、三維分析以及表面生成提供高級分析功能的擴展模塊“3D Analyst”,可以用它來創建動態三維模型和交互式地圖，從而更好地實現地理數據的可視化和分析模型。
一、ArcGIS三維分析概述
ArcGIS三維分析模塊主要提供了基於表面高程數據的數據三維可視化和三維地理空間分析功能。通過此模塊可創建柵格表面、進行插值、生成TIN和進行表面分析等。
1.三維分析基礎
地理空間系統的三維分析多是在數字高程模型（Digital Elevation Model簡稱DEM）上進行的。
①表面與表面模型
②柵格表面：柵格表面通常存儲在格網（GRID）格式中。格網由一組大小均一、具有z值的矩形單元構成。柵格單元越小，格網表示的空間精度越高。
③TIN表面：不規則三角網（TIN）是表達表面的一種有效方法，它由不規則分布的數據點連成的三角網組成，三角形的形狀和大小取決於不規則分布的觀測點或稱節點的密度和位置。
2.ArcGIS三維分析平台與模塊簡介
使用ArcMap平台可以建立三維數據，包括建立創建和修改TIN數據、插值生成柵格數據等，也可以對數據進行表面查詢、分析以及各種表面積或體積的計算等，還能對數據進行轉換、重分類等等操作。
使用ArcCatalog可以瀏覽並管理三維數據。另外，ArcGIS軟件體系還有兩種平台——ArcScene和ArcGlobe來顯示和表達三維數據或場景。
3.ArcGIS三維分析工具的激活與添加（工具-擴展-勾選3D Analyst）
一般默認情況下，在ArcMap、ArcCatalog和ArcScene中三維擴展分析工具都是出於未激活的狀態。
①激活工具②添加工具
二、三維表面模型的建立
真實的表面是連續變化的，即表面包含無數個點，所以一般情況下，不可能對所有點的z值進行度量和記錄。表面模型允許用戶在GIS對表面信息進行存儲。表面模型通過對表面上不同位置的點進行采樣，進而對采樣點進行插值，對表面進行模擬和近似的擬合，即利用有限目的樣本點來估計未知樣本點的值，從而形成整個表面。
1.柵格表面的創建
一般情況下，不可能對研究區內的每個點的屬性值都進行測量，所以選擇一些離散的樣本點進行測量，通過插值得出未采樣點的值。采樣點可以是隨機選取、分層選取或規則選取，但應該保證這些點代表了區域的總體特征。
①距離權重倒數法：
②樣條函數法
③克里金方法
④自然近鄰法
2.TIN表面的創建
TIN表面一般由矢量數據生成。這些矢量數據可以是點、線、多邊形要素或是混合的數據源。TIN表面的建立可以選擇一個或多個這樣的矢量數據，一般來講，這些要素是要求具有z值的，即要求有類似高度這樣的信息。已經生成的TIN表面也可以繼續加入一些要素或特征，以改變或提高TIN的表面以及精度。
①從要素生成TIN
②向TIN中添加要素
三、表面分析
表面（包含無數點的區域）通常蘊含了豐富的信息。用戶可能會想簡單的了解表面，也可能會對表面上某個感興趣的特定區域進行詳細研究。
1.等高線分析(3D分析-表面分析-等高線)
等高線是地圖學的基本概念：地面上高程相等的相鄰各點連成的閉合曲線稱為等高線。地形圖上相鄰兩條高程不同的等高線之間的高差稱為等高距。等高距越小則圖上等高線越密，地貌顯示就越詳細、確切；等高距越大則圖上等高線就越稀，地貌顯示就越粗略。
2.坡度分析(3D分析-表面分析-坡度)
坡度表示表面上某個位置的最陡的傾斜度。計算坡度時，將對TIN中的每個三角面或柵格中的每個單元進行計算。對於TIN而言，坡度是各個三角面之間最大的高程變化率。對於柵格而言，坡度是每個柵格單元與其相鄰的8個柵格單元中最大的高程變化率。
3.坡向分析
坡向是指坡面的朝向。它表示表面某處最陡的傾斜方向。它可以被認為是山體所面向的坡的方向或指南針的方向。在計算坡向的過程中，對TIN表面的每個三角面或是柵格圖像的每一個像元進行計算。
坡向以度為單位，按逆時針方向從0°——從正北方向——到360°，即繞完一圈以后的正北方向，來度量。坡向圖中的每個柵格單元的值表明此柵格單元所在坡的朝向。水平的坡沒有朝向，被賦值為-1.
4.山影分析
①3D分析-表面分析-山影
②在“坡度”中填寫參數。包括輸入表面、方位、高程 、模擬陰影的選擇、z因子、輸出像素大小和輸出柵格等。如果輸入文件和定義的z單位不同，需要在z因子中輸入不同單位的轉換系數，如果相同則默認為1.
③單擊確定，自動顯示。
5.視域分析
視域分析廣泛應用於GIS的各個方面，可判斷三維表面上某點的可視區域。方法如下：
①3D分析-表面分析-視域
②在“視域”中填寫參數。包括輸入表面、觀察點文件、z因子、輸出像素大小和輸出柵格等。如果輸入文件和定義的z單位不同，需要在z因子中輸入不同單位的轉換系數，如果相同則默認為1.
③單擊確定，自動顯示。
6.填挖分析
填挖分析分為填方和挖方，由設計高程和現狀高程相減而得到。一般結果中，設計高程小於現狀高程的為填方；設計高程大於現狀高程的為挖方。
①3D分析-表面分析-填挖
②在“填挖”中填寫參數。包括填挖前后的表面、、z因子、輸出像素大小和輸出柵格等。如果輸入文件和定義的z單位不同，需要在z因子中輸入不同單位的轉換系數，如果相同則默認為1.
③單擊確定，自動顯示。
7.表面積與體積的計算
表面積是指某一要素能摸到的面的總面積，表面越粗糙，表面積越大。
體積是指物體占有空間的量。
使用表面積與體積統計工具計算二維的面積、表面面積和體積。所有這些統計全都是針對某個參考平面進行的。
表面模型上的某個矩形的面積為其長和寬的乘積。表面面積是沿着表面的坡度進行計算的；考慮了表面高度的變化情況。除非表面為平坦的，表面面積通常要大於其二維的底面積。用戶可以比較二維面積和對應的表面面積的值，了解表面的粗糙度或表面的坡度——兩者的差異越大，表面越粗糙或越陡。
體積指表面與某指定高度的平面之間的空間大小——為地圖單位的立方。
8.創建最陡路徑
最陡路徑的含義是沿着最大的坡度方向從山頂點到山底點路徑。最陡路徑往往是理論上的沿山體的最短路徑。
9.生成通視線
當某人站在某個指點點時，地形表面的形狀對其所能看到的表面范圍有着很大的影響。三維分析允許用戶決定表面上沿視覺瞄准線的點與點之間的可視性，或整個表面上的視線范圍內的表面可視情況。
10.創建剖面圖
剖面圖即斷面，表示沿表面上某條線前進時表面上高程變化的情況。在工程建設特別是交通工程中經常需要提取剖面圖。
四、三維數據的管理與可視化
三維可視化是用於顯示描述和理解地下及地面諸多地質現象特征的一種工具，廣泛的應用於地質和地球物理學的所有領域。
三維可視是描繪和理解模型的一種手段，是數據體的一種表征形式。它能夠利用大量的數據，檢查資料的連續性，辨明資料真偽，發現和提出有用異常，為分析、理解及重復數據提供了有用工具。
對於三維數據的管理，要依靠ArcCatalog數據管理工具。在ArcCatalog中也可以對數據進行復制、移動、重命名和刪除等操作，也可以對數據進行預覽。
1.三維數據在ArcCatalog中管理和預覽
①三維數據的管理
②三維數據預覽
③3D視圖預覽
2.三維數據在ArcMap中的顯示
①三維數據的顯示風格
②三維數據的光照調整
3.三維數據在ArcScene中的顯示
ArcScene是三維分析（3D Analyst）添加的三維可視化應用程序之一。它允許用戶制作具有透視效果的場景，在這個場景中可以對地理信息系統數據進行瀏覽和交互。用戶還可以在表面上疊加柵格和矢量數據，並從矢量數據源創建線、面和體。用戶也可以使用ArcScene中的三維分析工具創建和分析表面。
①ArcScene的用途簡介
②ArcScene中的3D工具
③ArcGIS表面模型（GRID和TIN）的三維顯示
④二維柵格數據的三維顯示
⑤二維矢量數據的柵格顯示
4.三維數據在ArcGlobe中的顯示
ArcGlobe提供在標准計算機硬件上對巨型三維柵格、地形和矢量數據集進行實時漫游和縮放，在此過程中基本不會感覺到速度上的問題。
①ArcGlobe概述
②ArcGlobe啟動與默認設置
③ArcGlobe數據加載與數據瀏覽
5.三維飛行動畫
動畫由一個或多個軌跡組成。軌跡控制着對象屬性（如文檔的背景顏色，圖層的可見性或攝影的位置）的動態變化。軌跡是由一系列的關鍵幀組成。關鍵幀是特定對象屬性在某一時刻的快照。對象可以是場景或者球體，圖層或攝影。
①動畫工具條
②捕獲透視圖創建動畫
③創建畫面幀.
④生成組動畫
⑤沿路徑生成動畫
⑥動畫操作
⑦動畫保存、裝載和輸出
五、三維數據的轉換
1.三維數據的轉換
三維數據的轉換工具在3D分析中，單擊“3D分析”工具欄，選擇“轉換”命令。在轉換中有5種三維數據轉換方法：要素轉變為3D；柵格到要素；柵格轉換到TIN；TIN轉換到柵格；TIN轉換到矢量。
2.二維要素的三維化
①由某一表面獲取要素的高程屬性值
②由要素的某一屬性值作為高程值
③將要素的高程屬性值賦為某一常量
3.表面數據的矢量轉換
步驟如下：①將柵格表面數據轉換成某種特定類別的數據，如高程、坡度和坡向等
②將各類別轉換為多邊形
③將多邊形數據與其他矢量數據一起使用，選擇符合某個標准的區域。
4.TIN數據的矢量轉換
將TIN轉換為矢量要素較簡單。在操作中，可以從TIN表面上直接提取坡度與坡向多邊形，或將TIN的節點高程值提取為點要素類。步驟如下：
①3D分析-轉換-TIN轉換到矢量，彈出“柵TIN轉換到矢量”
②在“輸入的TIN”中選擇TIN及由其三角形頂點提取所得要素。
③在“轉化”中設置進行轉換的類型
④在“輸出要素”指定輸出路徑及文件名
⑤點擊確定完成轉換。