ArcGIS制图之阴影效果的表达与运用
一、运用制图表达进行投影表达
在专题图的制作过程中，经常需要将目标区域从底图中进行突显，运用制图表达制作图层投影可以较好地实现这一目的。具体步骤如下：
1.将目标图层存储于数据库中并加载至窗口（shapefile格式数据无法支持制图表达的转换与存储）；
2.右键图层-“将符号系统转换为制图表达”；
3.单击“转换”，在内容列表中即生成一个名为“示例_Rep”的制图表达图层，将该图层放置在原始图层下方；
4.双击“示例_Rep”打开其属性窗口，点击“+”号添加“移动”几何效果；
5.设置移动距离与颜色，完成单色阴影效果；
单色阴影效果示例
6.更进一步，可将单色阴影调整为渐变模式，并调整色带与相关参数，形成渐变阴影效果。
渐变阴影效果示例
与其他制图软件相似，ArcGIS制图表达是基于源数据的一种显示规则，其优点是会随着源数据的变化而变化，但在微观尺度上，也存在着无法准确表达建筑阴影的问题，因此，下面介绍另一种在ArcGIS中表达阴影的方法。
二、利用要素折点构建阴影图层
原理如下，通过要素偏移，构建与原始要素折点的连接线，从而形成阴影矢量图层。
1.准备建筑矢量图层并加载至窗口；
2.使用“数据管理工具-要素-要素折点转点”将面要素转换为折点要素，并在属性表中给每个点进行编号赋值；
3.打开编辑器，选中折点进行复制粘贴后，将其进行移动；
4.使用“数据管理工具-要素-点集转线”分两次将点集转为建筑轮廓及其连接线，两次参数设置分别如下；
5.使用“数据管理工具-要素-要素转面”将折线转换为面要素后，放置在原始图层下方，形成矢量化建筑阴影。
构建建筑矢量阴影的过程较为繁琐，但通过模型构建器（ModelBuilder）可将其串联形成个性化的模型工具，从而极大地简化这一流程。与其他软件相比，本方法形成的建筑阴影为矢量图形，不会随图形的缩放而失真，且在存储与读取方面也具有显著优势。
三、阴影效果的进阶运用
1、真实阴影的表达
在利用要素折点构建阴影图层的方法中，我们可以引入太阳方位角和太阳高度角公式，模拟特定时刻下特定位置的建筑阴影，计算公式如下所示：
1.太阳高度角计算公式：
sinhs=sinφ·sinδ+cosφ·cosδ·cosΩ
2.太阳方位角计算公式：
cosAs= sinhs·sinφ-sinδ/(coshs·cosφ)
3.阴影横坐标偏移量：
x=H·cosAs/tanhs
4.阴影纵坐标偏移量：
y= H·sinAs/tanhs
式中：hs-太阳高度角；φ-地理纬度；δ-⾚纬；Ω-时角；As-太阳方位角；H-建筑高度；x-阴影横坐标偏移量；y-阴影纵坐标偏移量。
通过以上公式进行计算，可以模拟出任意时段任意地点的实际阴影效果，如下图所示：
在此基础上，一方面可以在时间滑块中将阴影设置为实时模式，阴影将跟随当前系统时间显示为对应的阴影形式，再通过ArcGIS online进行发布便可以实现在线地图的实时阴影变化；另一方面，也可以缩短计算时间间隔来生成更为频繁的阴影变化，从而进行日照分析，这与湘源控规等软件的日照分析工具采用了相同的逻辑。
2、复杂表面的阴影构建
上述阴影的构建，适用于平面地表的阴影模拟并构建其矢量图形，但在实际项目中，往往需要考虑到地形起伏、屋顶阴影等多种状况，这里提供一种栅格化阴影的计算思路：
使用面转栅格工具，将建筑矢量图层转为栅格：
2.使用“栅格计算器”或“镶嵌至新栅格”工具将建筑栅格与地形栅格进行叠加；
3.通过山体阴影工具计算阴影，该步骤可叠加上述太阳高度角、太阳方位角计算公式，如图为2021年冬至日上午10点某建筑群阴影。
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