[老文] QGIS動手做-用套件Qgis2threejs畫3D地形圖

Mar 27, 2017

花費時間 - 約20分鐘 (看下載速度)
達成目標 - 繪製臺灣局部地區3D地形圖(以內政部釋出之20公尺網格為材料)

Mt.jade

前言

3D地形圖? 這種東西用Google Eearth(簡稱GE)看不就好了?

各位看官，事情的確如此。若只是要看大範圍的地形起伏，這的確是最方便的作法。只需要透過簡單的下載與安裝步驟，GE這套軟體馬上就能將3D地形圖快速呈現在您眼前。只不過，在這邊推薦用QGIS安裝套件Qgis2threejs是有理由的:

GE的數值高程(DEM)資料來源有數種，美國地質勘探局(USGS)、使用太空梭雷達的SRTM、又或是美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)的一公里網格，隨著時間推移，新的勘測方法(如光學雷達LiDAR)也不斷投入應用。
不過，雖然部分地區能夠呈現高精度的高程資訊，但GE並非在全球每一處都能做到盡善盡美的3D展示。以台灣來說，要展示各大山脈的起伏相當足夠，但一旦拉近到1Km見方左右的範圍，擅長讀圖的朋友馬上就會發現到-哇!怎麼和常用的經建三等高線圖差這麼多啊!?
相對地，本次教學使用的圖資乃是內政部(簡稱MOI)去年開放的20公尺網格DTM，俗話說靠人不如靠己，要做台灣的3D地形呈現當然還是要靠自家的資料啊!
更棒的是，一群有志的前輩們早就將這份釋出的圖資進行加值，應用於手機登山導航。而我們這次要利用的HGT檔格式，也是由其中一位前輩Rex所轉換的喔!

下面三張圖都標示同一區域(花蓮縣二子溪/初見溪匯流口)，分別是經建三、GE、以及本課會用到的MOI.hgt圖資。

可以發現到，GE的匯流口居然變成高聳的鞍部!而往西邊南二子山的方向也無法呈現等高線圖該有的尺度。比較一下GE和最下面的本課成果，有沒有動力想學了呀?

contrast

步驟一下載圖資

下載Rex Tsai所轉換的各式圖資，本次教學使用HGT格式，所以請右鍵點選HGT這個資料夾，再點選下載。

MOI圖資下載頁面(約46MB)

由於是Google Drive會打包成zip格式的壓縮檔，下載完成後請記得解壓縮，並放到自己記得的路徑中。

Rex Tsai Folder img

步驟二將圖資加入QGIS

在QGIS中，是以Raster Layer的型式來加入剛剛下載的HGT檔喔! 有以下三種方法:

按下Ctrl + Shift + R
點選左方的方格圖示(Add Raster Layer)
在上面選單中依次選擇Layer->Add Layer->Add Raster Layer...

另外，你是不是也注意到解壓縮後有很多副檔名為.hgt的檔案呢?難道我們要把這些全部一起丟進QGIS嗎? 別急! 注意到這些HGT檔的檔名了嗎? 因為單一圖檔太大，所以它們是用經緯度來分割的，每個檔案橫跨一個經度和緯度，檔名的數字則是圖片左下角的座標喔，所以會是下面這樣子的分布:

imgs_parts

所以，端看你想描繪哪個地區的3D地形，再把對應的檔案加入QGIS就好，不用全部一起來啦。

步驟三調整座標系

選取右下角的EPSG:XXXX(OTF)，跳出畫面後，接著在Filter內鍵入3857，選取下方出現的WGS 84 / Pseudo Mercator，接著點選套用、確定即可。

mark EPSG choose 3857 其實也可以使用代碼3826的TWD97，一樣可以正確疊加圖層

上面的步驟是用來改變地圖介面的座標系的，為什麼要這樣做呢? 因為如果座標系使用預設的WGS84(代碼4326)。新加入的高程圖層將無法標示在正確的相對位置，用肉眼即可看到它和其它底圖有所偏差。這牽涉到WGS84(世界大地測量系統)本身定義以及Pseudo-Mercator(偽麥卡托投影)的設計。有興趣的朋友可以在下方參考資料中查看相關說明。

步驟四下載套件

看過前面QGIS入門第三課-加入Google衛星影像的同學一定對新增套件不陌生! 在上方選單選擇Plugin->Manage and Install Plugin...，接著搜尋Qgis2threejs，再下載安裝即可。

install plugin

步驟五使用Qgis2threejs

安裝完成後，應該會在工具列出現新的套件Icon供點選。或者也可以在上方選單Web->Qgis2threejs找到套件。請先將之前加入的HGT檔圖層取消勾選，使之不顯示在地圖上。因為我們產出的3D模型除了高程外，貼圖是使用目前地圖上所顯示的畫面喔! 所以端看你的3D模型想要呈現哪種底圖、航跡或其它哩哩扣扣，現在都把它們顯示在地圖上吧!

tab 1 進入Qgis2threejs的選單後，我們就先來作一些設定啦! 請先將選中左方列表的World，注意一下圖中1~5的項目。

產出的格式，使用預設的3DView(dat-gui).html即可。順便一提File Export.html可以將成果轉檔成各種類型，方便其它軟體進行呈現/修改(例如Win10內建的3D Builder)。
地圖範圍，也就是3D模型的邊界，使用目前地圖介面的呈現範圍。由於無法在這裡作出調整，所以請在打開Qgis2threejs之前先把尺度、位置在地圖介面調到你想要的範圍。
模型尺度/位移，
- Base size: 表示模型大小，由於精細度是由HGT高程檔和目前地圖介面的畫面所決定，選100就很足夠。
- Vertical exaggeration: 將高程誇張化，常用於起伏不明顯的區域，若要呈現實際比例就選1即可。
- Vertical shift: 調整高程，選0即可。
模型座標系，使用目前座標系或是標準的WGS84，產出的模型可以透過點選來顯示座標，所以這邊可以選擇Latitude and longitude (WGS84)。
輸出檔案所在的路徑和檔名，由於輸出後不只一個檔案，所以建議多新增一個資料夾來容納。。再來是左方列表的DEM設定
選取數值高程(DEM)圖層，也就是我們剛剛加入的HGT檔的圖層啦，要注意的是，若圖層範圍不在目前的地圖畫面中，那產出的模型就只是一張平面圖而已喔。
調整DEM，滑桿可調整解析度，請自行試驗其中差異。而若勾Surroundings，就代表要延伸目前的地圖範圍。 Size有3、5、9可以選，也就是以目前地圖範圍為中心格子，再畫出9、25、81宮格的範圍啦! 既然描繪的範圍一下子大了這麼多倍，電腦也會花相應的時間來輸出喔!有沒有了解了呢?

由於圖磚服務在越大尺度下解析度越高，所以建議在作圖時將地圖畫面放大至較小範圍，再配合較大Size值來調整至想輸出的範圍，這樣比較可以兼顧貼圖清晰和較大的模型。

至於Roughening則是調整貼圖的網格大小，數字越大網格越大，同時也會比較失真，當然輸出也會比較快喔。另外的Advanced選項可用於輸出複數解析度的3D模型(越接近中心解析度越高)，有興趣就自己玩玩看吧。
貼圖來源，預設的Map canvas image就是現在的地圖畫面，當然也可以選擇Layer image來只加入特定圖層。至於Image file則可以加入圖片檔，不過因為座標不容易對齊所以還是算了吧…
模型邊界，不影響產出結果，Build sides可在模型四邊的面加入不透明的貼圖，Build frame則是把模型邊線描黑而已。
上面的步驟就是一些比較必要的設定了，完成之後按下Run，套件就會開始輸出成果。依據步驟7的設定有可能1、2秒就完成，也可能花費數分鐘，輸出檔案也從5MB到數百MB都有可能喔。