摘要：使用柵格函數(shù)支持直接在前端使用柵格函數(shù)來(lái)重新渲染影像服務(wù)。針對(duì)數(shù)據(jù)在柵格函數(shù)模版編輯器中使用渲染地貌函數(shù)，并且設(shè)計(jì)好結(jié)果的渲染方式。配置柵格函數(shù)模版可以在兩種情況下進(jìn)行。

導(dǎo)讀：ArcGIS從10.0版本開始引用鑲嵌數(shù)據(jù)集，并且第一次在影像中加入柵格函數(shù)（raster functions），使得影像的呈現(xiàn)和信息提取與GIS緊密的結(jié)合起來(lái)，簡(jiǎn)單的影像功能都可以在ArcGIS中實(shí)現(xiàn)（當(dāng)然了，如果是專業(yè)的影像處理，還是建議在ENVI這類專業(yè)的遙感軟件下進(jìn)行）。ArcGIS軟件向來(lái)注重一體化，因此，在桌面軟件ArcMap中實(shí)現(xiàn)的功能都會(huì)逐漸遷移到服務(wù)器中。本文著重從桌面端功能介紹轉(zhuǎn)移到服務(wù)器端及Web開發(fā)，旨在說(shuō)明ArcGIS軟件的柵格函數(shù)技術(shù)路線。 BY 李遠(yuǎn)祥

在ArcMap中可以對(duì)任何影像格式，包括柵格數(shù)據(jù)集、柵格目錄和鑲嵌數(shù)據(jù)集。在菜單欄--【窗口】--【影像分析】中可以調(diào)出影像分析面板，如下圖所示

影像分析面板可以實(shí)現(xiàn)常見的圖像處理功能，如果是熟悉Photoshop等軟件，那就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些非常數(shù)據(jù)的名詞，如對(duì)比度、亮度、透明度、銳化、平滑、交互式拉伸等。但其最大的特色是柵格函數(shù)，隨著每個(gè)版本的更新，柵格函數(shù)會(huì)逐漸增加。

在【影像分析】面板中選中影像數(shù)據(jù)之后，可以找到柵格函數(shù)的入口，包含了非常多的處理函數(shù)，如下圖所示

這些函數(shù)不同于ToolBox工具，Toolbox工具的特點(diǎn)就是每處理完一次都會(huì)生成一個(gè)新的柵格數(shù)據(jù)作為結(jié)果，整個(gè)過(guò)程會(huì)進(jìn)行影像計(jì)算、重采樣等，并占多帶帶占用存儲(chǔ)，一般處理時(shí)間比較長(zhǎng)。柵格函數(shù)的性質(zhì)是動(dòng)態(tài)處理，函數(shù)與柵格數(shù)據(jù)的關(guān)系是引用關(guān)系，有點(diǎn)類似于PS里面的濾鏡。在引用函數(shù)調(diào)用的時(shí)候不會(huì)生成新的數(shù)據(jù)，ArcMap會(huì)根據(jù)函數(shù)的設(shè)定動(dòng)態(tài)對(duì)影像進(jìn)行渲染，而且性能相當(dāng)高。同時(shí)函數(shù)也是可以進(jìn)行相互疊加的。

例如下圖針對(duì)Landsat數(shù)據(jù)進(jìn)行波段提取，提取第四波段?？梢栽跂鸥窈瘮?shù)中直接使用【波段提取函數(shù)】，如下圖

將波段組合設(shè)置為4，結(jié)果即馬上生成一個(gè)動(dòng)態(tài)的渲染圖層，至顯示第四波段數(shù)據(jù)，如下圖所示

如果是DEM數(shù)據(jù)，柵格函數(shù)還支持如坡度、坡向、山體陰影等操作。如下圖就是對(duì)DEM進(jìn)行的山體陰影的操作。

將影像發(fā)布為影像服務(wù)，同樣也支持柵格函數(shù)。影像服務(wù)發(fā)布需要ArcGIS Server 的imageserver 授權(quán)。柵格數(shù)據(jù)集、柵格目錄和鑲嵌數(shù)據(jù)集都支持直接發(fā)布為影像服務(wù)。在ArcMap的目錄中右鍵選擇影像，可以將其發(fā)布成影像服務(wù)，如下圖：

影像服務(wù)的發(fā)布過(guò)程與一般的地圖服務(wù)Mapservice的向?qū)ь愃?，不過(guò)在其服務(wù)設(shè)置方面有自己的特點(diǎn)，如下圖所示：

通過(guò)rest地址訪問(wèn)已發(fā)布的影像服務(wù)，可以看到其影像服務(wù)的功能。其中一項(xiàng)就是柵格函數(shù)

影像服務(wù)的調(diào)用與傳統(tǒng)的mapservice類似，不過(guò)采用的是 ArcGISImageServiceLayer 接口。調(diào)用代碼如下

        var map;
        require([
                    "esri/map",
                    "esri/layers/ArcGISImageServiceLayer",
                    "esri/layers/ImageServiceParameters",
                    "dojo/domReady!"],
                function(Map,ArcGISImageServiceLayer,ImageServiceParameters) {
                    map = new Map("mapDiv");                                                
                    var imgParams = new ImageServiceParameters();
                    imgParams.onData = 0;
                    
                    var layerUrl = "http://localhost:6080/arcgis/rest/services/LC441821/ImageServer";
                    var imageServiceLayer = new ArcGISImageServiceLayer(layerUrl,{
                        imageServiceParameters:imgParams,
                        opacity:0.75
                    });
                    map.addLayer(imageServiceLayer);
                    map.centerAt([113.34, 23.51]);
                });

這里除了使用接口加載影像服務(wù)之外，還使用了ImageServiceParameters 接口去設(shè)置影像服務(wù)的參數(shù)。例如上述代碼使用的 imgParams.onData = 0; 就是設(shè)置影像的onData 。

ImageServiceParameters 是非常重要的影像服務(wù)接口，它涉及到影像服務(wù)的多種設(shè)置，柵格函數(shù)影像函數(shù)的設(shè)置最終也會(huì)落在該接口對(duì)應(yīng)的參數(shù)中。

imageservice 支持直接在前端使用柵格函數(shù)來(lái)重新渲染影像服務(wù)。ArcGIS JavaScript API 中集成了柵格函數(shù)的調(diào)用接口--RasterFunction 。 RasterFunction 不能多帶帶使用，需要配合ArcGISImageServiceLayer和ImageServiceParameters 接口。

目前前端能支持的柵格函數(shù)類型不是特別多，從官方的在線幫助可以看到其具體能支持的類型和數(shù)量。支持的柵格函數(shù)可以訪問(wèn)此處 。下圖是前端支持的柵格函數(shù)

ArcGIS在10.0版本之后每一個(gè)版本都加入了新的柵格函數(shù)，如上圖顯示的信息。所以在前端調(diào)用柵格函數(shù)之前，先要查詢一下當(dāng)前的ArcGIS Server 版本是否支持對(duì)應(yīng)的柵格函數(shù)。

筆者建議在使用 JavaScript API 調(diào)用柵格函數(shù)之前，先在ArcMap中走通其流程，并針對(duì)結(jié)果進(jìn)行。例如前面所說(shuō)的提取影像的第四波段。

下面例子是使用JS API 調(diào)用波段提取函數(shù)。

        var map;
        require([
                    "esri/map",
                    "esri/layers/ArcGISImageServiceLayer",
                    "esri/layers/ImageServiceParameters",
                    "dojo/domReady!"],
                function(Map,ArcGISImageServiceLayer,ImageServiceParameters) {
                    map = new Map("mapDiv");                    
                    var rasterFunction = new esri.layers.RasterFunction();
                    rasterFunction.functionName = "ExtractBand";
                    
                    var functionArguments = {};
                    functionArguments.BandIDs= [4]                                       
                    rasterFunction.functionArguments = functionArguments;                   
                    rasterFunction.variableName = "Raster";    
                    
                    var imgParams = new ImageServiceParameters();
                    imgParams.onData = 0;
                    imgParams.renderingRule=rasterFunction;
                    
                    var layerUrl = "http://localhost:6080/arcgis/rest/services/LC441821/ImageServer";
                    var imageServiceLayer = new ArcGISImageServiceLayer(layerUrl,{
                        imageServiceParameters:imgParams,
                        opacity:0.75
                    });
                    map.addLayer(imageServiceLayer);
                    map.centerAt([113.34, 23.51]);
                });

效果如下圖所示

從代碼中可以看出，關(guān)鍵部分是使用了RasterFunction接口，要調(diào)用什么樣的函數(shù)，需要在 functionName 中設(shè)置其柵格函數(shù)名稱。柵格函數(shù)的參數(shù)每個(gè)都不一樣，這個(gè)就必須查看在線幫助了。例如波段提取函數(shù)名稱為 ExtractBand ，在在線幫助中點(diǎn)擊該名稱，則跳轉(zhuǎn)到它的參數(shù)說(shuō)明和調(diào)用樣例。如下圖所示

通過(guò)對(duì)應(yīng)的參數(shù)來(lái)定義柵格函數(shù)的參數(shù) functionArguments ，其中關(guān)鍵字部分是需要對(duì)應(yīng)幫助說(shuō)明的每一個(gè)參數(shù)名稱。

例如將該LandSat影像服務(wù)設(shè)置為假彩色顯示，可以通過(guò)提取波段函數(shù)進(jìn)行參數(shù)的修改，如下圖所示，將波段組合修改之后

在頁(yè)面端可以直接調(diào)用出來(lái)，如下圖

通過(guò)上述例子可以看出，柵格函數(shù)的使用是極其簡(jiǎn)單的。Esri 官方幫助提供了非常詳細(xì)的接口說(shuō)明。不過(guò)礙于都是英文，所以，筆者建議是先將ArcMap切換為英文版，在英文版上進(jìn)行前期的函數(shù)調(diào)用，查看結(jié)果。英文版的ArcMap中的柵格函數(shù)名稱是跟JS API 中的名稱是完全對(duì)應(yīng)的。

前面的內(nèi)容旨在說(shuō)明柵格函數(shù)的桌面使用和Web端調(diào)用。通過(guò)ArcMap的操作，很多人可能已經(jīng)看到，柵格函數(shù)是可以疊加使用的。這種疊加在前端API可以照搬。不過(guò)如果疊加的函數(shù)比較多，就需要編寫比較長(zhǎng)的代碼。

還有一種情況，ImageServer 中提供的柵格函數(shù)前端接口沒有ArcMap的那么多，如果需要調(diào)用一些桌面端具備的接口，而目前前端還沒提供的柵格函數(shù)，那就需要在服務(wù)器端配置柵格函數(shù)模版。

可以看看Esri官方幫助上調(diào)用的自定義的柵格函數(shù)，其渲染效果相當(dāng)不錯(cuò)。這種效果在前端API是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

柵格函數(shù)模版需要在ArcMap中進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)到柵格函數(shù)的調(diào)用和結(jié)果的渲染。

先說(shuō)說(shuō)前端渲染，目前ArcGIS JavaScript API 能支持的前端渲染是colorMap方式，就是類似柵格數(shù)據(jù)分類渲染，其構(gòu)建方式如下

 [[0,175,240,233],[3,175,240,222]]

這種方式構(gòu)建為數(shù)組，第一個(gè)數(shù)組值是柵格象元值，后面三個(gè)數(shù)值分別為RGB值。定義比較麻煩，需要對(duì)所用的象元值都給頂一個(gè)RGB值才能實(shí)現(xiàn)前端渲染。例如下面構(gòu)建一個(gè)非常龐大的 colorMap 。

var colorMap = [[0,175,240,233],[3,175,240,222],[7,177,242,212],
          [11,177,242,198],[15,176,245,183],[19,185,247,178],[23,200,247,178],
          [27,216,250,177],[31,232,252,179],[35,248,252,179],[39,238,245,162],
          [43,208,232,135],[47,172,217,111],[51,136,204,88],[55,97,189,66],
          [59,58,176,48],[63,32,161,43],[67,18,148,50],[71,5,133,58],[75,30,130,62],
          [79,62,138,59],[83,88,145,55],[87,112,153,50],[91,136,158,46],[95,162,166,41],
          [99,186,171,34],[103,212,178,25],[107,237,181,14],[111,247,174,2],
          [115,232,144,2],[119,219,118,2],[123,204,93,2],[127,191,71,2],[131,176,51,2],
          [135,163,34,2],[139,148,21,1],[143,135,8,1],[147,120,5,1],[151,117,14,2],[155,117,22,5],
          [159,115,26,6],[163,112,31,7],[167,112,36,8],[171,110,37,9],[175,107,41,11],
          [179,107,45,12],[183,105,48,14],[187,115,61,28],[191,122,72,40],[155,117,22,5],
          [159,115,26,6],[163,112,31,7],[167,112,36,8],[171,110,37,9],
          [175,107,41,11],[179,107,45,12],[183,105,48,14],[187,115,61,28],[191,122,72,40],
          [155,117,22,5],[159,115,26,6],[163,112,31,7],[167,112,36,8],[171,110,37,9],
          [175,107,41,11],[179,107,45,12],[183,105,48,14],[187,115,61,28],[191,122,72,40],
          [195,133,86,57],[199,140,99,73],[203,148,111,90],[207,153,125,109],
          [213,163,148,139],[217,168,163,160],[223,179,179,179],[227,189,189,189],
          [231,196,196,196],[235,207,204,207],[239,217,215,217],[243,224,222,224],
          [247,235,232,235],[251,245,242,245],[255,255,252,255]];                

在柵格函數(shù)設(shè)置的時(shí)候，可以指定渲染方式，例如

functionArguments.Colormap = colorMap;

這種方式構(gòu)建工作量巨大，而且沒有任何的界面設(shè)計(jì)器可用。目前還沒有前端接口支持拉伸方式渲染，例如桌面端的【渲染地貌函數(shù)】采用的色帶配置。

這些都需要在服務(wù)器端來(lái)柵格函數(shù)模版。

首選需要在ArcMap中調(diào)用【柵格函數(shù)模版編輯器】對(duì)柵格函數(shù)進(jìn)行配置。在ArcMap菜單欄【窗口】--【自定義】面板中，選擇【命令】標(biāo)簽，輸入關(guān)鍵字【柵格】，找到【柵格函數(shù)模版編輯器】，將其拖動(dòng)到菜單的工具條任意位置即可使用

從圖上可以看到，其界面與【影像】面板中調(diào)用的柵格函數(shù)的方式非常類似。但它有自己非常獨(dú)特的地方,多了一個(gè)【文件】菜單，可以將設(shè)計(jì)好的影像分析流程保存下來(lái)。如下圖所示

筆者做了一個(gè)例子，使用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行地形渲染?！句秩镜孛埠瘮?shù)】并不在前端柵格函數(shù)的支持范圍，其顯示的渲染效果是拉伸方式，前端api同樣不支持。這個(gè)例子很好的反映出服務(wù)器中柵格函數(shù)模版的重要性。

針對(duì)dem數(shù)據(jù)在【柵格函數(shù)模版編輯器】中使用【渲染地貌函數(shù)】，并且設(shè)計(jì)好結(jié)果的渲染方式。

設(shè)置好后，在【柵格函數(shù)模版編輯器】的【文件】菜單中【另存為】將其保存在rft.xml 文件。例如，筆者這里將配置好的模版另存名稱為 customfun.rft.xml

此處一定要使用英文名稱。因?yàn)樵撃０嬉坏┍粚?dǎo)入到imageservice中，其調(diào)用名稱與文件名稱對(duì)應(yīng)。中文名稱在調(diào)用的時(shí)候rest路徑會(huì)出現(xiàn)一些特殊的符號(hào)，導(dǎo)致瀏覽器請(qǐng)求失敗。所以一定要使用英文。

配置柵格函數(shù)模版可以在兩種情況下進(jìn)行。第一種是在影像服務(wù)發(fā)布的時(shí)候進(jìn)行導(dǎo)入，在服務(wù)編輯器的【函數(shù)】項(xiàng)中設(shè)置，如下圖所示，點(diǎn)擊【管理】，在管理面板中加入一個(gè)或者多個(gè)柵格函數(shù)模版。

注意：筆者這里使用的模版存放在計(jì)算機(jī)桌面中，可以通過(guò)截圖看清楚。在影像服務(wù)發(fā)布的時(shí)候指定柵格函數(shù)模版，無(wú)論柵格函數(shù)模版文件放在什么目錄下，都能識(shí)別，因?yàn)閍rcgis server 最終會(huì)將這個(gè)模版文件拷貝到服務(wù)器能訪問(wèn)的目錄中。

點(diǎn)擊【確定】并發(fā)布影像服務(wù)，柵格函數(shù)模版會(huì)隨著服務(wù)發(fā)布注冊(cè)到對(duì)應(yīng)的服務(wù)目錄中。下圖是從服務(wù)的屬性中重新查看其模版情況，可以看到這個(gè)模版已經(jīng)自動(dòng)被拷貝到arcgisserver注冊(cè)的目錄中

另一種情況是向已經(jīng)存在的影像服務(wù)注冊(cè)柵格函數(shù)模版，這稍微復(fù)雜一點(diǎn)，要先將模版文件拷貝到arcgis server 已注冊(cè)的文件目錄下，不然imageserver 無(wú)法訪問(wèn)到對(duì)應(yīng)的路徑，導(dǎo)致模版讀取失敗 ，如下圖

然后停止對(duì)應(yīng)的影像服務(wù)，在服務(wù)屬性對(duì)應(yīng)的【函數(shù)】項(xiàng)目導(dǎo)入模版文件。導(dǎo)入后重啟對(duì)應(yīng)的影像服務(wù)即可。

在瀏覽器中通過(guò)rest訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的影像服務(wù)，點(diǎn)擊 rasterFunctionInfos 項(xiàng)，可以查看到對(duì)應(yīng)的柵格函數(shù)模板的內(nèi)容

從圖上可以看出，影像服務(wù)上多了一個(gè)以柵格函數(shù)模版文件名為命名的自定義函數(shù)。這個(gè)函數(shù)名相當(dāng)重要，在ArcGIS JavaScript API 的調(diào)用中需要使用到。

自定義柵格函數(shù)的調(diào)用與一般的調(diào)用方式?jīng)]有任何不一樣的地方，只需要在rasterFunction.functionName修改函數(shù)名稱即可。下面是調(diào)用自定義函數(shù)的代碼例子

        var map;
        require([
                    "esri/map",
                    "esri/layers/ArcGISImageServiceLayer",
                    "esri/layers/ImageServiceParameters",
                    "dojo/domReady!"],
                function(Map,ArcGISImageServiceLayer,ImageServiceParameters) {
                    map = new Map("mapDiv");    
                    var rasterFunction = new esri.layers.RasterFunction();
                    rasterFunction.functionName = "customfun";//自定義柵格函數(shù)                    
                    rasterFunction.variableName = "Raster";                    
                    var imgParams = new ImageServiceParameters();
                    imgParams.onData = 0;
                    imgParams.renderingRule=rasterFunction;
                    
                    var layerUrl = "http://localhost:6080/arcgis/rest/services/dem/ImageServer";
                    var imageServiceLayer = new ArcGISImageServiceLayer(layerUrl,{
                        imageServiceParameters:imgParams,
                        opacity:0.75
                    });
                    map.addLayer(imageServiceLayer);
                    //map.centerAt([113.34, 23.51]);
                });

具體的效果如下圖所示

利用柵格函數(shù)模版的方式可以將很多常用的柵格表達(dá)方式注冊(cè)到影像服務(wù)中，非常方便快速切換影像的顯示方式，而且柵格函數(shù)模版是可以復(fù)用的。

柵格函數(shù)雖然在ArcGIS10.0之后的版本才提出來(lái)，并在每一個(gè)ArcGIS版本中逐步完善和增加功能。從技術(shù)路線上看，柵格函數(shù)模版的方式依然是主流的調(diào)用方式（盡管這種方式很早就在imageserver 中使用），但前端調(diào)用的接口也越來(lái)越完善，Esri也在進(jìn)一步開放其前端功能。在當(dāng)前影像數(shù)據(jù)獲取越來(lái)越便捷和廉價(jià)的情況下，影像的使用不僅僅是停留在瀏覽階段，分析功能和多種表達(dá)方式也是越來(lái)越重要了。

更多的GIS主流和非主流技術(shù)，可以持續(xù)關(guān)注CSDN的GIS制圖樂(lè)園，以及微信公眾號(hào)【GIS制圖樂(lè)園】。BY 李遠(yuǎn)祥