Берлянт А.М. Виртуальные геоизображения

Подождите немного. Документ загружается.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им.

М.В. ЛОМОНОСОВА

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

А. М. БЕРЛЯНТ

ВИРТУАЛЬНЫЕ

ГЕОИЗОБРАЖЕНИЯ

МОСКВА

НАУЧНЫЙ МИР

2001

УДК

528.91

ББК

26.17

Б49

Берлянт

A.M.

Виртуальные геоизображения.

М.:

Научный мир,

2001. 56 е.:

2 цв.

вкл.

ISBN

5-89176-106-8

Виртуальное моделирование

картографирование

одно

из

новых направле-

ний внедрения геоинформационных технологий

науки

Земле

смежные

ними

социально-экономические науки. Виртуальные геоизображения воспроизводят

ре-

альные или абстрактные объекты

ситуации в программно-управляемой среде

обес-

печивают интерактивное взаимодействие

наблюдателем. Они сочетают в себе свой-

ства карт, космических снимков, блок-диаграмм

компьютерных анимаций. Погру-

жаясь

виртуальную среду, исследователь получает полную иллюзию полевых

наблюдений

непосредственного доступа

объектам разного размера

- от

неболь-

ших участков местности

до

всей планеты.

Рассказано

свойствах виртуальных геоизображений, сферах

их

применения,

перспективах развития геоинформационного картографирования

УДК

528.91

ББК

26.17

Публикуется

при

финансовой поддержке Российского фонда фундамен-

тальных исследований (проект №99-05-64866), Программы поддержки

Ведущих научных школ (грант №00-15-98510)

программы «Универси-

теты России

Фундаментальные исследования»

Berlyant A.M.

Virtual

Geoimages. - Moscow:

Scientific

World,

2001. - 56 p.

Virtual

modeling and mapping technology is

breakthrough

Geoscience and adjacent

social

and economical disciplines.

Virtual

geoimages

reflect both

real

and abstract objects/

situations in a program-controlled environment that support interaction with an explorer.

Virtual

geoimages

integrate the properties of

maps,

as well as space images, block-diagrams

and

computer animations. Plunging into the

virtual

environment the explorer has whole

illusion

field

research

complemented by a direct access to objects of different size - from

small

areas to the planet as a whole.

The

features of

virtual

geoimages,

the scope of their use, and the future trends of the

geoinformational mapping are discussed.

ISBN

5-89176-106-8

©БерлянтA.M.,

2001

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Что есть карта?

В 1996 году в известном международном картографическом жур-

нале «Cartographica» было опубликовано любопытное исследование

Дж. Эндрюса [19], рассмотревшего с лексико-графических позиций поня-

тие и определение «карта». Пользуясь словарями, энциклопедиями, глос-

сариями, учебниками, монографиями и статьями, помещенными в гео-

графическими картографических периодических изданиях, он собрал и

проанализировал 321 определение карты. Временной охват составил по-

чти два с половиной столетия - с 1649 по 1996 годы. Оказалось, что чаще

всего ключевыми словами в этих определениях были:

• карта - это изображение (205 определений)

• карта-это чертеж или план-(150)

• карта - это изображение части или всей земной поверхности -

(144)

Проявились разные трактовки: научная, популярная, картографичес-

кая и философская. Естественно, что наиболее употребительными оказа-

лись определения карты, предложенные в XX веке, и в особенно-

сти то из них, которое было принято и закреплено Международной кар-

тографической ассоциацией (МКА).

В Многоязычном словаре технических терминов картографии, издан-

ном в 1973 году Комиссией МКА, по определению, классификации и стан-

дартизации картографической терминологии зафиксирована такая де-

финиция: карта - уменьшенное, обобщенное изображение поверхности

Земли, других небесных тел или небесной сферы, построенное по матема-

тическому закону на плоскости и показывающее посредством условных

знаков размещение и свойства объектов, связанных с этими поверхностя-

ми [17, с.7]. Это определение близко к тому, которое долгое время ис-

пользовалось в отечественных университетских учебниках по картогра-

фии, и это не удивительно, поскольку в те i оды Президентом МКА был

советский картограф К.А. Салищев, который редактировал русские тол-

кования терминов и написал предисловие к многоязычному словарю.

Отметим, что немецкое, ант лггйское, испанское и французское определе-

ния имеют иные редакции.

Через двадцать с лишним лег 10-я Генеральная ассамблея МКА при-

няла несколько иное, как тогда подчеркивалось, рабочее определение:

карта - таковое изображение географической реальности, отображаю-

щее отдельные ее особенности или характеристики как результат твор-

ческого авторского отбора и предназначенное для использования в тех

случаях, когда пространственные отношения имеют первостепенное

значение [33, с.1].

Это определение -результат многолетних усилий Комиссии МКА,

дискуссий в печати и на международных форумах. Это итог обобщения

разных мнений и многих концептуальных и лексических компромиссов.

В таких случаях результат не всегда бывает оптимален: компромиссы

противопоказаны научным дефинициям. Но зато в приведенном опреде-

лении отражен типичный, обобщенный, если можно так сказать, «усред-

ненный» взгляд на карту.

Обратим внимание на некоторые особенности этого взгляда. Они

будут полезны в дальнейших рассуждениях о виртуальном картографи-

ровании. В определении зафиксированы следующие важные моменты:

• знаковость (символыюсть) картографического изображения

• отображение географической реальности

• субъективный творческий характер этого отображения

• приоритет пространственных отношений

В то же время, в определении отсутствуют упоминания о том, что

карта:

• построена по особому математическому закону

• может отображать не только географическую реальность, но и

географические абстракции, мысленные и даже фиктивные объек-

ты

• способна представлять не только пространственные, но и дина-

мические ситуации, их изменения во времени

• может содержать снимковое (фотографическое) изображение или

его элементы.

Ясно,

что определение МКА зафиксировало устоявшийся традици-

онный взгляд на карту, характерный для докомпьютерного этапа раз-

вития картографии в середине прошлого столетия. В этом есть опре-

деленный резон: мол, техника и технология меняются, а сущность карты

остается неизменной. Поэтому оправдано поставить вопрос о том, изме-

нила ли компьютеризация картографическое изображение, а если изме-

нила, то в чем и насколько существенно?

Попробуем в самом общем виде обозначить этапы компьютериза-

ции картопэафии, учитывая, что всякая периодизация условна, а кроме

того,

в разных странах процессы внедрения компьютерных технологий

шли асинхронно и неравномерно.

1- й этап -упростить и ускорить. Интенсивное внедрение автомати-

зации в картографию, как и во все другие отрасли науки и техники, отве-

чало стремлению облегчить трудоемкие работы, в данном случае

картосоставление. На первых порах речь шла об автоматическом пост-

роении картографических сеток, географических основ, значков, об

интерполяции изолиний, составлении простых картограмм и картодиа-

грамм. Негласным девизом первого этапа автоматизации в картографии

быжГ - упростить и ускорить передачу информации. Картографиро-

вание выполнялось по сравнительно несложным алгоритмам, с помощью

автомагических графопостроителей и алфавитно-цифровых печатаю-

щих устройств (АЦПУ). По качеству карты заметно уступали традици-

онным.

2- й этап - имитировать традиционные карты. Вскоре на первый план

вышло требование - изготовлять карты, не уступающие по качеству тра-

диционным. Компьютеризация (этот термин занял место термина авто-

матизация) была нацелена на полную имитацию ручных процессов, а

компьютерные карты и атласы стали подражать бумажным, ни в чем не

уступая им.

3- й этап - интеграция опыта. На этапе геоинформационного картог-

рафирования стало очевидным, что прогресс не исчерпывается одной

технологией. Необходимо максимально использовать достижения тра-

диционного картосоставления, включая методы географической локали-

зации, правила генерализации, приемы взаимного согласования инфор-

мационных слоев - одним словом, весь опыт проектирования и составле-

ния карт, накопленный вековым развитием картографии. Парадокс

состоит в том, что быстрый прогресс технологий и кажущаяся их доступ-

ность без основательной опоры на содержательные географо-картогра-

фические представления не улучшает, а даже ухудшает дело. Порой ка-

жется, что карты создают некие акселераты, вооруженные мощными тех-

ническими средствами, но не обладающие развитым интеллектом и

необходимым знаниями.

4- й этап-сделать лучше. Внедрение специализированных геоинфор-

мационных технологий, электронного цветоделения и электронных из-

дагельских систем в составление, подготовку к изданию и издание карт

обеспечили заметное усовершенствование процессов их изготовления. В

сочетании с опытом традиционной картографии это позволило изготав-

ливать произведения более высокого*качества. Они стали точнее в гео-

метрическом отношении, более разнообразны по цветовому, штрихово-

му, полутоновому оформлению, по яркому дизайну.

5-и этап - сделать по другому. Одновременно с усвоением традици-

онного опыта геоинформационное картографирование постепенно выш-

ло на новый уровень. Сегодня кар то графы-гео информатики все чаще

задумываются о создании произведений, отличающихся от традицион-

ных карт и атласов. В самом деле, должна ли электронная карта подра-

жать бумажной? Следует ли копировать традиционные средства изобра-

жения? Должна ли карта всегда оставаться плоской? Должна ли она вос-

производить лишь статичные временные срезы?

Все это риторические вопросы. Известно, что трехмерное цифровое

моделирование позволяет строить объемные изображения, а анимации

придают картам так необходимый им динамический аспект. Но есть воп-

росы, ответы на которые не столь очевидны. Должен ли читатель всегда

быть над картой, видеть ее сверху, как план, или есть смысл находиться

на карте, рассматривая местность в перспективе и в пределах кругозора?

Насколько оправдан полный или частичный отказ от символьного изоб-

ражения и переход к изображению портретному, фотографическому, то

есть к фотокарте? И наконец - можно ли показывать на карте местность,

игнорируя состояние окружающей среды, например, время года, солнеч-

ное освещение, погодные условия?

И здесь приходится возвратиться к вопросу, с которого были начаты

эти рассуждения - «что есть карта?». Можно ли считать картой трехмер-

ное,

движущееся и портретно схожее с местностью изображение? Шот-

ландский картограф Д. Форрест [30] предпринял по этому по-

воду специальное тестирование, в котором опирался на исследование

Дж. Эндрюса. Испытуемым - студентам-географам - было предъявлено

26 слайдов, включавших карты, планы, перспективные снимки, фотокар-

ты,

космические снимки, диаграммы, блок-диаграммы и панорамы. Раз-

глядывая каждое изображение не более 5 секунд, испытуемые должны

были ответить на вопрос, какие из этих изображений являются картами,

а какие - нет.

Оказалось, что большинство участников эксперимента совсем не

ожидали увидеть на картах фотоизображение, они не сочли картами сним-

ки и даже ортофотокарты с нанесенными на них горизонталями. Кроме

того,

многие испытуемые не признали картами трехмерные изо-

бражения, а также рукописные карты. Но зато все участники экспери-

мента единодушно назвали картами традиционные физические карты из

атласов и планы городов. Важнейшим «картографическим» признаком

для них оказались условные знаки и надписи. По мнению автора иссле-

дования, у большинства читателей традиционный взгляд на карту явно

преобладает над научным.

19-я Международная картографическая конференция

Представление о том, как развиваются методы и технологии картог-

рафии и как вслед за ними меняются представления о карте, дают все-

мирные картографические конференции. Они проводятся Международ-

ной картографической ассоциацией раз в два года и довольно точно от-

ражают уровень развития картографии в мире, демонстрируют ключевые,

«ударные» направления теоретических и технологических разработок.

В самом конце прошлого века, в августе 1999 года в Оттаве состоялась

19-я картографическая конференция МКА, где одной из центральных тем

стали технологии виртуального картографирования.

Случилось так, что Международная картографическая конференция

проходила в Оттаве во второй раз. Впервые это было в 1972 году,

то есть немного более четверти века тому назад. Это была 6-я конферен-

ция. На ней К.А. Салищевым и

A.M.

Берлянтом был представлен заглав-

ный доклад, посвященный картографическому методу исследова-

ния [42]. Тогда это звучало как новое слово в теории и методике карто-

графии.

На последующих международных форумах МКА на первый план

выступали проблемы математико-картографического моделирования,

или «аналитической картографии», картографической коммуникации,

ЭВМ-картографирования, использования данных дистанционного зон-

дирования и другие. 17-я конференция, состоявшаяся в 1995 году в Барсе-

лоне, показала, что основные интересы картографической науки и про-

изводства переместились в область ГИС и геоинформационного картог-

рафирования. А еще через два года в Стокгольме на 18-й конференции

красной нитью прошла тема внедрения в картографию средств телеком-

муникации и соединения ГИС-технологий с Интернетом.

Интеграция новейших технологий идет стремительно. За последние

два-три года Интернет-картографирование стало привычным делом.

На рынке компьютерных технологий появилось новейшее аппаратно-

программное обеспечение для картографических Интернет-серверов и

Интернет-ГИС, а средства мультимедиа вошли в повседневную практи-

ку. Кардинальные изменения произошли в геодезическом обеспечении

картографирования: глобальные позициониругощие системы (GPS ГПС)

стали основным средством привязки не только наземных наблюдений,

но и данных аэрокосмических съемок. А высокоточная цифровая фото-

грамметрическая обработка радиолокационных снимков оказалась од-

ной из наиболее эффективных технологий создания топографических,

тематических карт и цифровых моделей местности.

Таким образом, очевидно, что изменения затронули основные ком-

поненты картографирования: способы сбора данных, методы проекти-

рования, составления, представления и распространения карт, а также

заметно повлияли на требования пользователей к картографической ин-

формации.

Многие новейшие достижения картографии и смежных дисциплин

сфокусировались в идее и технологии создания виртуальной реальности.

Началось формирование нового направления - виртуального моделирова-

ния и картографирования. На 19-й международной картографической

конференции это направление оказалось представлено чрезвычайно ши-

роко и разнообразно в докладах, стендовых сообщениях, в новых про-

граммных пакетах, разработанных крупнейшими фирмами, в демонст-

рационных версиях, в изобилии представленных на технической выстав-

ке,

в электронных атласах и туристских путеводителях. Слова

«отображение виртуальной реальности» звучали как девиз очередного

этапа развития современной картографии.

За исторически короткий срок между 6-й и 19-й конференциями в

Оттаве, картография существенно преобразилась. В третье тысячелетие

она вступила оснащенной передовыми компьютерными технологиями,

обновленной и глубоко интегрированной отраслью науки и техники. Она

востребована во многих сферах деятельности общества. В ней сформиро-

вались новые концептуальные представления, связанные с общей теори-

ей геоизображений, геоинформационным картографированием, языком

карты, картографической семиотикой и др.

Пожалуй, символично, что последняя в XX веке Международная кар-

тографическая конференция состоялась в Канаде - стране, занимающей

передовые позиции в картографии и геоинформатике. Думал ли кто-ни-

будь двадцать семь лет тому назад, что карты, атласы и даже глобусы

будут создаваться в компьютерных сетях? Могли ли авторы доклада о

картографическом методе исследования предполагать столь кардиналь-

ное его изменение и полное сращивание с методами создания карт в рам-

ках геоинформационных технологий? Нет сомнений, что будущее разви-

пс картографии преподнесет еще много методических неожиданностей,

оригинальных технологий, предсказать которые сегодня практически

невозможно.

Сущность виртуального изображения

Наверняка, не все, кто употребляет этот быстро ставший популяр-

ным термин, вполне точно его понимают. Многие просто связывают его

с компьютерными построениями, считая, что «виртуальная реальность»

примерно означает «компьютерную реальность», гак сказать, то, что со-

здано хитроумными электронными технологиями и находится где-то меж-

ду научной фантастикой и реальной действительностью. Во-

просы, заданные автором этих строк многим отечественным и зарубеж-

ным специалистам, работающим в области виртуальных технологий,

показали, что чаще всего виртуальное изображение понимается как изоб-

ражение, построенное с помощью ГИС, а иногда виртуальное моделиро-

вание напрямую связывают с мультимедийными технологиями.

По-английски «virtual» означает «фактический», «действительный»

в смысле, близком к слову «реальный». А вот с французского «virtuale»

переводится как «возможный», «потенциальный», a «virtualite» означает

«скрытую возможность». В русском языке понятие «виртуальный»

толкуют как не существующий, но «возможный», «способный к дей-

ствию».

Научный термин «виртуальный», употребляемый в физике, филосо-.

фин, логике и инженерной психологии, компьютерной графике, также

имеет несколько смысловых оттенков: 1) возможный, потенциальный; 2)

не существующий, но способный возникнуть при определенных услови-

ях; 3) временный или непродолжительно существующей; 4) не реальный,

но такой же, как реальный, неотличимый от реального.

В некоторых работах прямо указывается, что виртуальная реальность

представляет собой «искусственно созданный мир путем подмены окру-

жающей действительности информацией, генерируемой компьютером»

[Н,

с. 193]. При этом непременно в интерактивном режиме имитируется

«погружение» человека в этот искусственный «параллельный» мир. Для

обеспечения интерактивного взаимодействия изобретены даже особые

шлемы-дисплеи, позволяющие видеть виртуальный мир стереоскопичес-

ки и синхронно фиксировать состояние и реакции наблюдателя.

В технической практике существуют различные тренажеры и манипуля-

торы (например, специальные перчатки), с помощью которых можно