Берлянт А.М. Виртуальные геоизображения

Подождите немного. Документ загружается.

ваемая с восьми основных азимутов: со стороны океана, с высоты Ска-

листых гор, из глубины материка, со стороны Большого Бассейна и т.д.

[20, с.

10-11].

Каждый раз при таком наблюдении открываются разные

закономерности планетарной орографии положение горных цепей,

ориентировка сети крупных разломов, контролирующих блоки, спрям-

ленные речные долины и контуры побережья, лесные массивы, ареалы

горного оледенения и многое другое. Подобные изображения обладают

не только предельной наглядностью, но и очень высокими эвристиче-

скими возможностями.

На рисунке 4 (вклейка) приведен пример виртуального геоизображе-

ния города Сан-Диего, расположенного на юге тихоокеанского по-

бережья США, также построенного с помощью технологии ArcView®

3D Analist™. Сперва по цифровой модели была изготовлена трехмер-

ная блок-диаграмма местности и зданий, а затем на нее наложено орто-

фотоизображение центральной части города. Читатель имеет возмож-

ность совершить облет города, рассмотреть его планировку и увидеть

здания со всех четырех сторон [20, с.8].

В будущем станут возможны не только «полеты» над виртуальными

моделями, но и «прогулки» в виртуальной среде и телеперемещения (те-

лепортации) от одной виртуальной модели (среды) к другой. Это требу-

ет значительного расширения и совершенствования интерфейса, в осо-

бенности средств ориентации и навигации.

При виртуальном моделировании нередко используется мультиуро-

венная аппроксимация [26], когда по одной и той же цифровой модели

рельефа производят расчет нескольких сплайнов с разным уровнем де-

тальности. Точно так же, многократно с разным разрешением, модели-

руют текстуру земных покровов (растительного покрова, застройки и

т.п.).

Таким образом, работая с виртуальным геоизображением, не ог-

раничиваются простым увеличением или уменьшением масштаба, а пе-

реходят при необходимости на иные уровни детальности. Так возника-

ет своеобразная многоуровенная генерализация.

Разработчики компьютерных технологий в настоящее время ориен-

тируются главным образом на решение практических задач, таких, на-

пример, как мониторинг районов природного риска, строительство зда-

ний и автострад, прокладка трубопроводов, оценка загрязнения среды

и распространения шумов от аэропортов и т.п. Вполне возможно созда-

ние средне- и мелкомасштабных виртуальных геоизображений, показы-

вающих, скажем, природную зональность Земного шара, ход климати-

ческих процессов, сезонные изменения растительного покрова и ланд-

шафта, миграции населения, движение транспортных потоков и т.д.

Рис.

1. Карта и фотопанорама территории Московского университета

Рис.

2. Виртуальное изображение вулкана Сент-Хеленс

(Каскадные юры. США). Внизу приведено диалоговое

окно "Управление полетом", обеспечивающее заданные

высоту, скорость и направление полета. Источник [45]

Рис.

3. Изображение горы Куин-Бесс (Береговой хребет, Канада). Внизу

показаны два окна: "Редактирование полета" с картой, где отмечен

маршрут, и "Состояние окружающей средьГ. с помощью которого

устанавливаются облачность, туман и состояние земного покрова.

Источник [45]

Рис.

4. Виртуальное изображение города Сан-Диего. США. Источник [20]

Сюжеты виртуальных геошображений столь же разнообразны, как и при

'градационном тематическом картографировании.

VRML

- язык виртуального моделирования

Основное программное средство создания виртуальных геоизобра-

жений - это язык

VRML

(Virtual

Reality

Modeling

Language),

имеющий

несколько версий -

VRML

1.0, 2.0,

VRML

97. Это язык сценариев, пред-

назначенный для формирования трехмерных анимированных графичес-

ких объектов и манипулирования ими в Веб-среде [9]. Считается, что

эта среда обрела трехмерность именно благодаря созданию языка

VRML.

Он обеспечивает интерактивный интерфейс с трехмерной анимацион-

ной графикой, а также предусматривает включение звукового сопро-

вождения и синхронизацию его с графическим изображением. Кроме

того,

есть возможность приме1гять различные фототекстуры, добавлять

фотографии и даже фрагменты фильмов.

Каждая сцена моделируется в

VRML

с выбранной узловой точки

при заданном ее положении, направлении и угле обзора. При этом сама

точка обзора способна перемещаться, следуя движению курсора или по

заранее намеченной траектории. Благодаря этому пользователь «про-

летает» над виртуальной моделью или «проходит» по ней.

По существу, виртуальное моделирование - это сумма технологий,

включающая построение трехмерной модели, создание фото-блок-ди-

аграммы, применение анимаций, средств мультимедиа и языка

VRML.

Интерактивное взаимодействие достигается за счет следующих проце-

дур [31]:

• изменение ракурса и точки обзора моделируемого объекта

• варьирование размеров и текстуры объекта

• перемещение в пространстве, окружающем объект

• добавление других объектов и тематических сюжетов

• изменение положения, интенсивности и цвета источника освеще-

ния

• введение звуковых эффектов.

Указанные процедуры можно применять для всей виртуальной мо-

дели, отдельной сцены и любого объекта в пределах этой сцены. Новые

версии языка

VRML,

такие, как VRML97, позволяют синхронизировать

изображение и звуковое сопровождение.

Специально для создания и экспорта в

VRML

трехмерных интерак-

тивных моделей служит и упоминавшийся выше ГИС-пакет Arc View® и

Arc View®

Analist™, разработанный

фирме

ESRI.

Допогаштельные

возможности дает соединение языка

VRML

языками

Java

и JavsScript,

которые ориентированы

на

работу

сетевых системах

обеспечивают

размещение виртуальных геоизображений

Интернете.

Ортофотоизображения

основа виртуальных моделей

Как было показано выше, использование аэро-

космических сним-

ков

эффективное средство, придающее виртуальному изображению

реалистичность

сходство

местностью. Поэтому технологии созда-

ния ортофотомоделей

изучение

их

свойств приобрели новый смысл

привлекли внимание разработчиков. Этот обширный класс геоизобра-

жений включает цифровые фотокарты, ортофотокарты, космические

фотокарты

фотопортреты, синтезированные изображения, трансфор-

мированные аэроснимки

космоснимки

элементами картографичес-

кого содержания.

Их

изготавливают посредством совмещения (оверлея)

карт

снимков.

Для

этого вначале устраняют геометрические иска-

жения снимков, преобразуя

их в

картографическую проекцию, прово-

дят фотограмметрическую обработку

монтируют соответственно раз-

графке топографических карт крупных, средних

мелких масштабов

(1:10 ООО

- 1:1

ООО ООО). Затем наносят координатные сетки, населенные

пункты, объекты местности, надписи,

если требуется

горизонтали.

В зарубежной литературе появились даже термины «карто-снимки»,

«снимко-карты», «иконокарты»

(image map -

англ.,

carte-image и

iconocarte -

фр.)- Справедливости ради надо сказать,

что

аналогичные

термины предлагал

у нас

Ю.Ф. Книжников,

но

они

не

вошли

употреб-

ление.

Ортофотокарты можно готовить достаточно быстро,

что

особенно

ценно

для

малоизученных

труднодоступных территорий. Аэроснимки

обеспечивают изготовление топографических ортофотокарт

масшта-

бе

1:1

ООО,

космические снимки СПОТ,

MOMS-02,

Ресурс-Ф

- в

масш-

табах

1:25

ООО

и 1:50

ООО

мельче, Ландсат-ТК

- 1:100

ООО

и т.д.

Наряду

топографическими картами создают

так

называемые

фо-

топортреты обширных территорий

мелкомасштабные тематические

фотокарты

(от 1:1

ООО ООО

мельче).

На них

показывают тектоническое

строение территории, геологические структуры, почвенный покров, лан-

дшафты, экологические ситуации, планы городов

т.п. Кроме того,

те-

матические фотокарты удобны

для

географической интерпретации дан-

ных, интерполяции

экстраполяции пространственных закономерно-

стей. В этом смысле наиболее информативны фотокарты, полученные по

многоспектаральным снимкам.

Свойства ортофотокарт заслуживают самого пристального анали-

за с позиций геоиконики. Эти комбинированные геоизображения весь-

ма удобны в качестве базовых основ, особенно для гак называемых гиб-

ридных ГИС, совмещающих растровые и векторные изображения. Они

обладают высокой геометрической точностью и подробностью, поэто-

му к ним легко привязывать и обновлять любую другую пространствен-

ную информацию. По соотношению картографической и фотографи-

ческой компоненты современные фотокарты подразделяют на три типа

[27, 32 и др.]:

• фотокарты, где на первый план выступает фотоизображение вы-

сокого качества, и именно оно является основным элементом

• фотокарты, на которых главной частью является картографиче-

ское содержание, а фотоизображение образует лишь слабый фон

• тематически улучшенные фотокарты, когда обеим составляющим

уделено равное внимание ради максимального обогащения содер-

жания.

В зависимости от назначения виртуальных геоизображений в каче-

стве основы могут быть использованы фотокарты разного типа. «На-

тягивая» их на трехмерную цифровую модель рельефа, получают фото-

блок-диаграммы, которые в случае надобности дополняют элементами

природного или административного районирования, кадастровой ин-

формацией, контурами использования земель и т.п. Создание базовой

фотокартографической основы первый и очень важный этап модели-

рования.

Анимации

Анимационное картографирование сформировалось как ветвь опе-

ративного геоинформационного картографирования

[5].

Анимации при-

менялись вначале для мониторинга, оценки, управления и контроля

быстро меняющихся процессов и явлений. Самый популярный пример -

показ перемещений атмосферных фронтов, циклонов, антициклонов и

зон осадков в ежедневных телевизионных прогнозах погоды. Это очень

понятные, хотя, кстати сказать, довольно примитивные анимации, в

которых пятна высокого и низкого давления перемещаются по полю

карты, не меняя своей формы.

Позднее появились примеры использования картографических ани-

маций для медленно протекающих явлений, таких, как меандрирование

рек, а также для палеогеографических реконструкций и шииострации тек-

тонических процессов, например, моделирования раскола прамате-

рика Гондваны и перемещения плит.

Динамическую визуализацию применяют для решения следующих

задач:

• отображение временных изменений модели или отдельных объек-

тов на ней

• осмотр всей модели в разных перспективах и под разными ракур-

сами

• показ движения реальных объектов (облаков, автомобилей, судов),

что создает иллюзию реальности

• привлечение внимания читателя (пользователя) к какому-либо

примечательному объекту или к опасному явлению.

Возросший интерес к картографическим анимациям вызван стрем-

лением отобразить не только структуру явлений, но и существо процес-

сов,

происходящих в земной коре, атмосфере, гидросфере и биосфере и,

что еще более важно, в зонах их контакта и взаимодействия. С помо-

щью анимаций решают задачи предупреждения (сигнализации) о не-

благоприятных или опасных процессах, осуществляют слежение за их

развитием, оперативно составляют рекомендации и прогнозы, выбира-

ют варианты контроля, пути стабилизации или вмешательства в ход

процесса в самых разных сферах - от экологических ситуаций до поли-

тических событий [35].

Современные компьютерные программы содержат наборы модулей,

обеспечивающих разные варианты и комбинации анимаций:

• мультипликационные последовательности карт-кадров или 3-мер-

ных сцен

• перемещение всего геоизображения по экрану

• перемещение отдельных элементов содержания (объектов, знаков)

по геоизображению

• изменение скорости демонстрации, покадровый просмотр, возврат

к избранному кадру, обратная последовательность

• изменение отдельных элементов содержания (объектов, знаков),

их размеров, ориентации, мигание знаков, топологические пре-

образования и др.

• варьирование окраски (пульсация и дефилирование), изменение

интенсивности, создание эффекта вибрации цвета

• изменение освещенности или фона, «подсвечивание» и «затене-

ние» отдельных участков геоизображения

• панорамирование, изменение проекции и перспективы (точки об-

зора, ракурса, наклона), вращение 3-мерных изображений

• масштабирование (зуммирование) изображения или его части,

использование эффекта «наплыва» или удаления объекта

• создание эффекта движения над объектом («облет» территории),

в том числе с разной скоростью.

Для создания эффекта плавного движения виртуальной модели не-

обходима скорость демонстрации на менее 8 экранов в секунду. Анима-

ции можно демонстрировать с нормальной скоростью, ускоренно или

замедленно. Отсюда возникают совершенно новые и пока еще не впол-

не привычные проблемы временной генерализации, выбора изобрази-

тельных средств и разработки принципов восприятия пользователями

движущихся моделей. Представляется оправданным и введение понятия

масштаба времени или, лучше сказать, временного масштаба. Тогда

можно будет говорить о медленно-, средне- и быстромасштабных ани-

мациях виртуальных геоизображений [3, 5].

Звуковые эффекты

Звук играет важную роль в мультимедийных технологиях. При вир-

туальном моделировании звуковое сопровождение используется для

разных целей [24]:

• Представление (объяснение) объекта, когда при указании на него

курсором дается звуковая подсказка, звучат его название или сло-

весная характеристика

• Передача реальных звуков на местности, например, журчания

ручья, шелеста леса, что дает более полное представление о ланд-

шафте

• Улучшение восприятия состояния окружающей среды, например,

воспроизведение шума дождя, грома, грохота извержения вулка-

на и т.п.

• Характеристика качества геоизображения, когда при приближе-

нии курсора к тем или иным его участкам, слабо обеспеченным

данными или имеющим недостаточную точность, усиливается

шум, символизирующий наличие помех.

Таким образом, к традиционным для картографии графическим пе-

ременным добавляются аудиопеременные, включая характер звука, его

громкость, высоту, продолжительность. Сейчас еще не всегда ясно, ка-

ковы правила использования этих переменных при виртуальном моде-

лировании. Требуют разработки вопросы сочетания и взаимодействия