Берлянт А.М. Виртуальные геоизображения

Подождите немного. Документ загружается.

анимационных модулей и звуковых клипов. Ясно, например, что введе-

ние эффекта дождя повлечет и вызов эффекта шума дождя. Поэтому ес-

тественно предположить, что в системе виртуального моделирования

должны существовать синтетические видео-аудио клипы, содержащие

аудиографические переменные для отображения объектов и окружаю-

щей среды. Подробнее возможности совместного применения различ-

ных аудио- и видеопеременных при создании виртуальных геоизобра-

жений будут рассмотрены в следующем разделе.

СВОЙСТВА И ВИДЫ

ВИРТУАЛЬНЫХ ГЕОИЗОБРАЖЕНИЙ

Модельные свойства

Модельные свойства традиционных карт сделали их наиболее при-

тягательным средством представления добытых знаний и инструмен-

том исследования в науках о Земле. Напомним, что этими свойствами

являются пространственно-временное подобие, содержательное соответ-

ствие, абстрактность, избирательность и синтетичность, наличие мас-

штаба и метричностъ, наглядность, обзорность, однозначность и непре-

рывность [1].

Виртуальные геоизображения в полной мере обладают всеми этими

свойствами и добавляют к ним ряд других, среди которых наиболее су-

щественны следующие:

• реалистичность, проявляющаяся в трехмерности и перспективно-

сти изображения, хорошей передаче пластики рельефа местности,

естественной структуры ландшафта, натурального цветового

оформления и освещения

• программная управляемость - изменение параметров и внешнего

вида модели в интерактивном режиме с помощью меню и команд,

выбираемых пользователем

• анимационность (динамичность) - движение или изменение всего

изображения в целом, отдельных его элементов или точек обзора

в автоматическом или интерактивном режиме

• обновляемость - внесение новых данных, коррекция, модифика-

ция, осуществляемые в оперативном режиме, в том числе в реаль-

ном масштабе времени

• многомасштабность и мультиуровенная генерализация - переход с

одного масштабного уровня на другой за счет изменения уровня

детальности и текстуры изображения

• многотемноеть - изменение тематического содержания модели

путем замены или комбинации картографических и фотографи-

ческих слоев

• мультимедийность - сочетание трехмерного изображения с плос-

кой картой или снимком, профилями, разрезами, фотографиями,

звуковым сопровождением, что обеспечивает высокую информа-

тивность виртуальных геоизображений.

Некоторое, неизбежно схематическое представление о соотношении

свойств традиционных карт и виртуальных геоизображений дает сле-

дующее сопоставление:

Традиционные карты

Виртуальные геоизображения

Статичные

Плоские (двумерные)

Уел овно-зн аковые

Без возможности управления

изображением

Единый масштаб

Один уровень генерализации

Эпизодическое обновление

Фиксированные границы и контуры

Без отображения состояния

окружающей среды

Динамичные (анимационные)

Объемные (трехмерные)

«Реалистичные» и условно знаковые

Возможность интерфейса в

программно управляемой среде

Многом асштабность

Мультигенерализованность

Оперативное обновление в режиме

реального времени

Подвижные и нечеткие границы

С показом меняющегося состояния

окружающей среды

Говоря о свойствах виртуальных геоизображений, нельзя не сказать

и о таком немаловажном сегодня факторе, как притягательность их но-

визны. Они становятся популярны во многом в силу своей поражающей

воображение необычности и склонности человека к новым изобретени-

ям.

Каждому хочется взглянуть на виртуальный мир. Возможно, по мере

того как виртуальные геоизображения войдут в привычный научный и

практический обиход, пользователи более явственно увидят их недостат-

ки и ограничения и, как обычно, придут к выводу о том, что их следует

использовать «не вместо, а вместе» с традиционными картами.

Иногда можно встретить мнение, что появление «вполне реальных»

виртуальных изображений и отказ от привычных условных знаков

(например от горизонталей) может означать конец (даже смерть) кар-

тографии [11]. Увы, подобное навязчивое чувство страха возникает у

некоторых картографов как реакция на стремительный прогресс новых

технологий. Прежде казалось, что дни картографии сочтены вследствие

бурной математизации, компьютеризации, внедрения дистанционного

зондирования, геоинформационных систем, телекоммуникационных се-

тей.

Но этого не происходит. Обогащаясь геоинформационными техно-

логиями, картография продолжает свое развитие, не теряя, а приобре-

тая новые возможности и новые сферы применения.

Кажущаяся утрата знаковости виртуальных карт на самом деле оз-

начает открытие новых возможностей и аспектов языка карты, расши-

рение сферы его действия.

Видео- и аудиопеременные

Виртуальные геоизображения более всего похожи на красочные пей-

зажи, панорамы и цветные фильмы. В одних случаях их сознательно

делают «почти реальными», специально уменьшая условность и знако-

вость, но в других напротив, условные обозначения и окраски пред-

стают даже более яркими и выпуклыми, чем на обычных картах. Это

происходит именно в силу наглядности и натуральности виртуальных

геоизображений. Например, виртуальная картина горного рельефа смот-

рится почти как реальный ландшафт, словно прокручивается видеоплен-

ка, снятая с самолета, а виртуальная геологическая карта той же терри-

тории, раскрашенная в яркие цвета традиционной геологической леген-

ды,

предстает необычно ярко окрашенным объемным макетом, для

восприятия которого требуется определенный навык. Не совсем привыч-

но выглядит городской ландшафт, где реальная планировка улиц и ар-

хитектурных ансамблей сочетается с пестрой условной окраской зда-

ний, расцвеченных соответственно их функциональному назначению

(скажем, красный цвет - административные здания, оранжевый - жи-

лые дома, синий - банки, зеленый - торговые центры и т.п.).

Дизайн виртуальных геоизображений - совершенно не изученная

сфера картографии и геоиконики. Здесь требуется хорошее понимание

психологии зрительного восприятия. При оформлении приходится, к

примеру, учитывать, что читателю достаточно легко вообразить пано-

раму гор и ущелий (такую картину многим случалось видеть), но значи-

тельно труднее представить себе, как выглядит с высоты птичьего поле-

та «рельеф» городских крыш.

Язык виртуальных геоизображений подчиняется общим законам

языка карт, но имеет свои особенности. По аналогии с графическими

переменными, представление о которых ввел в 60-х годах французский

Рис.

Видео-

аудиопеременные виртуальных геоизображений

семиолог и картограф Ж. Бертэн [23] применительно к традиционным

статичным и плоским картам, полезно ввести понятие визуальных и

ЗВУКОВЫЕ

ЭФФЕКТЫ

Речь

Музыка

Аудиоклипы

Шумы

ЭФФЕКТЫ

ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Освещенность/

затененность

Атмосферные

явления

Земные покровы

ДИНАМИЧЕСКИЕ

ПЕРЕМЕННЫЕ

Длительность

Деформация

знаков

Масштабирование

Панорамирование

Изменение

ракурса

Дефилирование

цвета

Виртуальное

геоизображение

ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ

ПЕРЕМЕННЫЕ

Яркость

Текстура

Контраст

Цвет

Тон

Светотень

ОБЪЕМНЫЕ

ЭФФЕКТЫ

Ракурс

Перспектива

Пластичность

Светотень

КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ

ПЕРЕМЕННЫЕ

Форма

Размер

Ориентировка

Цвет

Светлота

Внутренняя

структура

аудиопеременных для виртуальных геоизображении (рис. 5). При этом

надо иметь в виду, что «виртуальный дизайн» основан на синтезе графи-

ческих средств, используемых для создания:

• плоских карт

• объемных моделей

• фотоизображений

• электронных анимаций

• внешних эффектов окружающей среды

• звуковых эффектов

Картографические (графические, по Ж. Бертэну) переменные - это

известные элементарные графические средства, используемые для пост-

роения отдельных знаков и знаковых систем. К ним относятся форма,

размер, ориентировка, цвет, насыщенность цвета и внутренняя структу-

ра знака.

К объемным эффектам относятся ракурс, перспектива, пластичность

и распределение теней. А использование фотоизображения привносит в

виртуальную картину такие графические (оптические) переменные, как

яркость, текстура (зернистость, полосчатость и т.п.), контраст, цвет, тон

и светотень.

Но,

пожалуй, самое эффектное средство формирования виртуаль-

ных геоизображений - это динамические графические переменные. Они

наиболее разнообразны арсеналом. Среди них исследователи называют

длительность (продолжительность) и изменение формы знаков, масш-

табирование, панорамирование и изменение ракурса изображения, де-

филирование цвета, а также «фазу» или «ритмические повторы некото-

рых событий» [29]. Н.Л. Беручашвили [7] удачно назвал это «миганием»

знаков.

К наиболее эффектным динамическим графическим переменным, с

помощью которых реализуется постепенный переход от одного объекта

(или состояния) к другому, относятся также перемещение знаков (объек-

тов,

меток), движение стрелок, указывающих направления этих переме-

щений, потоки, миграции и т.п. Очень выразительный прием - дефили-

рование цвета, то есть постепенное его изменение или пульсация, виб-

рирование окраски (например, при показе распространения ареалов

опасных явлений), а также мигание знаков, привлекающее внимание к

какому-либо важному объекту, например, к источнику повышенной на-

пряженности.

Суммируя опыт применения динамических переменных для визуа-

лизации виртуальных геоизображений, можно сказать, что они реша-

ют следующие задачи:

• отображение временных изменений всей модели или отдельных

объектов на ней

• показ движения реальных объектов (облаков, автомобилей) для

усиления иллюзии реальности

• привлечение внимания читателя (пользователя) к какому-либо

примечательному объекту или к опасному явлению

• показ объекта или всей вирутальной модели в разных перспекти-

вах и под разными ракурсами.

При создании виртуальных геоизображений применяют специфи-

ческий набор графических эффектов для моделирования внешней сре-

ды.

К ним относятся освещенность или затененность местности в целом

и отдельных ее участков, эффекты тумана, дождя, снегопада и т.п., а так-

же состояние земных покровов (травяной, снежный покров и др.). Со-

вмещение дизайна объекта и внешней среды представляет собой слож-

ную задачу. Нелегко, например, спроектировать гипсометрическую

шкалу, но виртуальные модели предполагают еще и изменение этой

шкалы в условиях дымки, тумана, при весеннем солнечном освещении

или наличии снежного покрова.

Наконец, к аудиопеременным относится звучание речи (чтение тек-

стовых пояснений, подсказок) и музыкальное сопровождение (например,

исполнение мелодии, создающей весеннее настроение, гимна страны и

т.п.).

Для усиления эффекта реалистичности применяют аудиоклипы с

записями грохота извергающегося вулкана, движения поездов, рычания

диких животных, пения птиц. Впечатление приближающейся опасности

(например, нарастание риска схода лавины) может создать усиление

«беспокоящего» шума вместе с появлением красноватых (алармистских)

тонов и «тревожным» миганием знаков.

Дизайн виртуальных геоизображений - особая область, которая пока

не получила в картографии достаточного рассмотрения. Иногда выска-

зывается мнение, что при электронном моделировании картографиро-

вания оформление утрачивает свою специфику, становясь лишь одним

из направлений компьютерной графики. Кажется, что различия между

картографией и графикой как бы стираются, а картографы превраща-

ются в дизайнеров виртуального киберпространства.

Но преобладает все же противоположная точка зрения. Согласно ей,

сфера применения законов картографической коммуникации в виртуаль-

ной среде существенно расширяется, возрастает взаимодействие создате-

ля и читателя геоизображения и повышается роль языка условных зна-

ков.

По мнению Н. Таскера [43], именно картографы гораздо лучше, чем

специалисты по компьютерному дизайну, подготовлены к созданию вир-

туальных геоизображений, мультимедийных продуктов и Веб-сайтов

остается только официально признать их главными экспертами в этой

сфере бизнеса.

Реальные и абстрактные геоизображения

Существует возможность представлять в виртуальном формате не

только реальные объекты (рельеф местности, растительный покров, го-

родской ландшафт), но и абстрактные явления и процессы (среднюю

годовую температуру, обеспеченность населения медицинской помощью,

движение финансовых потоков и т.п.). Поэтому с позиций геоиконики

целесообразно различать геоизображения виртуальной реальности (BP)

и виртуальной абстракции (ВА), обладающие определенными сходства-

ми и различиями.

При моделировании BP на первый план выступает задача создать

геоизображение, максимально похожее на реальную местность, кото-

рую пользователь наблюдал лично, видел на фотографиях, аэро- и кос-

мических, знает по литературным описаниям. Здесь важно точно соблю-

сти внешнее подобие, добиться сходства модели с ее прообразом.

Иной раз требуется моделировать реальные объекты, которые ник-

то никогда не видел, например, рельеф дна Мирового океана или гло-

бальную циркуляцию атмосферы. Но все же, здесь можно опереться на

аналогии и традиции или, скажем, на принципы актуализма и опыт па-

леогеографических реконструкций. Картография имеет в этом смысле

большой опыт. Хорошо известны, например, физиографические карты

подводного рельефа или марсианских ландшафтов, которые восприни-

маются как вполне правдоподобные реальные картины.

При создании ВА возникают иные проблемы. Необходимо придать

естественность, реалистичность и выразительность абстрактным (рас-

четным, мысленным, воображаемым) объектам и процессам, а главное -

максимально наглядно передать пространственные связи и взаимные

отношения, точно привязать их к территории. Причем в одних случаях

речь идет об абстрактных объектах, размещенных в реальном геогра-

фическом пространстве и в реальном времени (например, средние ме-

сячные температуры на данной территории), а в другом - об абстракт-

ных объектах и процессах в абстрактном признаковом пространстве

(например, динамика индекса уровня жизни населения в пространстве

«доходы - жилищные условия - медицинское обслуживание»).

Возможно, для этого окажутся полезными разнообразные методики

построения анаморфированных изображений [10]. Речь идет пока лишь о

принципиальной возможности картографирования столь сложных абст-

рактных виртуалывых геоизображений, практический опыт их создания

отсутствует.

Моделирование в тематическом пространстве

Все,

что сказано выше, относится к виртуальным геоизображениям,

моделирующим динамику явлений и процессов, то есть их движения во

времени. Это наиболее ясное и прямое назначение виртуальных анима-

ций - реализация идеи анализа разновременных карт или снимков.

Однако вполне правомерно и иное преломление виртуальной техно-

логии. Можно, например, поставить задачу движения вглубь, допустим,

от изображения рельефа дневной поверхности к изображению палеоре-

льефа и далее - к геологической структуре, тектоническому строению, к

поверхностям гранитного, базальтового слоя, к границе мантии. Мож-

но построить трехмерные анимационные последовательности, иллюст-

рирующие более или менее плавный переход от поверхности океана к

глубинным водным массам и придонным зонам или, наоборот - к верх-

ним слоям атмосферы. При этом станет возможным постепенное про-

движение к тропосфере и далее - к тропопаузе, мезосфере и ионосфере,

моделирование атмосферных сияний и озоновых дыр.

Можно предвидеть и создание виртуальных монтажей, совмещаю-

щих несколько взаимосвязанных сюжетов, скажем, показ динамики

демографических показателей на фоне изменения экологической ситуа-

ции на данной территории.

Одним словом, виртуальные геоизображения не ограничиваются

визуализацией движения во времени, они способны передать и переме-

щения в пространстве, точнее - в тематическом признаковом простран-

стве. Такие модели пока еще кажутся фантастикой, но в самом недале-

ком будущем они могут стать вполне реализуемыми.

Виртуальные глобусы

Методика создания виртуальных глобусов [41] позволяет сделать

наглядные шарообразные картографические модели планет еще более

наглядными и удобными. Эти замечательные изобретения картографии,

существующие уже более пяти веков, чрезвычайно просты в использо-

вании, а главное - не имеют присущих картам искажений, благодаря

чему служат незаменимым учебным пособием. Но, как известно, глобу-

сы громоздки, нетранспортабельны и поэтому обычно мелкомасштаб-

ны.

Современные земные глобусы чаще всего имеют масштабы от

1:30 000 000 до 1:80 000 000.

Виртуальные глобусы снимают многие из этих ограничений. Прежде

всего, они весьма «транспортабельны» и умещаются на одном тонком

компакт-диске. «Не надо перевозить глобусы, - замечает А. Ридал, дос-

таточно перевозить данные» [41, с.655]. Глобальные цифровые модели и

технологии многомасштабной аппроксимации позволяют переходить на

разные уровни детальности шарообразного изображения, вводить новые

данные и менять тематику глобусов. Использование специальных стерео-

очков, применяемых в цифровой фотограмметрии, позволяет видеть на

экране объемные вращающиеся стереоскопические «гиперглобусы», со-

вмещающие разные тематические слои. На них можно моделировать ме-

няющееся солнечное освещение, облачность, показывать атмосферные

фронты, зоны осадков, циклоны и антициклоны, сезонные изменения

растительного покрова и ландшафта и т.п.

Одно время в картографии проводились эксперименты по созданию

голографических карт и глобусов, но их реализация оказалась доволь-

но трудоемкой. Современные технологии виртуального картографи-

рования позволяют получать не менее реалистичные модели. Техниче-

ски возможно проектировать виртуальные глобусы и на шарообразный

экран.

Виртуальные геоизображения как учебные пособия

Виртуальные геоизображения находят самое широкое применение в

обучении - на всех уровнях, от начального до высшего. Школьники

прекрасно подготовлены к этому благодаря широко распространенным

компьютерным играм, которые увлекают их в мир виртуальной реаль-

ности. Погони по головоломным лабиринтам, войны в космическом

пространстве, автогонки по пересеченной местности - дети разных воз-

растов легко осваивают эти и многие другие электронные развлечения,

на долгие часы приникая к светящимся экранам, хотя это и небезопасно

для их здоровья. Индустрия компьютерных игр приносит высокие при-

были. Виртуальная реальность, в том числе геоизображения (карты и

глобусы), нашли применение и в тренажерах, используемых для подго-

товки летчиков и космонавтов.

Специальные психологические исследования [16] показывают, что

компьютерные миры активно развивают навыки восприятия простран-