Скворцов А.В., Поспелов П.И., Крысин С.П. Геоинформатика в дорожной отрасли (на примере IndorGIS)
Подождите немного. Документ загружается.
Напомним, что транспортная сеть состоит из узлов, рёбер и маршрутов (см.
п. 2.4). При отображении объектов транспортной сети на карте можно
использовать обычные визуализаторы, используемые для векторных данных.
Однако в некоторых ГИС имеются специфичные способы визуализации для
транспортных сетей. Например, на рис. 5.19 приведен пример улично-
дорожной сети города. Видно, что дуги сети отображаются линиями со
стрелками на концах, показывающими допустимые направления движения.
Также видны маршруты общественного транспорта, которые представлены
линиями со стрелками, идущими вдоль дороги.
Рис. 5.19. Фрагмент улично-дорожной сети города с маршрутами транспорта
В некоторых случаях информация о транспортной сети может отображаться
иными способами, например, следующими:
1. Картограммы транспортных потоков (рис. 5.20). В этом визуализаторе
дуги сети отображаются линиями одинакового цвета, но разной толщины,
которая пропорциональна транспортному потоку на соответствующей дуге
сети. Транспортным потоком может быть количество автомобилей,
проехавших по дороге за некоторое время (например, за час или сутки),
количество пассажиров, перевезенных по указанной дуге, или что-то иное.
Рис. 5.20. Пример визуализации транспортных потоков
Рис. 5.21. Пример визуализации межрайонных
связей транспортных районов
2.Межрайонные связи – это картограмма укрупненных транспортных
потоков между транспортными районами. Между серединами транспортных
районов проводятся линии, толщина которых делается пропорциональной
величине обобщенного транспортного потока по всем дорогам между двумя
районами (рис. 5.21).
5.6.Визуализация поверхностей
Поверхности в ГИС обычно представляются двумя способами – в виде
регулярной или нерегулярной сети отсчетов, т.е. с помощью растровой или
триангуляционной модели.
Существует несколько основных способов отображения поверхностей на
карте:
1.Отображение цветами по высотам. Каждая точка на карте отображается
цветом, который выбирается исходя из высоты соответствующей точки на
поверхности (рис. 5.22,а).
2.Светотеневое отображение (способ «отмывки рельефа»). В этом способе
каждая точка на карте отображается цветом так, чтобы создавался эффект
«выпуклого» трехмерного изображения (рис. 5.22,б).
(а) (б)
Рис. 5.22. Отображение модели рельефа цветами по высотам (а) и
светотенями (б)
3.Отображение изолиниями. Этот способ является наиболее
распространенным в традиционной («бумажной») картографии. В нем на
карте отображается множество изолиний – линий одинаковой высоты,
проводимых через разные высотные отметки с некоторым шагом (рис.
5.23,а).
4.Отображение изоконтурами. Изоконтуры – это области на карте, в
которых высоты распределены в некотором диапазоне. По сути, изоконтуры
– это области между смежными изолиниями. Данный способ отображения
является компьютерным обобщением способа изолиний, позволяя в ряде
случае более наглядно показать распределение высот на карте. При
отображении изоконтуров на карте их часто раскрашиваются в зависимости
от высот отдельных контуров (рис. 5.23,б).
(а) (б)
Рис. 5.23. Отображение модели рельефа изолиниями (а) и изоконтурами (б)
(а) (б)
Рис. 5.24. Отображение модели рельефа изоклинами
в виде линий (а) и контуров (б)
5.Изображение изоклинами. Изоклины – это линии одинакового уклона на
поверхности, построенные с определенным шагом. Уклон в данной точке
поверхности измеряется как отклонение нормали к поверхности в этой точке
от вертикали. Уклон может измеряться в градусах, однако наиболее часто он
измеряется в процентах или промилле.
Величина уклона поверхности в процентах указывает, на сколько метров
изменится высотная отметка на поверхности при перемещении вдоль
поверхности на 100 м. Например, проценты используются для обозначения
уклона на дорожных знаках. Так, значение уклона 5% означает перепад
высот в 5 метров на 100 м дороги.
Аналогично измеряется величина уклона поверхности в промилле, только
здесь за основу берется перемещение по поверхности на 1000 м. Например,
уклон дороги в 20‰ означает перепад высот в 20 метров на 1000 м дороги.
В ГИС изоклины, как и изолинии, могут отображаться как отдельные линии
(рис. 5.24,а), так и в виде замкнутых контуров (рис. 5.24,б).
6.Отображение векторами уклонов. Этот способ визуализации обычно
используется при работе в крупном масштабе, когда достаточно визуально
определить направление и угол уклона поверхности. Обычно в центре
каждой ячейки поверхности (в каждой ячейке регулярной модели или в
каждом треугольнике нерегулярной) ставится стрелка, которая направлена в
сторону наклона поверхности, а её длина показывает степень наклона: чем
длиннее стрелка, тем больше уклон (рис. 5.25,а). Иногда вместо длины
стрелки варьируется её толщина: чем толще стрелка, тем больше уклон.
(а) (б)
Рис. 5.25. Отображение модели рельефа векторами уклонов (а)
и экспозициями склонов (б)
7.Отображение экспозициями склонов. Данный способ позволяет визуально
определить, в какую сторону света наклонена поверхность. Обычно все
стороны света делят на 8 частей секторами по 45° (север, юг, запад, восток,
северо-запад, северо-восток, юго-запад и юго-восток), а затем для каждой
ячейки модели поверхности определяют направление уклона поверхности и
выбирают один из 8 цветов отображения ячейки (рис. 5.25,б).
5.7.Трехмерная визуализация
Трехмерная визуализация в ГИС является дополнительным иллюстративным
средством, позволяющим интерактивно осмотреть цифровую модель
местности с эффектом присутствия.
Обычная ЦММ зачастую не несёт в себе достаточно информации для
создания полноценного трехмерного изображения. Такая ЦММ, дополненная
вспомогательными сведениями, называется виртуальной моделью
местности (ВММ), иногда называемой также сценой.
В настоящее время виртуальные модели местности отображаются на экране
компьютера с помощью стандартных средств, имеющихся во всех
современных компьютерах. Почти все современные компьютеры содержат в
своём составе видеокарты, позволяющие работать в трехмерном режиме.
Почти все операционные системы содержат программные библиотеки для
трехмерной визуализации, среди которых наиболее известны OpenGL и
DirectX. Использование той или иной программной библиотеки во многом
накладывает определенные ограничения. В первую очередь, это ограничения
по скорости, качеству и детальности визуализации.
Виртуальная модель местности состоит из следующих видов данных:
1.Модели рельефа (ЦМР) в виде регулярной или нерегулярной сети
отсчетов. С точки зрения качества трехмерной визуализации наилучший
результат обычно достигается с помощью нерегулярной (триангуляционной)
модели рельефа, особенно при равном числе элементов ЦМР. Однако часто
применяется и регулярная (растровая) модель, особенно для
мелкомасштабных карт.
Следует знать, что скорость трехмерной визуализации (количество кадров,
отрисовываемых ГИС за 1 секунду) модели рельефа обычно зависит только
от числа элементов ЦМР, а потому выбор типа ЦМР обычно делается в
пользу нерегулярной триангуляционной модели, несмотря на то, что файл
нерегулярной модели занимает на диске существенно больше места, нежели
файл аналогичной регулярной модели.
На рис. 5.26 приведен пример трехмерного изображения триангуляционной
модели рельефа, а на рис. 5.27 – пример регулярной модели.
2.Растровые изображения земной поверхности. Это может быть
космический или аэрофотоснимок, сканированное изображение карты, либо
изображение двухмерной карты, автоматически сгенерированной обычными
средствами ГИС. Такие растровые изображения накладываются
(натягиваются) поверх модели рельефа методом текстурирования (рис.
5.28).
(а) (б)
(в)
Рис. 5.26. Трехмерное отображение триангуляционной модели рельефа
(а – триангуляция; б – триангуляционная модель рельефа;
в – трехмерное отображение рельефа)
(а) (б)
Рис. 5.27. Трехмерное отображение регулярной модели рельефа
(а – регулярная сеть; б –трехмерное отображение рельефа)
3. Векторные данные, которые путем выдавливания по вертикали
приобретают объемный вид. Например, слой зданий, представленный в виде
полигонов, путём выдавливания вверх на некоторую высоту (в зависимости
от значений атрибутов) приобретает вид многогранников. Стороны этих
зданий могут быть окрашены одним цветом, либо на них можно нанести
текстуру (рис. 5.28).
4. Подписи объектов. Трехмерные подписи бывают двух видов: плоские и
трехмерные. Плоские подписи рисуются поверх готового трехмерного
изображения вблизи интересующих объектов. При этом недостатком
является то, что такие плоские подписи могут взаимно перекрываться, не
давая читать текст, и не всегда ясно, к какому объекту относится надпись.
Рис. 5.28. Трехмерное изображение местности с натянутым
на рельеф аэрофотоснимком и векторными данными (здания)
Трехмерные подписи – это, по сути, полноценными трехмерными объектами,
являющимися частью трехмерной сцены. Трехмерные подписи обычно
подобны дорожным знакам, установленным в некоторых точках местности,
но при этом они могут поворачиваться к зрителю. При необходимости можно
приблизиться к этой подписи и рассмотреть её.
5.Трехмерные объекты специального назначения. Обычно эти объекты
импортируются из других программ в виде готовых трехмерных моделей,
представленных в некотором стандартном формате, при этом наиболее часто
используются форматы 3D Studio (*.3ds) и X-файлы (*.x). Таким способом
можно, например, импортировать детальную 3-мерную модель здания и
установить её в некотором месте на карте, при этом здание появится в окне
трехмерного вида.
Некоторые геоинформационные системы предоставляют возможности по
автоматическому созданию трехмерных моделей некоторых стандартных
видов объектов, включая здания (имеющие крыши со скатами), автомобили,
самолёты, трубопроводы, дорожные знаки, ограждения, заборы, зеленые
насаждения и пр. (рис. 5.29).
В настоящее время наиболее часто используются следующие способы
просмотра виртуальных моделей местности:
1. Статический просмотр ВММ с определенной точки зрения. Данный
способ наиболее прост и не требует больших мощностей компьютера.