Cтатьи и комментарии

Геопрофи №6 2005
ГИС «Карта 2005». Объемный взгляд на мир

E.А. Кружкова (ЗАО КБ "Панорама") В 1992 г. окончила факультет технологии машиностроения МИСиС. В настоящее время эксперт по разработке трехмерных моделей ЗАО КБ "Панорама".
Н.А. Пантелеева (ЗАО КБ "Панорама") В 1977 г. окончила механико-математический факультет НГУ. В настоящее время ведущий разработчик ЗАО КБ "Панорама".

Возможно ли, чтобы объемное изображение местности появлялось на экране компьютера также просто, как вид из окна? Новая версия ГИС «Карта 2005» приближает нас к решению этой задачи. Получение объемного изображения по любой карте производится одним нажатием кнопки. Объемный вид объектов выбирается из библиотек трехмерных изображений, с учетом свойств объектов. Технология создания таких библиотек и построения трехмерных моделей местности является темой данной статьи.

Трехмерные модели местности позволяют взглянуть на обширные территории с высоты птичьего полета, проехать по городским улицам, осмотреть здание, интерьер помещений, надземные и подземные коммуникации и другие объекты.

Трехмерная модель местности в ГИС КАРТА 2005

Для того, чтобы трехмерное изображение территории было узнаваемым, совершенно не обязательно создавать объемный вид каждого дома, фонаря, решетки, дороги. Достаточно сделать несколько характерных зданий, правильную расцветку типовых домов, и общий вид становится похожим на реальную местность. Представляется разумным подход, при котором существуют типовые изображения для большинства объектов и индивидуальные для некоторых.

Вместе с классификаторами электронных векторных карт поставляются библиотеки трехмерных изображений для различных масштабов. Для получения объемного вида имеющихся электронных карт достаточно подключить одну или несколько библиотек к классификатору и назначить для выбранных объектов подходящее изображение. Одна и та же библиотека изображений может быть добавлена в классификаторы разных векторных карт. Эта универсальность дает возможность быстрой подготовки карты к отображению в трехмерном виде. Хотя процесс построения модели выполняется быстро (от нескольких секунд до нескольких минут), но при этом обрабатываются векторные карты, матрицы высот, триангуляционные модели рельефа (TIN), цифровые фотоснимки местности. При перестроении модели учитываются все изменения информации. Построенные на основе библиотек трехмерных изображений объектов типовые модели местности являются самым быстрым способом получения качественной трехмерной модели.

Основой для получения трехмерного вида типовых изображений являются шаблоны. Вид объекта, созданного с помощью шаблона, является достаточно простым. На всем протяжении метрики объект выглядит одинаково. Этого подходит для многих типов объектов, таких как леса, дороги, коммуникации, ограждения, различные внемасштабные знаки. Модели местности, построенные из типовых объектов, могут применяться в разнообразных областях деятельности: в обслуживании водоканалов, газовых хозяйств, тепло- и электросетей и линий связи, в землеустроительных комитетах, при проектировании дорог и зданий, в службах МЧС, в охранной и военной деятельности и т.д.

Трехмерная модель местности в ГИС КАРТА 2005

Для более точного отображения объектов необходимо учитывать их семантические характеристики. Так как метрика на векторной карте в основном двухмерная, такие характеристики как высота объектов, этажность, высота конька крыши берутся из семантики. В семантике можно указать и характеристики, влияющие на внешний вид поверхностей. Например, цвет стены или имя файла, содержащего изображение фасада дома (файл ВМР или JPEG). На улице, застроенной двухэтажными домами, всем домам можно назначить один внешний вид, а для некоторых указать вид фасада из семантики (например, для магазина, аптеки, школы).

Понятно, что одинаковое изображение вдоль всей метрики не может быть использовано для всех объектов. Иногда необходимо, чтобы фасад и торец здания имели разное изображение. Кроме того, существуют отдельные детали домов: подъезды, завершения лифтовых шахт, арки для проезда, башенки и т.д. Трехмерные модели детального вида описывают местность с объектами, вид которых настраивается индивидуально. Для решения такой задачи применяется более сложный вид объекта – модель. Самой простой моделью является набор шаблонов, для каждого из которых указано на какой части метрики (формы) модели и на какой высоте он рисуется. Так для дома, можно указать каким шаблоном рисуется часть метрики, соответствующая фасаду, каким шаблоном и где нужно отображать подъезды. Шаблоны, включенные в модель, являются самостоятельными 3 D видами (крыши, балконы, части фасада) и могут использоваться многократно, как в качестве составной части для разных моделей, так и отдельно. Трехмерные модели местности детального вида важны для архитектурных и градостроительных служб.

Трехмерная модель местности в ГИС КАРТА 2005

Трехмерные модели внутренних помещений позволяют описывать объемный вид интерьера и создаются на основе поэтажных планов. Их можно использовать для проектирования внутреннего устройства зданий, планирования размещения рабочих мест в заводских и офисных помещениях, дизайна квартир.

Тематические трехмерные модели создаются по тематическим картам. Существует множество областей, где удобно применять именно тематические модели. Современный город располагается на нескольких уровнях. Сеть городских коммуникаций невидима и объемна. Двухмерная карта не дает представления о реальном расположении трубопроводов и кабелей в пространстве. ГИС «Карта 2005» позволяет вести трехмерную карту коммуникаций. Можно дополнить плоскую метрику трубопровода третьей координатой, указать в семантике материал и диаметр труб. Трехмерную модель можно перевернуть так, как удобно, чтобы оценить взаимное расположение требуемых объектов, реальную глубину их залегания, трудоемкость доступа. Двухмерная карта при этом видна над коммуникациями, так что визуальная привязка к местности доступна.

Построение трехмерной модели и ее отображение выполняет прикладная задача «Навигатор 3D». При просмотре модели можно управлять:

  • видом поверхности модели (изображение карты, снимка, матрицы, каркасный вид);
  • видом объектов (полный, каркасный, без объектов);
  • подробностями отображения рельефа;
  • освещенностью модели (естественное по времени суток, типа «прожектор», направленное от пользователя);
  • скоростью движения по модели и т.д.

Перемещение по трехмерной модели и по двухмерной карте может быть синхронизировано. Возможна работа как со всем отображаемым на двухмерной карте районом, так и с любым выбранным его фрагментом. Выбор отображаемой области может производиться в любой момент. Пользователь, не выходя из задачи «Навигатор 3D» может также просматривать семантику и метрику выбранного объекта, изменять двухмерный и трехмерный вид объектов, изменять список данных электронной карты, работать с базой данных. Можно рассматривать объекты все сразу, а можно работать только с выбранными слоями и объектами. В «Навигаторе 3D» есть возможность сохранения текущего изображения в bmp -файл. Также можно записать AVI -файл с перемещением по трехмерной модели и с изменением ее характеристик.

Для использования трехмерного вида в прикладных задачах разработан API -интерфейс, что позволяет значительно расширить возможности ГИС «Карта 2005» и сферу ее применения.