Трехмерные виртуальные геоизображения и их применение

2. Трехмерные виртуальные геоизображения и их применение

2.1. Трехмерные виртуальные геоизображения

Объемные трехмерные модели отличаются значительным разнообразием и уже давно прочно вошли в исследовательскую практику. Обилие изображений такого рода, моделирующих не только реальные, но и абстрактные объекты, множество их разновидностей и применяемых технологий дали даже повод говорить о "трехмерной картографии" как особом научном направлении. Л.Е.Смирнов выделяет плоские модели трехмерного пространства, то есть специальным образом построенные двумерные изображения, рассчитанные на субъективное восприятие трехмерности; стереоскопические модели, воспроизводящие объемность хотя и не материально, однако с полной имитацией их пространственного образа, а также физические модели, материально воплощающие объемность изображаемых объектов. В создании трехмерных изображений особое значение приобретает зрительный образ, который должен давать полное представление о пространственности объектов и явлений, каково оно в действительности или в представлении создателей трехмерной модели. Кратко охарактеризуем основные виды объемных геоизображений.

Стереоскопические геоизображения — образные и образно-знаковые масштабные пространственные модели, зрительно воспроизводящие трехмерность и объемность отображаемых объектов. Это анаглифические изображения, стереофотограмметрические модели, фотографические и растровые стереомодели.

Наиболее известны анаглифические карты и снимки, которые печатаются двумя взаимно дополняющими цветами (сине-зеленым и красным) с некоторым параллактическим смещением, так что оба изображения образуют стереопару. При бинокулярном рассмотрении анаглифов через специальные очки-светофильтры с красным и сине-зеленым стеклами каждый глаз раздельно видит лишь "свое" изображение, кажущееся серым. Читатель воспринимает эти раздельные изображения как единое черно-белое стереоскопическое (объемное) изображение. Объемную модель можно получить и путем проектирования разноцветных слайдов на один экран через соответствующие цветные фильтры, компьютерные технологии позволяют воспроизводить анаглифические карты и снимки на дисплеях.

На анаглифических картах можно показать не только реальную местность, но и абстрактный рельеф, например, поле атмосферного давления или плотность населения.

Имеются опыты по созданию объемных геоизображений на основе метода растровой стереоскопии, когда разделение осуществляется с помощью линзовых растров, накладываемых на карту. Растровые картины, получаемые таким образом, хорошо известны в быту — это "объемные" цветные открытки. В данном случае оптическое приспособление совмещено с плоскостью изображения, и его можно рассматривать из любых положений. Само же изображение (карта, снимок) остается при этом неподвижным.

Стереофотограмметрические модели создают по стереопарам перекрывающихся снимков. Стереопарами могут быть соседние аэрофотоснимки, сделанные с двух разных точек с частичным перекрытием, наземные или подводные снимки, космические изображения, полученные с перекрытием с двух соседних трасс. Стереоскопический эффект возникает при определенных условиях: снимки стереопары должны быть правильно расположены один относительно другого, разность их масштабов, неизбежная при раздельном фотографировании, не должна превышать 16 %, а угол, под которым пересекаются соответственные зрительные лучи, не может быть больше 16°. При этом каждый глаз наблюдателя должен видеть только один снимок стереопары.

Простейшим прибором, с помощью которого получают стереоскопический эффект, является стереоскоп, более сложные устройства — стереометры, стереопроекторы, стереоматы и др. — позволяют не только видеть объемное изображение, но и выполнять по нему высокоточные измерения, проводить дешифрирование и рисовку рельефа, то есть как бы вести топографическую съемку в ручном, полуавтоматическом и даже автоматическом режимах.

Блоковые геоизображения — к этому виду отнесены блок-диаграммы — плоские трехмерные картографические рисунки, совмещающие перспективное изображение поверхности с продольным и поперечным вертикальными разрезами, физиографические карты, объемные картограммы, а также близкие им по свойствам рельефные карты и глобусы, то есть физические объемные модели поверхности планеты. Наиболее разнообразны по форме и тематике блок-диаграммы. Чаще всего они показывают рельеф территории совместно с геологическими или геолого-геоморфологическими профилями. Но существуют и иные - геофизические блок-диаграммы, передающие геофизическое строение недр, почвенные — дающие представление о соотношении рельефа, ландшафта и почв, климатические — совмещающие изображение барических поверхностей, вертикальной температурной стратификации, ветров на разных высотных уровнях и т.п.

Если по одной из осей показать временные интервалы, то получится так называемая метахронная блок-диаграмма, характеризующая последовательную смену состояний явления во времени: по дням, месяцам, сезонам года и т.п.

К блок-диаграммам близки физиографические карты — перспективные рисунки рельефа суши и морского дна, передающие пластическое, картинное изображение поверхности, ее физиономические черты (отсюда и название этих изображений). Физиографические карты, как и блок-диаграммы строятся в определенном вертикальном масштабе, обычно преувеличенным для наглядности относительно горизонтального, с некоторым перспективным сдвигом форм рельефа, что и создает эффект объемности. Существует несколько разновидностей физиографических изображений, например, показ рельефа поверхности с помощью так называемых наклонных изолиний — следов сечения поверхности серией равноотстоящих наклонных плоскостей. Такие геоизображения похожи на профильные блок-диаграммы.

Рис.2.1 Блок-диаграммы, построенные в разных проекциях А - аксонометрическая проекция; Б - перспективная проекция с одной точкой перспективы; В - перспективная проекция с двумя точками перспективы; Г - перспективная блок-диаграмма, составленная в виде серии профилей.

2.2. Динамические геоизображения

Естественно, что особый импульс развитию методов создания динамических геоизображений придали два обстоятельства: возрастающие технические возможности ГИС-технологий и необходимость визуализации результатов мониторинга — постоянного слежения за изменениями природной среды и нарушениями экологического равновесия. Прогресс геоинформационного картографирования дает основания полагать, что в ближайшем будущем динамические геоизображения станут не менее привычными средствами познания окружающей действительности, чем аэрокосмические снимки и электронные карты.

Анимации или мультипликационные геоизображения — это фильмы, состоящие из серий тематических и пространственно связанных кадров, отображающих последовательные состояния (динамические фазы) явлений или процессов. Анимации (анимационные последовательности — animation sequences) могут состоять из серий электронных карт или разновременных снимков, быть плоскими или стереоскопическими, отражать реальные объекты и абстрактные модели. Частным случаем анимации можно считать многовременные снимки, диафильмы, слайд-фильмы.

Кинематографические геоизображения — фотографические (телевизионные, сканерные, стереоскопические и др.) фильмы, полученные путем непрерывной регистрации какого-либо процесса или явления и позволяющие проследить его динамику, эволюцию, траекторию изменения во времени и пространстве.

Свойства кинематографических изображений, как и анимаций, в большой степени определяются свойствами самого геопроцесса (степенью его динамичности, четкостью границ и др.), особенностями съемки, записи и монтажа фильма, скоростью демонстрации. Известно, что кинофильмы можно демонстрировать с нормальной скоростью — 24 кадра в секунду, замедленной — менее 24 кадров в секунду, ускоренной — от 30 до 500 кадров в секунду. Скоростная демонстрация достигает 500 — 1000 кадров в секунду и более. Отсюда возникают совершенно новые и пока еще непривычные проблемы временной генерализации, выбора новых изобразительных средств, разработки принципов восприятия зрителями кинематографических геоизображении и т.п.

Таким образом, динамические геоизображения по своей размерности подразделяются на две группы:

• 3-мерные (х, у, t или х, z, t): многовременные снимки, анимации, слайд-фильмы, кинокартфильмы, киноатласы и др.;

• 4-мерные (х, у, z, t): стереофильмы, стереомультипликации (стереоанимации), динамические блок-диаграммы, динамические голограммы и др.

По скорости демонстрации они могут быть замедленными, нормальными, среднескоростными, ускоренными и высокоскоростными.

Динамические геоизображения добавляют традиционным статичным картам и снимкам столь необходимый исследователям временной аспект и это ставит перед специалистами в области наук о Земле проблемы, связанные с тем, чтобы наилучшим образом воспользоваться открывающимися возможностями.

2.3. Анимации в ГИС и виртуальных моделях

Развитие геоинформационного картографирования [Берлянт, 1997] значительно расширило возможности оперативного картографирования и анимаций. Оперативное картографирование понимается как создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабе времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователей и воздействия на ход процесса. При этом реальный масштаб времени характеризует скорость создания-использования карт, т.е. темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управления, контроля каких-либо процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.

Создание анимаций является одной из ветвей оперативного геоинформационного картографирования. Специальные компьютерные программы содержат наборы модулей, обеспечивающих самые разные варианты и комбинации анимаций:

• перемещение картографического изображения по экрану;
• мультипликационные последовательности карт-кадров или 3-мерных изображений;
• изменение скорости демонстрации, покадровый просмотр, возврат к избранному кадру, обратная последовательность;
• перемещение отдельных элементов содержания (объектов, знаков) по карте;
• показ изменений отдельных элементов содержания (объектов, знаков), их размеров, ориентации, мигание знаков, топологические преобразования и др.;
• варьирование окраски (пульсация и дефилирование), изменение интенсивности, создание эффекта вибрации цвета;
• изменение освещенности или фона, "подсвечивание" и "затенение" отдельных участков карты;
• панорамирование, изменение проекции и перспективы (точки обзора, ракурса, наклона), вращение 3-мерных изображений;
• масштабирование (зуммирование) изображения или его части, использование эффекта "наплыва" или удаления объекта;
• создание эффекта движения над картой ("облет" территории), в том числе, с разной скоростью.

Современные географические информационные системы (ГИС) обычно включают анимационные модули, которые позволяют осуществлять визуальный и картометрический анализ изменения во времени некоторых динамических показателей и ситуаций. Обычно такие модули присутствуют в ГИС ресурсного назначения, они отражают динамику гидроклиматических, геофизических, геохимических характеристик, экологических состояний. Например, помесячные карты температуры воздуха в пределах акватории Черного моря, входят в ГИС-"Черное море", созданную для изучения региональных механизмов воздействия на экосистему этой акватории и решения проблем ее охраны от прогрессирующего загрязнения и деградации [Аляутдинов и др., 1999]. Модуль "Анимация" позволяет выбрать из меню один из трех показателей: осадки, ветер или температуру, после чего можно запустить анимацию с прямым или обратным ходом времени. Скорость анимации может быть изменена выбором одной из предлагаемых величин временного интервала между кадрами. Кроме того, обеспечивается возможность интерполяции показателя на заданную дату. Для этого в соответствующем меню требуется выбрать и ввести месяц и число.

Тот факт, что анимации можно демонстрировать с нормальной, ускоренной или замедленной скоростью, ставит новые и пока еще непривычные проблемы временной генерализации, выбора изобразительных средств, исследования принципов восприятия зрителями кинематографических геоизображений и т.п. В связи с этим представляется оправданным введение понятия масштаба времени или, лучше сказать, временного масштаба. Тогда можно говорить о медленно-, средне- и быстромасштабных изображениях, приняв, например, следующие соотношения:

1:86 000 - одна секунда демонстрации анимационной карты соответствует (округленно) 1 суткам;

1:600 000 - в одной секунде - одна неделя; 1:2 500 000 - в одной секунде - один месяц; 1:31 500 000 - в одной секунде - один год.

Дальнейшим развитием оперативного картографированияи и анимационных технологий стало "виртуальное картографирование".

В машинной графике визуализация виртуальной реальности предполагает, прежде всего, применение эффектов трехмерности и анимации. Именно они создают иллюзию присутствия в реальном пространстве и возможности интерактивного взаимодействия с ним [Bryson, 1996].

Виртуальную реальность можно трактовать как воспроизведение реальных и (или) мысленных объектов, их связей и отношений в программно-управляемой среде. Тогда виртуальные картографические модели предстают как геоизображения реальных или мысленных объектов, формируемые и существующие в этой программно-управляемой среде. Как и любые другие геоизображения, они имеют проекцию, масштаб и обладают свойствами генерализованности. Виртуальные модели уже успешно применяются при решении многих географических задач, а методики их создания и программное обеспечение достаточно хорошо отработаны.

Хорошим примером может служить технология "Виртуальные границы" Virtual Frontier™) [Virtual..., 1999], разработанная фирмой Northwood Geosience Ltd. Вначале по топографической карте строится цифровая модель, затем - 3-мерное изображение местности, его можно окрасить в цвета гипсометрической шкалы, совместить с фотоизображением ландшафта и, далее, совершить облет полученного геоизображения. Программа содержит 6 модулей:

1 - управление полетом - обеспечивает доступ к диалоговому окну, полет по избранному направлению, повороты и развороты, изменение скорости полета, показ перспективы и обычной карты, на которую по мере движения наносится маршрут полета;

2 - точность навигации - позволяет выполнять контроль с помощью мыши, клавиатуры и джойстика (манипулятора в форме рукоятки с кнопками, используемого на тренажерах), полет на заданной высоте, с заданной скоростью, над точками с заранее избранными координатами (широтой и долготой), точное выдерживание высоты полета относительно уровня моря или рельефа местности;

3 - редактирование маршрута - обеспечивает интерактивное формирование и редактирование полета, построение маршрута по цифровым файлам путем задания координат X, Y, Z , слежение за линией полета и его отображение в отдельном окне 3-мерного изображения;

4 - редактирование объектов - осуществляет размещение 3-мерных объектов, изменение их текстуры на фоне местности, расположение надписей (размер и цвет шрифтов, поворот надписей), добавление текстов, звука, снимков и других 3-мерных объектов;

5 - установка состояния окружающей среды - позволяет выбрать вид земного покрова, степень детальности объектов на местности, установить преувеличение вертикального масштаба модели относительно горизонтального, выбрать состояние неба (облачность), туман, угол и интенсивность освещения, время дня, эффект снегопада и т.п.;

6 - тематическое картографирование - запуск программы Март/о и связь с таблицами и другими данными, выбор линий, точек и их атрибутов, отображение текущего положения на анимационных слоях, нанесение дополнительных объектов, использование программы картографического редактирования (Vertical Mapper), цветных сеток, подложек и других элементов дизайна.

Рис.2.2 ГИС "Виртуальные границы". Модули построения изображений местности

По описанной методике получают крупномасштабные и довольно подробные виртуальные изображения рельефа и ландшафта, геологического строения, водных объектов, растительного покрова, городов, путей сообщения и т.п. Возможность интеграции разной тематической информации в одной модели - одно из главных достоинств виртуального геоизображения. Пролетая и "зависая" над горными склонами, можно, например, детально рассмотреть их террасированность, провести морфометрические измерения, определить характер эрозионных и оползневых процессов, а двигаясь над городскими территориями - оценить особенности застройки и распределение зеленых массивов, спроектировать размещение новых зданий и транспортных магистралей.

При виртуальном моделировании нередко используется многоуровенная аппроксимация [Buziek, Dollner, 1999], когда по одной и той же цифровой модели рельефа выполняется несколько аппроксимаций с разным уровнем детальности. Точно так же, многократно, с разным разрешением моделируется текстура земных покровов (растительного покрова, застройки и т.п.). При работе с виртуальным геоизображением это позволяет не ограничиваться увеличением или уменьшением масштаба, а переходить при необходимости на иной уровень детальности. Так возникает своеобразная мультиуровенная генерализация.

Разработчики компьютерных технологий в настоящее время ориентируются главным образом на решение практических задач, таких, например, как мониторинг районов природного риска, строительство зданий и автострад, прокладка трубопроводов, оценка загрязнения среды и распространения шумов от аэропортов и т.п. Вполне возможно создание средне- и мелкомасштабных виртуальных геоизображений, показывающих, скажем, природную зональность Земного шара, ход климатических процессов, сезонные изменения растительного покрова и ландшафта, миграции населения, движение транспортных потоков и т.д. Сюжеты виртуальных тематических карт столь же разнообразны, как и в традиционном картографировании.

2.3. Анимации в ГИС и виртуальных моделях

Развитие геоинформационного картографирования [Берлянт, 1997] значительно расширило возможности оперативного картографирования и анимаций. Оперативное картографирование понимается как создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабе времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователей и воздействия на ход процесса. При этом реальный масштаб времени характеризует скорость создания-использования карт, т.е. темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управления, контроля каких-либо процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.

Создание анимаций является одной из ветвей оперативного геоинформационного картографирования. Специальные компьютерные программы содержат наборы модулей, обеспечивающих самые разные варианты и комбинации анимаций:

• перемещение картографического изображения по экрану;
• мультипликационные последовательности карт-кадров или 3-мерных изображений;
• изменение скорости демонстрации, покадровый просмотр, возврат к избранному кадру, обратная последовательность;
• перемещение отдельных элементов содержания (объектов, знаков) по карте;
• показ изменений отдельных элементов содержания (объектов, знаков), их размеров, ориентации, мигание знаков, топологические преобразования и др.;
• варьирование окраски (пульсация и дефилирование), изменение интенсивности, создание эффекта вибрации цвета;
• изменение освещенности или фона, "подсвечивание" и "затенение" отдельных участков карты;
• панорамирование, изменение проекции и перспективы (точки обзора, ракурса, наклона), вращение 3-мерных изображений;
• масштабирование (зуммирование) изображения или его части, использование эффекта "наплыва" или удаления объекта;
• создание эффекта движения над картой ("облет" территории), в том числе, с разной скоростью.

Современные географические информационные системы (ГИС) обычно включают анимационные модули, которые позволяют осуществлять визуальный и картометрический анализ изменения во времени некоторых динамических показателей и ситуаций. Обычно такие модули присутствуют в ГИС ресурсного назначения, они отражают динамику гидроклиматических, геофизических, геохимических характеристик, экологических состояний. Например, помесячные карты температуры воздуха в пределах акватории Черного моря, входят в ГИС-"Черное море", созданную для изучения региональных механизмов воздействия на экосистему этой акватории и решения проблем ее охраны от прогрессирующего загрязнения и деградации [Аляутдинов и др., 1999]. Модуль "Анимация" позволяет выбрать из меню один из трех показателей: осадки, ветер или температуру, после чего можно запустить анимацию с прямым или обратным ходом времени. Скорость анимации может быть изменена выбором одной из предлагаемых величин временного интервала между кадрами. Кроме того, обеспечивается возможность интерполяции показателя на заданную дату. Для этого в соответствующем меню требуется выбрать и ввести месяц и число.

Тот факт, что анимации можно демонстрировать с нормальной, ускоренной или замедленной скоростью, ставит новые и пока еще непривычные проблемы временной генерализации, выбора изобразительных средств, исследования принципов восприятия зрителями кинематографических геоизображений и т.п. В связи с этим представляется оправданным введение понятия масштаба времени или, лучше сказать, временного масштаба. Тогда можно говорить о медленно-, средне- и быстромасштабных изображениях, приняв, например, следующие соотношения:

1:86 000 - одна секунда демонстрации анимационной карты соответствует (округленно) 1 суткам;

1:600 000 - в одной секунде - одна неделя; 1:2 500 000 - в одной секунде - один месяц; 1:31 500 000 - в одной секунде - один год.

Дальнейшим развитием оперативного картографированияи и анимационных технологий стало "виртуальное картографирование".

В машинной графике визуализация виртуальной реальности предполагает, прежде всего, применение эффектов трехмерности и анимации. Именно они создают иллюзию присутствия в реальном пространстве и возможности интерактивного взаимодействия с ним [Bryson, 1996].

Виртуальную реальность можно трактовать как воспроизведение реальных и (или) мысленных объектов, их связей и отношений в программно-управляемой среде. Тогда виртуальные картографические модели предстают как геоизображения реальных или мысленных объектов, формируемые и существующие в этой программно-управляемой среде. Как и любые другие геоизображения, они имеют проекцию, масштаб и обладают свойствами генерализованности. Виртуальные модели уже успешно применяются при решении многих географических задач, а методики их создания и программное обеспечение достаточно хорошо отработаны.

Хорошим примером может служить технология "Виртуальные границы" Virtual Frontier™) [Virtual..., 1999], разработанная фирмой Northwood Geosience Ltd. Вначале по топографической карте строится цифровая модель, затем - 3-мерное изображение местности, его можно окрасить в цвета гипсометрической шкалы, совместить с фотоизображением ландшафта и, далее, совершить облет полученного геоизображения. Программа содержит 6 модулей:

1 - управление полетом - обеспечивает доступ к диалоговому окну, полет по избранному направлению, повороты и развороты, изменение скорости полета, показ перспективы и обычной карты, на которую по мере движения наносится маршрут полета;

2 - точность навигации - позволяет выполнять контроль с помощью мыши, клавиатуры и джойстика (манипулятора в форме рукоятки с кнопками, используемого на тренажерах), полет на заданной высоте, с заданной скоростью, над точками с заранее избранными координатами (широтой и долготой), точное выдерживание высоты полета относительно уровня моря или рельефа местности;

3 - редактирование маршрута - обеспечивает интерактивное формирование и редактирование полета, построение маршрута по цифровым файлам путем задания координат X, Y, Z , слежение за линией полета и его отображение в отдельном окне 3-мерного изображения;

4 - редактирование объектов - осуществляет размещение 3-мерных объектов, изменение их текстуры на фоне местности, расположение надписей (размер и цвет шрифтов, поворот надписей), добавление текстов, звука, снимков и других 3-мерных объектов;

5 - установка состояния окружающей среды - позволяет выбрать вид земного покрова, степень детальности объектов на местности, установить преувеличение вертикального масштаба модели относительно горизонтального, выбрать состояние неба (облачность), туман, угол и интенсивность освещения, время дня, эффект снегопада и т.п.;

6 - тематическое картографирование - запуск программы Март/о и связь с таблицами и другими данными, выбор линий, точек и их атрибутов, отображение текущего положения на анимационных слоях, нанесение дополнительных объектов, использование программы картографического редактирования (Vertical Mapper), цветных сеток, подложек и других элементов дизайна.

Рис.2.2 ГИС "Виртуальные границы". Модули построения изображений местности

По описанной методике получают крупномасштабные и довольно подробные виртуальные изображения рельефа и ландшафта, геологического строения, водных объектов, растительного покрова, городов, путей сообщения и т.п. Возможность интеграции разной тематической информации в одной модели - одно из главных достоинств виртуального геоизображения. Пролетая и "зависая" над горными склонами, можно, например, детально рассмотреть их террасированность, провести морфометрические измерения, определить характер эрозионных и оползневых процессов, а двигаясь над городскими территориями - оценить особенности застройки и распределение зеленых массивов, спроектировать размещение новых зданий и транспортных магистралей.

При виртуальном моделировании нередко используется многоуровенная аппроксимация [Buziek, Dollner, 1999], когда по одной и той же цифровой модели рельефа выполняется несколько аппроксимаций с разным уровнем детальности. Точно так же, многократно, с разным разрешением моделируется текстура земных покровов (растительного покрова, застройки и т.п.). При работе с виртуальным геоизображением это позволяет не ограничиваться увеличением или уменьшением масштаба, а переходить при необходимости на иной уровень детальности. Так возникает своеобразная мультиуровенная генерализация.

Разработчики компьютерных технологий в настоящее время ориентируются главным образом на решение практических задач, таких, например, как мониторинг районов природного риска, строительство зданий и автострад, прокладка трубопроводов, оценка загрязнения среды и распространения шумов от аэропортов и т.п. Вполне возможно создание средне- и мелкомасштабных виртуальных геоизображений, показывающих, скажем, природную зональность Земного шара, ход климатических процессов, сезонные изменения растительного покрова и ландшафта, миграции населения, движение транспортных потоков и т.д. Сюжеты виртуальных тематических карт столь же разнообразны, как и в традиционном картографировании.

2.4. Управляемые динамические трехмерные модели

Создание видеороликов

Если вы работаете в сфере туризма, строительства и ландшафтного проектирования, Вы наверняка часто сталкивались с проблемой предварительного позиционирования объектов на местности и красочного представления материалов для повышения инвестиционной привлекательности своих проектов. Красочные презентации на самой оживленной выставке привлекут внимание именно к Вашему стенду, позволят наглядно продемонстрировать клиенту привлекательность Вашего проекта. Реалистичность рельефа, совмещенного с качественным космоснимком дает высокоинформативное представление о ситуации на местности. Такие данные неоценимы в работах по территориальному планированию.

При подготовке графического материала доступны следующие возможности:

• Использование трёхмерной модели рельефа, представленного в одном из распространённых форматов, либо использование собственного материала.
• Корректировка модели рельефа по дополнительной информации о топологии местности (характерные обрывы, русла рек и т.д.).
• Размещение над местностью дополнительной информации привязанной по координатам к местности (подписи рек, населённых пунктов и т.д.) или в координатах экрана (слайды, баннеры …).
• Включение в презентацию «вылетающих» из заданной точки слайдов (например, фотографий и видеороликов данной местности).

Рис.2.3. Кадры из видеоролика к проекту: "Геоинформационная система мониторинга и прогноза
чрезвычайных ситуаций на территории Республики Адыгея"

IMAGINE Virtual GIS

IMAGINE Virtual GIS - это мощное средство трехмерной визуализации. Возможности Virtual GIS позволяют, кроме простого построения трехмерной картинки или создания имитации полета над местностью, активно действовать в виртуальном трехмерном географическом пространстве. Пользователь может выполнять процедуры улучшения изображения, опрашивать значения пикселов и их атрибуты для растрового изображения (снимка, растровой карты), наложенного на модель рельефа, визуализировать поверх цифровой модели местности слои векторных карт в формате ArcGIS, изменять их символогию, получать значения атрибутов векторных объектов.

Рис.2.4 Пример трехмерных визуализаций в IMAGINE Virtual GIS

Virtual GIS является модулем расширения ERDAS IMAGINE и работает с любым из трех вариантов базовых пакетов: IMAGINE Essentials, IMAGINE Advantage, IMAGINE Professional.

Основные возможности визуализации.

• Полностью интерактивное управление трехмерной визуализацией
• Неограниченное количество векторных и растровых слоев, накладываемых на модель рельефа.
• Получение значений пикселов, атрибутов растровых и векторных карт с помощью трехмерного курсора.
• Возможность восстанавливать по высоте трехмерные векторные объекты на трехмерном изображении в зависимости от значения их атрибутов.
• Управление цветом и условными знаками векторных объектов на трехмерном изображении.
• Различные эффекты для придания реальности виртуальному миру: туман, положение Солнца, библиотека трехмерных объектов.
• Возможность работать с непрерывным географическим пространством, динамически подгружая следующие листы модели рельефа, карт и изображений.
• Анализ видимости на рельефе.
• Интерактивное задание маршрута пролета над местностью.
• Возможность создания видеороликов в различных форматах.

Для трехмерной визуализации можно использовать различные типы географических данных:

• Цифровые модели рельефа (ЦМР) или другие данные, используемые в качестве рельефа:
• Регулярные ЦМР в форматах: USGS DEM, NIMA/DMA DTED, растровые поверхности интерполированные на регулярную модель из нерегулярных ASCII или векторных данных, ЦМР, полученная методом цифровой фотограмметрии в модуле IMAGINE OrthoBASE, регулярные модели геофизических и других полей.
• Любые другие растровые данные в собственном формате ERDAS IMAGINE .img.
• Данные в любых других растровых форматах, непосредственно поддерживаемые в ERDAS IMAGINE с помощью DLL (GIF, Grid, tif, etc).

• Наложение растровых данных на трехмерное изображение модели рельефа:
• Космические снимки, аэрофотоснимки, отсканированные карты, тематические изображения.
• Растровые поверхности, интерполированные на регулярную модель из нерегулярных ASCII или векторных данных.
• Регулярные модели геофизических и других полей.
• Любые другие растровые данные в собственном формате ERDAS IMAGINE .img.
• Наложение векторных карт на трехмерное изображение:
• Наложение векторных покрытий в формате или аннотаций ERDAS IMAGINE на трехмерные изображения рельефа, в том числе на рельеф с уже наложенным растром изображения.
• Внедрение трехмерных изображений объектов (например, зданий, деревьев и т.п.) различных форматов (например, *.dxf, *. flt, форматы ArcGIS), устанавливая их положение в координатах X, Y, Z, ориентацию в пространстве и размеры.

Интерактивная навигация по трехмерному изображению.

• Все основные операции - панорамирование, масштабирование, управление свободным пролетом над местностью осуществляются с помощью мыши.
• Вращение изображений вокруг заданной точки.
• Пролет над моделью местности по заданному маршруту. Маршруты интерактивно определяются пользователем и могут быть сохранены для последующего использования.
• Возможен как пролет на заданной высоте, так и огибание рельефа на заданной относительной высоте, а также “проезд” по поверхности.
• Возможность отображать азимут и наклон линии движения непосредственно на экране (по типу авиагоризонта).

Управление параметрами визуализации топографической поверхности

• Изменение значения координаты Z различных слоев изображения.
• Управление отмывкой рельефа (управление положением солнца).
• Управление пространственным разрешением ЦМР.
• Возможность представления рельефа как в виде непрерывного изображения так и в виде проволочной модели
• Возможность динамически подгружать ЦМР на прилегающие территории; этот процесс может быть невидим для для пользователя, который таким образом оперирует в непрерывном географическом пространстве.

Визуальный анализ

• Наложение множества растровых и векторных слоев изображения на модели рельефа с возможностью управления их прозрачностью.
• Получение координат и значений пиксела с помощью специального курсора, перемещаемого в трехмерном изображении.
• Получение атрибутов, наложенных растровых данных или векторных данных в формате покрытий ARCGIS и аннотаций.
• Управление визуализацией (легендой) растровых или векторных слоев.
• Вывод текстовых аннотаций, всегда обращенных к наблюдателю при любом его перемещении.
• Возможность изменять комбинацию спектральных каналов многозонального изображения.
• Управление контрастом и фильтрация растрового изображения.
• Визуализация трехмерного изображения в различных стереорежимах (анаглифическое, аппаратное стерео).
• Возможность имитировать на заднем плане небо, расположение солнца и блики, атмосферную дымку, туман, прозрачность водного слоя.
• Свободное панорамирование по виртуальной мозаике из неограниченного количества прилегающих и взаимно перекрывающихся файлов.
• Создание кадров для анимации с выводом в форматах: PC-AVI, SGI Movie, MPEG, ERDAS IMAGINE, а также в стандарте YUV для профессионального видео.
• Возможность сохранения избранных видов и последовательности кадров в файлах проектов.
• Создание копии экрана или оформленных графических композиций выбранных изображений.

Анализ видимости

• Возможность задания одной или нескольких точек наблюдения.
• Определение ширины поля зрения.
• Точное задание относительной или абсолютной высоты точки наблюдения над рельефом.
• Интерактивное построение зон видимости с выводом в двумерный вьюер или в файл.
• Визуализация полученных карт зон видимости на трехмерном изображении.

Управляемые динамические модели в аэронавтике

За последние 10 лет компьютерные программы достигли невиданных успехов в создании виртуальной реальности. Теперь тренажеры, которые полностью имитируют окружающую среду, постепенно замещают обычную летную тренировку для пилотов и являются гораздо более безопасным, быстрым и дешевым средством. Equipe Electronics Limited , интегратор и поставщик данных дистанционного зондирования и производитель дисплеев, заключил контракт с Королевскими военно-воздушными силами Британии (British Royal Air Force) на поставку компании Blue Sky визуальных систем для тренажерного центра обучения Hawk Weapons & Tactics Simulator в Северном Уэльсе.

Рис.2.5 Пример визуализации движения самолета над трехмерным изображением земной поверхности

Система, устанавливаемая на рабочей станции Silicon Graphics Onix2 Infinitive Realty, предоставляет возможность для полностью интерактивного трехмерного моделирования ситуации на территории Великобритании при различных вариантах имитирования полетной ситуации. Готовый программный пакет Blue Sky имеет уникальные возможности для предоставления непрерывного ряда фотографических изображений с наложением их на трехмерные модели рельефа с разрешением 1 метр. Это позволяет обучать пилотов на тренажере Hawk, "пролетая" над всем Уэльсом на высоте менее 250 футов, что соответствует масштабу 1:50 000. Equipe недавно заказал программное обеспечение ERDAS IMAGINE для обработки географических изображений, используемых в проекте создания визуальных баз данных для тренажера Hawk. А именно, ERDAS IMAGINE используется для географической привязки, составления мозаик из спутниковых изображений с разрешением 10 метров и аэроснимков высокого разрешения. Функция Resolution Merge (слияние снимков с разным разрешением) используется, чтобы улучшать четкость многозональных изображений с низким разрешением за счет их слияния с монохроматическими снимками высокого разрешения.