CC BY
42
Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)
Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive16/16-05/ Дата публикации: 1.11.2016 № 5 (23). С. 15-19. УДК 001.08
Е. Г. Дышленко
Трехмерные информационные единицы
Статья описывает методологию и технологию построения трехмерных моделей реальности на основе применения новой сущности трехмерная информационная единица. В данной технологии известный метод информационных единиц трансформируется в метод трехмерных информационных единиц. Вводятся новые понятия локальная информационная основа, стандартная трехмерная информационная единица, виртуальная карта. Показано, что метод трехмерных информационных единиц расширяет возможности проектирования и моделирования.
Ключевые слова: философия информации, пространственное моделирование, системный анализ, информационные единицы, информационная ситуация, трехмерные информационные единицы, локальная информационная основа, виртуальная карта
Perspectives of Science & Education. 2016. 5 (23)
International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)
Available: psejournal.wordpress.com/archive16/16-05/ Accepted: 1 October 2016 Published: 1 November 2016 No. 5 (23). pp. 15-19.
S. G. Dyshlenko
Three-dimensional information units
The article describes the methodology and technology to build three-dimensional models of reality through the use of three-dimensional nature of the new information item. The article shows how a well-known method of information items is transformed into a method of three-dimensional information units. Article introduces new concepts: local information basis, the standard three-dimensional information unit, a virtual card. The article shows that the method of three-dimensional information units enhances the design and simulation.
Keywords: Information philosophy, spatial modeling, system analysis, information units, the information situation, the three-dimensional information units, local information base, virtual map
Введение
настоящее время накоплен значительный опыт в технологиях трехмерного моделирования, который зафиксирован в методологии САПР [1-4] и геоинформатики [5]. Получение трехмерных моделей представляло интерес не только в САПР, геоинформатике, но и в теории искусственного интеллекта [6], виртуальном моделировании [7] и психологии. Трехмерные модели используют трехмерные координатные системы и трехмерные преобразования координат. Современные технологии получения трехмерных моделей или 3D моделей связаны с понятиями «цифровая модель» и технологиями
цифрового моделирования. При этом большую роль играет программное обеспечение, разработанное для трехмерного моделирования в той или иной информационной систем.
Трехмерные модели в системе технологий
В настоящее время трехмерное моделирование имеет широкое распространение. На рис.1 приведены связи и отношения 3D моделей с различными направлениями.
Верхняя часть рисунка, выше 3D моделей, показывает предметные области. Нижняя часть рисунка 1 характеризует эволюцию 3D моделей. Накапливался опыт, формировалась теория. Тео-
САПР
Геоинформатика
Когнитивная графика
I
Психология
30 Модель ^
I
Опыт
Библиотеки 30 моделей
Теория
Технология
Искусственный интеллект
Системный анализ
Графические ИЕ
Структурные ИЕ
Семантические ИЕ
Рис.1. Связь 3D моделей с разными направлениями
рия трансформировалась в технологии и, при накоплении достаточного материала, осуществлялся системный анализ.
Опыт был связан с использованием графических информационных единиц и накоплением библиотек (примитивов в САПР) библиотек условных знаков в геоинформатике. При этом в САПР молчаливо использовались графические информационные единицы, которые в явной форме так не обозначались. Системный анализ позволил сформировать группы структурных и семантических информационных единиц. Таким образом, эволюция применения 3D моделей привела к необходимости введения объекта и понятия «информационная единица»
В настоящее время информационные единицы применяют в разных направлениях: в логистике [8], в логике построения схем [9], в связи и коммуникации [10], в анализе информационных систем [11], в управлении [12], в анализе смысла [13, 14] и пр.
Применение трехмерных информационных единиц при построении трехмерных карт
Использование геоинформационной системы серии «Панорама» [15] позволяет формировать специальные технологические решения для построения трехмерных карт [6]. При этом применяют методы виртуального моделирования [7, 16, 17] и средства компьютерной графики [1].
Технология формирования динамических трехмерных карт использует метод информационных единиц, метод информационной ситуации, метод визуализации и метод построения динамических моделей. Он включает два этапа статическое моделирование и динамическое моделирование. На рис.2 приведена технологическая схема формирования трехмерных цифровых карт.
На первых этапах моделирования применяют информационные единицы (ИЕ), которые представляют собой порции информации. Их преобразуют в трехмерные информационные единицы (3DИЕ), как базовые элементы информационных моделей трехмерных объектов (3DИМ) и трехмерных информационных ситуаций (3DИС) [18]. Трехмерные модели преобразуют в сцены, которые служат основой формирования трехмерной и виртуальной реальности. Для формирования трехмерных моделей, применяемых в трехмерных картах, необходима координатная привязка таких моделей. Для этой цели вводят специальный вспомогательный объект - локальная информационная основа (ЛИО) (рис.3).
На рис.3 представлена локальная информационная основа, полученная инструментальными средствами ГИС «Карта 2011». Эта осова задает локальную ориентацию условной системы координат в точке, которая в дальнейшем может быть привязана к точкам реального пространства. Локальная координатная основа позволяет привязывать трехмерную информационную единицу к любым системам координат с любыми моделя-
Визуализация карты
Рис.2. Технологическая схема формирования трехмерных цифровых карт
ми Земли и референц-эллипсоидами [19]. По существу локальная информационная основа играет роль интерфейса, связывающего трехмерный объект с системой координат местности.
На локальную информационную основу (рис.3) устанавливают стандартную трехмерную информационную единицу (рис.4). Стандартная трехмерная информационная единица хранится в специальной библиотеке (рис.1) и является аналогом условного знака, но она значительно сложнее. Локальная основа играет роль точки привязки трехмерной информационной единицы к карте или точки входа в карту.
В отличие от условного картографического знака, который является «плоским» и условным, стандартная трехмерная информационная единица имеет три измерения и максимально приближена к объекту отражения в рамках виртуальной реальности. Например, на обычной карте одинаковый объект (например, дом с любым ко-
личеством этажей) изображается одним условным знаком. На трехмерной карте дом изображается индивидуально и даже с учетом окраски стен, что в принципе исключается на обычных картах. Следовательно, трехмерная карта обладает на порядки большими выразительными возможностями, чем обычная карта. Это дает основание ввести понятие виртуальная карта.
При трехмерном моделировании на основе совокупности сцен формируют синтезированную информационную конструкцию [20-22] трехмерной реальности [23], которая объединяет 3DИМ и 3DИС и служит основой создания трехмерной карты (3D карта). Этот этап завершает статическое моделирование. По существу трехмерная карта сформирована как виртуальная реальность [23] и позволяет рассматривать ее в любом масштабе, а не только в наборе стандартных масштабов, что характерно для обычных карт.
Рис.3. Локальная координатная основа, сформированная в ГИС «Карта 2011 >
«•
здание (ПЛОЩАДНЫЕ)
Шаблоны | 30 вид объектов \ ~ Список шаблонов Библиотека |ОЭМ.рЗс!
Метрика |Многоточечная метрика замкнутая
0- Список шаблонов
во недвижимости ист рация
Бортовой камень
Быстрое питание ■ Вертолетная площадка
•••• Водоем
■■■■ Водонапорная башня
■ИНП
- Смещение от метрики по высоте (м.) ■ 10.00 (Г Постоянное Г Из семантики <~ Относительное
г Расположение <"" По рельефу
Удалить | Свойства I
Без учета рельефа
Рис.4. Трехмерная информационная единица
Но этим не кончается различие между трехмерной виртуальной картой и обычной картой. Сформированная трехмерная реальность (карта) дает возможность динамического наблюдения трехмерной ситуации. Она позволяет выполнять динамическое моделирование. Для этого вводят параметры динамического моделирования (рис2): условия пространственного преобразования (УПП); допустимые точки наблюдения или точки зрения (ДТЗ); допустимые наборы масштабов (ДНМ) отображения трехмерной реальности.
Для построения трехмерной реальности в ГИС «Карта 2011» могут использоваться специальные инструментальные средства: векторная карта, матрица высот, триангуляционная модель рельефа (Т^-модель), классификатор карты, би-
блиотека трехмерных изображений объектов, цифровые фотоснимки местности и цифровые фотографии объектов местности. Состав исходных данных может быть разным и зависит от того, какого вида модель необходимо получить. Виртуальная реальность или виртуальная карта позволяет решать задачи генерализации, то есть уменьшение или исключение мелких деталей.
При этом возможно применение 2.5D технологии, когда для показа фона или основы двухмерными средствами (тени, полутона) создают иллюзии трехмерной реальности. В технологии построения виртуальных карт в ГИС «Карта 2011» трехмерные информационные единицы первоначально были названы как типовые трехмерные модели. Такие типовые трехмерные
модели создаются по планам городов, топографическим картам или обзорным картам. Типовые модели содержат поверхность рельефа местности, строения, объекты дорожной сети, трубопроводы, колодцы, светофоры, объекты растительности, гидрографии и другие объекты простой формы. Однако системный анализ показал необходимость выделения трехмерных информационных единиц как элементов системы и элементов трехмерного языка описания трехмерной реальности.
Свойством виртуальной карты, использующей трехмерные информационные единицы, является возможность создания трехмерных аналогов тематических карт. Такие аналоги в ГИС «Карта 2011» называют «тематические модели», имея в виду модели тематических карт. Тематические модели создаются по тематическим картам и используются для оформления статистических диаграмм.
Заключение
Технология применения трехмерных информационных единиц хорошо вписывается в теорию системного анализа трехмерной реальности. Трехмерные информационные единицы являются развитием технологии применения графических информационных единиц [23] и технологии виртуального моделирования [7, 16, 17]. Эта технология является качественно новой технологией моделирования, поскольку включает новые возможности, которые, например, картография не имеет. Трехмерная карта, использующая трехмерные информационные единицы, обладает на порядки большими выразительными возможностями, чем обычная карта. Эти возможности обеспечивают информационные единицы, которые являются новым элементом информационного моделирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Liang J., Green M. JDCAD: A highly interactive 3D modeling system //Computers & graphics. - 1994. - V.18. - №. 4. - p.499-506.
2. Sacks R., Eastman C. M., Lee G. Parametric 3D modeling in building construction with examples from precast concrete //Automation in construction. - 2004. - Т. 13. - №. 3. - С. 291-312.
3. Abate A. F. et al. 2D and 3D face recognition: A survey //Pattern Recognition Letters. - 2007. - Т. 28. - №. 14. - С. 1885-1906.
4. Цветков В.Я. Использование цифровых моделей для автоматизации проектирования // Проектирование и инженерные изыскания. - 1989. - № 1. - с. 21 -23
5. Henry P. et al. RGB-D mapping: Using depth cameras for dense 3D modeling of indoor environments //In the 12th International Symposium on Experimental Robotics (ISER. - 2010.
6. Toga A. W. et al. A 3D digital map of rat brain //Brain research bulletin. - 1995. - V.38. - №. 1. - p.77-85.
7. V. Ya. Tsvetkov. Virtual Modeling // European Journal of Technology and Design, 2016, Vol.(11), Is. 1, pp. 35-44. DOI: 10.13187/ejtd.2016.11.35 www.ejournal4.com.
8. MarkelovV.M. The Application of Information Units in Logistics// European Journal of Technology and Design, 2014, Vol.(6), № 4, p.176-183.
9. Ожерельева Т.А. Логические информационные единицы // Славянский форум, 2015. - 2(8) - с.240-249
10. Цветков В. Я. Информационные единицы сообщений // Фундаментальные исследования. - 2007. - №12. -с.123 - 124
11. TsvetkovV.Ya. Logic units of information systems // European Journal of Natural History. - 2009. . - № 2 . - p 99-100
12. Романов И.А. Применение информационных единиц в управлении// Перспективы науки и образования. 2014.№3. с.20-25
13. Цветков В. Я. Семантика информационных единиц // Успехи современного естествознания. - 2007. - №10.-с.103-104.
14. V. Ya. Tsvetkov. Semantic Information Units as L. Florodi's Ideas Development // European Researcher, 2012, Vol. (25), № 7, p.1036- 104
15. Дышленко С.Г., Демиденко А.Г., Железняков В. А., Цветков В.Я. Новые возможности ГИС "Панорама // Кадастр недвижимости. - 2010. - №3(20). - с.101-103.
16. Jepson W., Liggett R., Friedman S. Virtual modeling of urban environments //Presence: Teleoperators & Virtual Environments. - 1996. - V. 5. - №. 1. - p.72-86.
17. Nishino H. et al. A virtual modeling system for intuitive 3D shape conceptualization //Systems, Man and Cybernetics, 2002 IEEE International Conference on. - IEEE, 2002. - V. 4. - p. 6
18. Розенберг И.Н., Цветков В.Я. Информационная ситуация. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2010. - 12. - с.126-127
19. Бородко А.В., Бугаевский Л.М., Верещака Т.В., Запрягаева Л.А., Иванова Л.Г., Книжников Ю.Ф., Савиных В.П., Спиридонов А.И., Филатов В.Н., Цветков В.Я. Геодезия, Картография, Геоинформатика, Кадастр / Энциклопедия. В 2 томах. - М.: Картоцентр-геодезиздат, 2008. Том II, Н-Я.
20. Бондур В.Г. Информационные конструкции в космических исследованиях // Образовательные ресурсы и технологии. - 2016. - 3 (15). - с.79-88. DOI: 10.1016/2312-5500-2016-3-79-88.
21. TsvetkovV. Ya. Information Constructions // European Journal of Technology and Design, 2014, Vol (5), № 3. - p.147-152.
22. Дешко И.П. Информационное конструирование: Монография. - М.: МАКСПресс, 2016. - 64с.
КЗ. Докукин П. А. Графические информационные единицы // Перспективы науки и образования. - 2015. -№3. -с.32-39.
Информация об авторе Дышленко Сергей Геннадьевич
(Россия, Москва) Кандидат технических наук Начальник отдела ЗАО КБ «Панорама» E-mail: dishlenko@yandex.ru
Information about the author
Dyshlenko Sergey Gennadievich
(Russia, Moscow) PhD in Technical Sciences Head of Department, JSC Design Bureau "Panorama" E-mail: dishlenko@yandex.ru
