CC BY
194
УДК 528.7
М.М. Лазерко
СГГ А, Новосибирск
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ ПО РАЗЛИЧНЫМ ДАННЫМ
M.M. Lazerko SSGA, Novosibirsk
ANALYSIS OF MODERN TECHNIQUES FOR 3D MODELS DEVELOPMENT FROM DIFFERENT DATA
Current software market offers various products to be used for acquisition and development of 3D models from different data. The approved program products for photogrammetry and remote sensing are considered. Brief review of their opportunities is given.
Быстрое развитие вычислительной техники и программных средств обеспечивает возможность представлять картографическую информацию в трехмерном виде.
Существует множество методов создания трехмерных моделей с помощью современных средств, а также различных данных. Таких как аэро-и космическая, наземная и лазерная съемка. У каждого вида данных имеется свои преимущества относительно друг друга, как по способам получения, так и их обработки.
Трехмерную информацию о местности с успехом получали в прошлом и, вероятнее всего, будут получать и в будущем путем измерения стереоскопической модели, формируемой по паре перекрывающихся аэро-или космических снимков [1]. Стереотопографический метод до настоящего времени является главным технологическим звеном производства и обновления топографических данных.
Стереомодель местности строится по паре перекрывающихся снимков, полученных аэрофотоаппаратами или космическими съемочными системами. В зависимости от того, какие используются снимки, аналоговые или цифровые, выбирают способ построении модели, с помощью аналитических универсальных приборов, либо с помощью цифровых фотограмметрических станций. В настоящее время широкое распространение получил цифровой способ построения моделей. Современный уровень развития программного обеспечения позволяет снизить трудозатраты в значительной степени, автоматизируя многие процессы производства.
На рынке программного обеспечения (ПО) по обработке данных аэро - и космических съемок появились мощные фотограмметрические станции, которые включают в себя целый ряд модулей, предназначенных для обработки и визуализации данных дистанционного зондирования, обработки и анализа гиперспектральных снимков, исправления
геометрических и радиометрических искажений, интерактивного улучшения изображений, пространственной привязки изображения,
ортотрансформирования, создания ЦМР, трехмерной визуализации, интерактивного дешифрирования и классификации, анализа снимков в радиодиапазоне, векторизации, поддержки объемных растровых и векторных форматов, калибровки и многого другого. Такими ПО на сегодняшний день являются Erdas Imagine компании Research Systems, Inc. (США) и ENVI (The Environment for Visualizing Images) компании Leica Geosystems GIS & Mapping, LLC [2, 3, 4].
Однако с помощью классического стереофотограмметрического метода в его аналитической или цифровой реализациях не представляется возможным воспроизвести форму сложных инженерных сооружений. Недостатками этого метода являются его трудоемкость и долгий путь от исходной информации до создания трехмерных моделей, а также высокая стоимость работ и оборудования.
Одним из способов создания цифровых моделей стереофотограмметрическим методом стало использование цифровых фотоаппаратов и видеокамер. В штате Калифорния в Сан-Диего, был осуществлен проект RealityFlythrough, который предусматривает использование цифровых и статических видеокамер для создания полноценной динамической BD-модели пространства в режиме реального времени [5].
Алгоритмы, используемые многими популярными программами, сегодня дают возможность автоматически найти линию соприкосновения при объединении нескольких фотографий в единый панорамный снимок. Подобные технологии применяются и в этом проекте для моментального объединения нескольких видеорядов и дополнительных цифровых фотографий в единую трехмерную модель окружающего пространства. Камеры, поддерживающие GPS, дают серверу информацию о принадлежности изображения к определенной зоне.
Получая мгновенные видео с нескольких точек в городском квартале, специальное ПО создает его трехмерную модель, позволяя, таким образом, пользователю совершить виртуальную прогулку.
Сбор пространственной информации о положении точек местности может выполняться по материалам наземной стереофотограмметрической съемки (НСС). Для НСС применяются фототеодолиты и другие съемочные камеры, в том числе и цифровые [6, 7].
Также существует тахеометрический метод сбора информации для построения ЦММ. Тахеометрическая съемка является весьма трудоемким способом сбора информации, также трудно учесть все особенности снимаемой местности при сложном ландшафте. Но на сегодняшний день она остается практически единственным способом построения топографических карт и планов крупных масштабов загруженных (застроенных) городских территорий.
Воздушная лазерная съемка является одним из наиболее перспективных методов построения трехмерных моделей местности больших по площади территорий за сравнительно небольшой промежуток времени (ALTEXIS).
Полученные различными способами топографо-геодезические данные могут быть использованы для представления ситуационных особенностей в трехмерном виде. Цифровые трехмерные модели местности можно получить с помощью специализированных программных продуктов (ПП), так называемых, систем автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют работать с исходными данными различного формата и назначения для представления геодезической информации в цифровом виде как двумерном, так и в трехмерном. Использование таких систем значительно повышает производительность и качество выполнения проектных работ. Существует определенная классификация САПР по классам: тяжелый, средний и легкий.
Первые CAD-системы появились еще на заре вычислительной техники — в 60-х годах [2]. Усиление конкуренции стимулировало
совершенствование систем САПР: значительно расширились их
функциональные возможности, появились удобные графические интерфейсы, благодаря чему значительно упростилось их использование.
Почти каждый год происходит обновление программных пакетов, совершенствуются существующие возможности и вносятся дополнительные.
В настоящее время практически любую программу трехмерного моделирования можно отнести к CAD - программам.
Функциональные возможности различных программных пакетов, используемых для моделирования и визуализации, могут отличаться в значительной степени, так одни программы направлены на качественную, фотореалистичную визуализацию, у других лучше реализованы алгоритмы анимации, у третьих имеются расширенные возможности проектирования и дизайна.
В последнее время появилась тенденция к преобразованию программных пакетов, изначально направленных на решение задач качественной визуализации, создания спецэффектов и анимации в полноценные САПР системы. К основным программным продуктам трехмерного моделирования и визуализации, относятся следующие ПП Maya от Autodesk, ПП Rhinoceros, ПП TrueSpace от Caligari, ПП Lightwave 3D фирмы NewTek, ПП 3DS MAX компании Autodesk [8].
ПО для построения и обработки трехмерной модели местности по данным наземного лазерного сканирования: Cyclone фирмы Cyrax, Rapid Form фирмы Inus Technology
Возможности современных программных средств для создания трехмерных моделей по различным данным представлены в табл. 1.
Таблица 1. Возможности современных программных средств для создания
трехмерных моделей по различным данным
ПП Исходные данные Формат выходных данных
MicroStation цифровые модели рельефа, космические и аэрофотоснимки высокого разрешения, трехмерные модели различных объектов (Arc/Info Binary Coverage, ESRI Shapefile, FMEObjects Gateway, Mapinfo Tab, Microstation DGN, OGDI Vectors, SDTS, UK .NTF, U.S. Census TIGER/Line), данные аэрокосмической съемки (векторные, растровые или матричные карты, предусмотрено построение изображения объектов электронной карты) “design file” и имеют расширение .dgn., а т.ж. Форматы DXF и DWG
Цифровая фотограмметри ческая система Z Space версия 2.0 горизонтали и другие векторные объекты - в векторном формате Z_Space и DXF
Панорама Обработка трехмерных координат (DXF и DWG)
TerrainView (TerrainView- Globe) Multigen (flt), ViewTec (ivc), Openscenegraph (ivc), Carbon Graphics (geo), CyberCity (flt/ivc), Autodesk (3ds), Discreet 3D (max), VRML 2 (wrl), Design Workshop (dw), Alias/Wavefront (obj), NewTek LightWave 3D (lwo)
ENVI ERDAS DXF и DWG
PhotoModeler цифровые фотографии DXF и DWG
ALTEXIS данные воздушной лазернолокационной съемки DXF и DWG
Cyclone, Rapid Form данные наземной лазерной съемки DXF и DWG
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Книжников, Ю.Ф. Особенности стереоскопических измерений на цифровых фотограмметрических приборах [Текст] / Ю.Ф. Книжников // Геодезия и Картография. -2005. - № 12.
2. Программный комплекс ENVI [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://www.gisa.ru/3430.html.
3. Компания Leica Geosystems GIS & Mapping объявила о выпуске ERDAS IMAGINE V8.7 Service Pack 2 и Leica Photogrammetry Suite V8.7 Feature Update [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://www.dataplus.ru/News/2005/March/ERDASsp2.htm.
4. Программный комплекс ERDAS IMAGINE [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://www.gisa.ru/1489.html.
5. Кондратенко, Ю. RealityFlythrough - 3D-модели из 2D-данных / Ю. Кондратенко // Компьютерное Обозрение - 1 июля 2005.
6. Буров, М.И. Практикум по фотограмметрии [Текст]: учеб. пособие для вузов / М.И. Буров, Б.В. Красноперцев, А.П. Михайлов. - М.: Недра, 1987. - 302 с., ил.
7. Гук, П.Д. Технология создания карт фототопографическими методами [Текст]: учебное пособие / П.Д. Гук - Новосибирск: НИИГАиК, 1990. - 70 с.
8. Обзор программного обеспечения для трехмерного моделирования и анимации [электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.ci.ru/inform15_03/p_08.htm.
© М.М. Лазерко, 2008
