CC BY
125
УДК 528.952
Д.Б. Новоселов, В.А. Новоселова СибГИУ, Новокузнецк
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ МЕСТНОСТИ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Для изучения топографических карт и моделей рельефа преподавателями кафедры геологии и геодезии СибГИУ были созданы виртуальные модели местности, с помощью которых можно продемонстрировать рельеф местности в 3D.
D.B. Novoselov, V.A. Novoselova
The Siberian State Industrial University (SibSIU)
42, Kirova Str., Novokuznetsk, 654007, Russia
USE OF THREE-DIMENSIONAL VIRTUAL MODELS OF DISTRICT IN EDUCATIONAL PROCESS
For studying of topographic maps and models of a relief teachers of chair of geology and a geodesy SibSIU had been created virtual models of district with which help it is possible to show a lay of land in 3D.
Кафедра геологии и геодезии Сибирского Государственного Индустриального Университета была создана одной из первых при открытии в 1948г. Горного факультета. В 2008 году ей исполнилось 60 лет. Кафедра ведет интенсивную издательскую и научную работу. Изданы учебные пособия по дисциплинам геологического и геодезического циклов. Ежегодно сотрудники кафедры принимают участие в международной выставке и научном конгрессе «Гео-Сибирь» в г. Новосибирске, а в своей работе стараются использовать последние достижения технического прогресса.
Сегодня повсеместно внедряются современные технологии автоматизации и визуализации геодезических данных. Появляются различные программные продукты и геодезические инструменты, которые позволяют значительно сократить время выполнения работ и создать цифровые карты. Цифровая карта является основой для изготовления бумажных и электронных карт, входит в состав картографических баз данных и служит важнейшим элементом информационного обеспечения ГИС.
При изучении студентами курса инженерной геодезии на лабораторных занятиях с помощью проектора демонстрируются основные преимущества цифровых карт над бумажными. При этом основной проблемой является наглядно показать рельеф местности. Сложность состоит в том, что рельеф -пространственный объект, и мы его обычно рассматриваем в перспективе, тогда
как изображаем ортогонально на плоскости. Для демонстрации рельефа местности преподавателями кафедры была создана Виртуальная Модель Местности (ВММ) в 3D.
Виртуальная модель местности - математическая модель местности, содержащая информацию о рельефе земной поверхности, ее спектральных яркостях и объектах, расположенных на данной территории, и предназначенная для интерактивной визуализации, и обладающая эффектом присутствия на местности. Для создания и визуализации ВММ с достаточно высокой степенью реалистичности требуется применение программ, способных обрабатывать трехмерные объекты, «драпированные» («обтянутые») текстурой (растровые карты или космические снимки).
Для создания ВММ мы выбрали лист топографической карты масштаба 1:25 000 реальной местности Кемеровской области, где присутствуют все формы рельефа. Перепад высот от точки с минимальной высотой до максимальной составляет около 1000м., много крупных и мелких рек. Выбранную карту мы перевели в электронный вид и с помощью программного продукта Credo Трансформ 3.0 привязали ее к условной системе координат.
Создание цифровой модели рельефа (ЦМР) производилось в программе Credo Топоплан (рис. 1). ЦМР является одной из наиболее важных составляющих ВММ. Чем точнее и детальнее модель рельефа, тем более реалистична виртуальная модель местности.
о credo топоплдн • [3d
Данные Правка Вид Установки Построения Поверхность Ситуация Размеры Чертеж Ведоности Окно Справка
Рис. 1. Создание ЦМР в программе Credo Топоплан
Для визуализации и драпировки текстурой использовалась программа AutoCAD Civil 3D (рис. 2)- мощный инструмент для обработки и демонстрации BD-поверхностей.
Pисунок 2. Визуализация UMP в AutoCAD
Покрытие ЦМР растровыми изображениями помогает при ориентации на модели, привнося в ВММ колоссальное количество новых сведений о местности и делая ее действительно реалистичной. Чаще ЦМР «драпируют» топографическими картами, так как стоимость карт ниже и их проще обрабатывать. Использование космоснимков - дорогое удовольствие, и их сложнее обрабатывать, но реалистичность модели, драпированной аэро - или космоснимками, гораздо выше.
Мы использовали четыре растровых изображения для «драпировки»:
- Топографическая карта масштаба 1: 25 000
. * Q _ - 1 ■** "VW ■ J, 7 S|>^. V- . r_ -V
С- -- л **■/ - ' v ~ — _зЩ*
t ‘ \ -ті Ж ' ‘ V *^5-/ 1/., .
\ ■ . ~7 Щ X Л-' **
yl * Д ^ •’ c. ’■'T
—. ;'-sC
U/ v-« 'i^* "*-<L * . ■ 1
r—-. . * — - 4 • <*<<»
7 w " ‘ - J ■ - Чш 1 /Ш? —•• . - ^
У * - . - 5*8 r - •*% ' V ~^14— -?7 r~ :**"*
/ " ' -
.— -. - - 'Ж •*- •
. :М -р,^' - -• ^ Л ' Г
V*
Топографическа карта масштаба 1: 100 000
Для визуализации ВММ использовали трехмерные статические сцены и вращение вокруг заданной точки. Также была создана траектория движения по пойме реки Верх. Кейбраз для имитации движения на катере вверх по течению и записана в видео-файл.
Создание и визуализация Виртуальной Модели Местности выполнялась в CAD-пакетах, которые не предназначены для этих целей, поэтому на некоторых этапах мы сталкивались с проблемой обработки данных ЦМР. Подобные модели очень требовательны к ресурсам компьютера, и даже наша небольшая модель местности оказалась громоздкой для того, чтобы быстро обсчитать ее на персональном компьютере.
В заключении отметим такой факт, что в последние годы развитие компьютерной техники идет чрезвычайно стремительными темпами, мощность растет очень быстро, программные продукты оптимизируются под многоядерные процессоры, и количественные изменения в скорости обработки данных переходят в качественные. Поэтому степень реалистичности модели увеличивается.
Демонстрация ВММ на лабораторных работах позволяет студентам быстрее и лучше понять основные формы рельефа и назначение горизонталей. Также Виртуальные Модели Местности позволяют познакомиться с возможностями современного программного обеспечения. Несомненно использование 3D-моделей в учебном процессе оправдано и уместно, в большинстве случаев ВММ выполняют роль наглядного пособия. Кроме того практическое применение нашей модели может заключаться в изучении незнакомой местности перед тем, как отправится в поход либо экспедицию. ВММ позволяет имитировать движение по заданной траектории, как в нашем случае - прогулка на катере вверх по течению реки. Это полезно для тех, кто впервые отправляется в верховья реки Верх. Кейбраз.
Отметим основные особенности проделанной работы:
- Применение комплекса Credo для обработки карт и создания ЦМР;
- «Драпировка» и визуализация ВММ в AutoCAD Civil 3D;
- Использование четырех растров при «драпировки»;
- Внедрение в обучающий процесс ВММ на кафедре геологии и геодезии СибГИУ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Михелев, Д.Ш. Инженерная геодезия. - М.: Академия, 2008.
2. Тикунов, В.С. Геоинформатика. Кн. 1. - М.: Академия, 2008.
© Д.Б. Новоселов, В.А. Новоселова, 2011
