CC BY
70
УДК 528.7:574
Л.К. Трубина, О.А. Беленко, Е.И. Дюхина СГГ А, Новосибирск
НОВЫЙ ПОДХОД К ПРЕДСТАВЛЕНИЮ ОБЪЕКТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО МИРА В БАЗАХ ДАННЫХ
L.K. Trubina, O.A. Belenko, Ye.I. Dyukhina SSGA, Novosibirsk
NEW APPROACH TO REPRESENTATION OF PLANT AND ANIMAL KINGDOM OBJECTS IN DATA BASE
To present a great amount of facts on biological variety, virtual herbariums, electronic atlases, libraries and databases are used. The new approach to representation of the plant- and animal kingdom objects is based on supplying electronic documents with stereoscopic models (stereopairs), collection species and biological objects natural filming. It provides 3D-vizualization of biological objects and thus makes them vivid and real, that can’t be achieved by any other way. This approach realization is considered by the authors.
В целях изучения и систематизации объектов животного и растительного мира биологи в своей научной деятельности собирают огромный фактический материал, характеризующий различные аспекты биоразнообразия. В настоящее время эта оригинальная информация хранится в виде гербариев, коллекций насекомых и других архивов. Расширить круг пользователей созданными коллекционными фондами в научных и образовательных целях, обеспечить сохранность уникальных образцов для будущих поколений - задачи важные и решаемые в настоящее время.
Современные компьютерные технологии способствуют развитию новых форм представления и хранения биологических данных в виде виртуальных гербариев, электронных атласов, баз данных, электронных библиотек, в том числе с применением Интернет-технологии.
Новый подход к представлению объектов растительного и животного мира заключается в дополнении электронных документов стереоскопическими моделями, формируемыми по стереопарам снимков коллекционных экземпляров и натурных съемок биообъектов. Это обеспечивает 3D-визуализацию биообъектов, следовательно, наглядность и реалистичность недостижимую другими способами.
Реализация такого подхода основана на применении цифровых съемочных систем и цифровых методов обработки изображений. Современные цифровые фотоаппараты обеспечивают оперативное получение цифровых изображений в широком диапазоне масштабов. Благодаря их конструктивным особенностям, а также за счет оснащения сменными объективами с переменным фокусным расстоянием, реализована возможность съемки как в макро-, так и в телережиме, не прибегая к использованию дополнительных приспособлений. Широкий набор функций по выбору
режимов съемки обеспечивает высокое фотографическое качество изображений, для хранения которых употребляются флэш-карты памяти большой вместимости и с высокой скоростью записи, что обеспечивает получение большого числа кадров за короткое время и облегчает организацию съемки в полевых условиях.
3D-визуализация биообъектов может быть осуществлена разными способами с помощью специальных аппаратных средств, в частности стереоочков разной конструкции. С экономической точки зрения наименее затратным и доступным для широкого круга пользователей является анаглифический способ, при котором рассматриваются два совмещенных изображения (стереопара), окрашенные в дополнительные цвета (красный и синий) при помощи очков-светофильтров, имеющих такую же окраску. С точки зрения достижения качественного стереоэффекта этот метод имеет некоторые ограничения, связанные с погрешностями в цветопередаче. Более качественное стереоскопическое восприятие обеспечивает электронный способ на основе применения очков на жидких кристаллах. Ниже на рис. 1 приведена стереопара фотоснимков, рассматривать которую можно без специальных приспособлений или используя стереонасадку.
Рис. 1. Стереопара изображений для получения искусственного
стереоэффекта
Таким образом, практическая реализация возможностей создания цифровых стереомоделей и их 3D-визуализации на экране может найти приложение в изучении разнообразных биологических объектов, что обеспечит их представление, очень близкое к реальному, существующему в природе. Следует отметить, что при формировании стереомоделей нет ограничений, связанных с пространственными размерами биообъекта. Например, можно стереоскопически наблюдать ландшафт, съемки которого выполнены с самолета, изучать в деталях устройство лапок насекомых или цветка по изображениям, полученным в режиме «макро», а также внутреннее строение листа или клетки по снимкам, получаемых с помощью микроскопа.
Предлагается новый подход к представлению гербарных образцов в электронном виде, которые остаются основой для проведения исследований по изучению биоразнообразия на видовом уровне. В частности, при оценке состояния природных экосистем, изменение видов устанавливается при
сравнении сборов растений с типовыми образцами, следовательно, важно обеспечить их доступность исследователям. Для достижения цели предлагается формировать коллекции образцов растений в виде структуры, включающей набор цифровых изображений разного масштаба, например, растение целиком - гербарный лист - фотографируется в максимально крупном масштабе, далее каждый орган растения (стебель, лист, корень и т. д.) фотографируется отдельно с более близкого расстояния. Кроме того, к ним можно добавить изображения семени, пыльцы, полученные с помощью микросъемки. Такой подход позволит в максимальной степени отразить особенности каждого гербарного образца за счет отображения отдельных органов растений с большим увеличением, чем в целом гербарный лист. Уникальная информация, содержащаяся на гербарном листе, будет передана со всеми возможными деталями, при этом специальная компоновка снимков для дальнейшего рассматривания обеспечит подобие работы непосредственно с оригиналом гербарного листа, когда исследователь рассматривает его через лупу.
Изложенные подходы по 3D-визуализации биообъектов предлагается применять для подготовки тематических СD-дисков и по разным разделам биологии и экологии для иллюстраций соответствующих курсов. Во время проведения учебных занятий при индивидуальной работе стереомодели можно демонстрировать на экране монитора, кроме того, они могут проецироваться на выносной экран с помощью мультимедийного проектора для одновременного рассматривания группой лиц из зала через анаглифические очки.
Компьютерная поддержка учебных курсов биологии в виде СD-дисков с включением стереоскопических моделей по разным разделам биологии и экологии способна дополнительно обеспечить наглядную демонстрацию биологического разнообразия живой природы на качественно новом уровне, а также доступность информации о биологическом разнообразии, накопленной в специализированных музеях и различных научных учреждениях.
Предложенный подход к формированию тематических дисков с включением стереомоделей уже применен при подготовке первого из планируемой серии диска «Приспособления насекомых и растений к различным жизненным средам».
Второе направление приложений ЗD-визуализации - это формирование специализированных баз данных.
Таким образом, на компьютере можно визуализировать объемные изображения разнообразных биологических объектов, что обеспечит их представление очень близкое к реальному, существующему в природе.
Представление объектов в виде 3D-моделей может быть использовано для создания специализированных баз данных и образовательных мультимедиа продуктов, представленных на CD-дисках.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Биоразнообразие и динамика экосистем: информационные технологии и
моделирование / отв. ред. Шумный В.К. и др. - Новосибирскск: Изд-во СО РАН, 2006. -648 с. - (Интеграционные проекты СО РАН; вып. 7).
2. Трубина, Л.К. Стереомодели в изучении биологических объектов [Текст]: монография / Л.К. Трубина. - Новосибирск: СГГА, 2006. - 136 с.
3. Трубина, Л.К. Стереоскопические модели природных объектов разного масштаба в качестве иллюстративного материала для изучения биологии / Л.К. Трубина // материала междунар. конф. «Теорет. и приклад. исследования в ботанике». - Белгород: Белгород. гос. ун-т, 2005. - С. 280-282.
© Л.К. Трубина, О.А. Беленко, Е.И. Дюхина, 2008
