CC BY
104
УДК 528.926:004
Е.С. Утробина, В.С. Писарев, А.А. Колесников, А.С. Краснолуцкий СГГ А, Новосибирск
ОБОСНОВАНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИНТЕГРАЦИИ ДВУХ- И ТРЕХМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ (МОДЕЛЕЙ)
Ye.S. Utrobina, V.S. Pisarev, A.A. Kolesnikov, A.S. Krasnolutsky SSGA, Novosibirsk
DESCRIPTION OF MAPPING SYSTEM FOR 2 - 3 D ELECTRONIC MAPS (MODELS) INTEGRATION
The article deals with the description of the mapping system, integrating 2- 3 D electronic maps for a modern consumer under the condition of scientific-and-technological progress. Brief analysis of GIS is presented. The authors offer a structure of the mapping system which allows to make detailization of the map objects by transition through conventional symbols from the small-scale 2D model to large-scale 3D maps of local territories. It is useful in visualizing the objects and for obtaining additional mapping information by multimedia means among others.
В современных условиях, в век технического прогресса заметно возросла и все более усиливается информационная потребность населения, в том числе и во всесторонней картографической информации. В связи с этим разрабатываются множество картографических продуктов, различных справочных систем для расширения объема предоставляемой информации, рассчитанных на широкий круг потребителей. Кроме того, возрастает интерес населения к трехмерным и виртуальным изображениям. Поэтому и в картографии становятся актуальными максимально приближенные к реальности трехмерные картографические модели и виртуальные (стереоскопические) изображения. Поскольку визуализация объектов наиболее приближенных к натуральному виду создает иллюзию реального существования, а значит, ускоряет процесс коммуникации, и повышает эффективность передачи пространственной информации [1]. Для того чтобы картографический продукт отвечал интересам современного потребителя, он должен предусматривать доступ к выборке дополнительной информации и ее детализации, быть удобным в использовании, реалистичным и отвечать уровню технического прогресса. Стремление к реалистичности и информативности требует новых подходов к визуализации картографических произведений, их доступности пользователю и интеграции с новыми технологическими разработками, геоинформационными системами и Интернет.
В настоящее время моделирование и интеграция многих источников информации успешно осуществляется на базе ГИС-технологий, также на их основе создаются справочные системы. Существующие ГИС и другие виды программного обеспечения позволяют также выполнять построение трехмерных моделей местности, для текущего активного окна-карты. При
этом, трехмерная модель местности представляет собой поверхность, построенную с учетом рельефа местности, на которую можно наложить трехмерные объекты, соответствующие объектам двухмерной карты [2]. Причем если это типовые трехмерные модели, то они описывают местность с помощью объектов простой формы и строятся по топографическим и обзорным картам. Если это трехмерные модели детального вида, то их изображение настраивается индивидуально, приближается к их реальному виду на местности (архитектурные строения и др.), они характерны для планов городов. Тематические модели создаются по тематическим картам и используются для оформления статистических диаграмм [3]. Таким образом, трехмерная карта строиться на основе двумерной соответствующего масштаба. При этом объем информации остается прежним, что на исходной карте, восприятие улучшается за счет созданной иллюзии ее реальности, а дополнительные сведения на модели можно получить, запросив информацию об объекте.
Нами предлагается новая картографическая система, состоящая из двух уровней моделирования: двухмерного и трехмерного. Каждый уровень моделирования должен содержать соответствующие ему карты (рис. 1).
промежуточная карта дополнительный промежуточная карта Уел. знак подуровень Уел. знак
3D КАРТА
3D
объект
Виртуальная карта
Уровень 3D моделирования
Средства
мультимедиа
Связь с Интернет
3D КАРТА
3D
объект
Виртуальная карта
I_________________подуровень виртуального М0Жшщоз_щия____________________
Рис. 1. Структура картографической системы, интегрирующей двухмерные и
трехмерные электронные карты
Систему можно расширять, формируя дополнительные промежуточные подуровни. Количество подуровней зависит от степени необходимой детализации информации об объекте или явлении. Например, на уровне двухмерного моделирования, подуровнем можно обозначить карты, которые позволят уточнить или сузить территорию поиска картографического изображения объекта или явления, либо карты обеспечивающие удобство сопоставления с трехмерным изображением для работы в синхронном режиме, когда действия, производимые над одной картой, выполняются на второй одинакового масштаба. На уровне трехмерного моделирования, подуровнем можно обозначить виртуальные карты, основанные на применении эффектов трехмерности и анимации, создающие иллюзию присутствия и перемещения в объемном пространстве [5].
Связь между уровнями карт должна осуществляется через условные знаки, которые будут являться проводниками и главными объектами картографирования на следующем уровне. Они будут выводить к трехмерной карте, по типу работы гиперссылки. Таким образом, работа системы должна быть сформирована по принципу «карта в карте» и выполнять переход от общего к частному во взаимосвязи в пространстве с другими объектами и явлениями.
На уровне двухмерного моделирования должна быть расположена исходная двумерная карта. На запрос пользователя (посредством нажатия на условный знак), будет осуществляться визуализация следующего уровня, на котором выполняется детализация картографического пространства, за счет уменьшения площади картографируемой территории и увеличения масштаба. В условный знак будет вкладываться трехмерная карта, более крупного масштаба составленная в пределах пространства зоны влияния на объект, являющегося условным знаком, которая может быть отображена с учетом или без учета влияющих на него факторов [4]. Для этого может быть использован любой условный знак объекта или явления, о котором можно получить более подробную картографическую характеристику, например, более детально, в трехмерном пространстве карты, рассмотреть маршрут движения, территорию спортивного комплекса, достопримечательность, мест отдыха, охоты и рыбалки и т.д., а также получить о них более разнообразную информацию.
По сути, уже в трехмерной картографической модели происходит интеграция разной тематической информации, что является главным ее достоинством. Крупномасштабные тематические трехмерные изображения дают подробное представление о ландшафте и рельефе, водных объектах, растительном покрове и т.д. [1]. По трехмерной модели можно перемещаться, наклонять, поворачивать, менять освещение, как удобно, чтобы оценить взаимное расположение требуемых объектов, реальную глубину, высоту и т.д., можно выбирать объекты на модели с целью запроса информации об объекте. Кроме того, трехмерное картографическое изображение позволяет создавать определенное настроение, будит воображение и творческую активность.
На уровне трехмерного моделирования можно использовать дополнительные мультимедийные средства подачи информации - это информационные справки, фотоматериалы, видеосюжеты, звук, блок-диаграммы, динамику и т.д. На этом уровне можно выйти в подуровень виртуального моделирования, с еще большей степенью реалистичности и детализации - виртуальной модели. Здесь можно совершить виртуальное путешествие, например, с целью осмотра главных достопримечательностей, выбора места отдыха, вплоть до прогулки внутри здания (музея, театра, клуба) и т.д.
Система должна предусматривать связь с поисковой базой Интернет. Сочетание с Интернет позволит находить дополнительную информацию и работать с ней, а также при необходимости сделать заказ.
Идея системы сформировалась на основе того, что часто бывает необходимым получить более детальную информацию об отдельных объектах и явлениях в пространстве карты. Одна карта полной информации предоставить не может, так как на ней действуют принципы генерализации, для этого нужен целый ряд карт разных масштабов, которые необходимо сопоставлять и анализировать, а также привлекать различные справочные источники. В ГИС переходить на другой уровень детальности позволяет использование мультиуровневой генерализация, когда по одной и той же цифровой модели, рельефа, ландшафта выполняют несколько аппроксимаций, а информацию об объекте можно получить, выполнив запрос. В условиях мультимедийного картографирования в современных справочных информационных системах можно получить об объектах и явлениях дополнительные сведения виде текстовой информации, видео, звука, фото, динамики, а также его трехмерное представление, с помощью дополнительных средств программного обеспечения. Система Google использует серии, космофотокарт разного масштаба и разрешения. Она позволяет выполнять манипуляций с масштабом изображения с помощью инструментов прокрутки на мониторе компьютера, при этом детализация изображения интересующей территории осуществляется посредством подмены одних космофотокарт, другими более крупного масштаба. На некоторые территории, на основе космических снимков, выполнены планы городов позволяющие увидеть город, с помощью стереоэффекта, в объемном виде, а к некоторым объектам в качестве дополнений прилагаются фотографии.
Нами же предлагается выполнять детализацию объектов карты посредством перехода от двумерной модели через условные знаки к скрытым крупномасштабным трехмерным картам локальных территорий. Таким образом, чтобы сам условный знак становился как бы основополагающей темой трехмерной карты и был главным объектом картографирования. Границы пространства трехмерной модели должны определяться взаимосвязью исходного условного знака (объекта картографирования) с другими объектами, оказывающими на него какое либо влияние. Также
предусматривается использование средств мультимедиа и возможность дальнейшего воплощения объекта картографирования в виртуальной модели.
По сути это можно обозначить как новое направление развития картографических систем, повышающих информационный уровень и интегрирующих различного рода картографическую информацию об объектах и явлениях на двумерных и трех мерных картах разного масштаба. Система позволит исходной двумерной карте иметь дополнительное скрытое содержание для основных объектов картографирования, которое будет состоять из трехмерных карт локальных территорий и раскроет содержание карты в новом ключе.
Таким образом, предлагаемая картографическая система позволит интегрировать двумерные и трехмерные карты в цельное произведение, в котором будут взаимодействовать друг с другом и служить общей цели все элементы ее составляющие. Система даст возможность объединить в себе свойства сразу нескольких видов картографических произведений, а также сочетать обзорность двумерной карты с детализацией и реалистичностью трехмерной мерной (виртуальной) и информационностью мультимедийной, то есть совместить ранее не совмещаемое.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Берлянт, А.М. Картография [Текст]: Учеб. для вузов/А.М. Берлянт. - М.: Аспект Пресс, 2001. - 336 с.
2. ГИС Карта 2005. Трехмерное моделирование - 3D навигатор [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gisihfo.ru.
3. ГИС Карта 2005. Трехмерное моделирование - виды трехмерных моделей местности [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gisihfo.ru.
4. Утробина, Е.С. Разработка научно-методических основ создания картографических произведений для широкого круга потребителей (на примере районов Новосибирской области) [Текст]: Автореферат / Е.С. Утробина. - Новосибирск, 2003. - 16 с.
5. Берлянт, А.М. Виртуальное картографирование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vivovoco.rsl.ru/vv/journal/nature/07_02/virmap.htm.
© Е.С. Утробина, В.С. Писарев, А.А. Колесников, А.С. Краснолуцкий, 2008
