CC BY
22
УДК 004.94
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АНИМАЦИОННЫХ ПРОГРАММ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕМЕЙСТВА AUTODESK ДЛЯ ТЕМПОРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЯ РЕЛЬЕФА
Мария Николаевна Игнатьева
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, 119991, Россия, г. Москва, Ленинские горы, 1, обучающийся, тел. (925)152-40-22, e-mail: mariyaignatieva@mail.ru
Анна Ивановна Прасолова
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, 119991, Россия, г. Москва, Ленинские горы, 1, кандидат географических наук, доцент кафедры картографии и геоинформатики, тел. (495)939-14-10, e-mail: prasolova.geo@yandex.ru
В статье рассматриваются особенности использования анимационных программ трехмерного моделирования семейства Autodesk для анализа изменения рельефа во временных отрезках. Во время исследования использовались эмпирический, сравнительный, графический и дедуктивный методы анализа, технологические данные программ семейства Autodesk, а также научные материалы ведущих отечественных исследователей Р.М. Ганеева, И.Б. Абба-сова, В.И. Кравцовой, Е.А. Сазанова и зарубежных в лице Келли Мэрдок. Результатом исследования является анализ преимуществ использования программ семейства Autodesk по сравнению с аналогичными профессиональными программами, использующимися на данный момент в картографии и геодезии, на основании которых были определены преимущественные характеристики для создания трехмерных динамических моделей состояния поверхностных и подповерхностных пластов рельефа. Результаты исследования могут быть применены студентами и исследователями в области развития компьютерного картографирования и геодезии, а также специалистами в области трехмерной графики.
Ключевые слова: картография, геодезия, трехмерное моделирование, спутниковое зондирование, Autodesk
FEATURES OF USING ANIMATION PROGRAMS OF THREE-DIMENSIONAL MODELLING OF THE AUTODESK FAMILY FOR TEMPORAL ANALYSIS OF TERRAIN CHANGES
Mariya N. Ignatieva
Lomonosov Moscow State University, 1, Leninskiye Gory, Moscow, 119991, Russia, Student, phone: (925)152-40-22, e-mail: mariyaignatieva@mail.ru
Anna I. Prasolova
Lomonosov Moscow State University, 1, Leninskiye Gory, Moscow, 119991, Russia, Associate Professor, phone: (495)939-14-10, e-mail: prasolova.geo@yandex.ru
The article discusses the features of using 3D animation programs of the Autodesk family to analyze relief changes in time intervals. During the study, empirical, comparative, graphic and deductive methods of analysis, technological data of the Autodesk family of programs, as well as scientific materials of leading Russian researchers R.M. Ganeeva, I.B. Abbasov, V.I. Kravtsova, E.A. Sazanov and foreign ones represented by Kelly Murdoch. The result of the study is an analysis of the advantages of using the Autodesk family of programs in comparison with similar professional
programs used at the moment in cartography and geodesy, on the basis of which the preferential characteristics were determined for creating three-dimensional dynamic models of the state of surface and subsurface relief layers. The research results can be applied by students and researchers in the development of computer mapping and geodesy, as well as specialists in the field of three-dimensional graphics.
Keywords: cartography, geodesy, three-dimensional modeling, satellite sensing, Autodesk
Введение
На современном этапе развития космических технологий актуальным является развитие методов и программного обеспечения спутникового зондирования и картографирования с целью получения объективной и комплексной оценки характеристик поверхности космического тела и его приповерхностных горизонтов. Статическое отображение поверхности предусмотрено техническими возможностями ряда достаточно развитых специализированных программ, используемых на орбитальных спутниках Земли [4]. Однако в последние два десятилетия актуализируются исследования изменения поверхностных характеристик во временных диапазонах, в том числе, динамики развития положительных и отрицательных форм рельефа, происходящей как за счет эндогенных, так и экзогенных процессов.
В связи с этим, проводилось исследование перспектив использования программ трехмерного моделирования на основе платформы семейства Autodesk, в рамках которого анализировалась возможность создания динамических моделей пространства с применением программ Autodesk Maya 3d и Autodesk 3ds Max [3].
Объектом исследования были программы Autodesk Maya 3d и Autodesk 3ds Max. Предметом исследования являлись графические возможности программ семейства Autodesk для их применения в обработке данных спутникового зондирования, картографирования и геодезической съемки.
Главной целью было определить те характеристики программ, которые наиболее объективно соответствуют их применению в рамках создания динамичных 3Б-моделей поверхностей, в частности, рельефа. Исходя из цели исследования были поставлены следующие задачи:
1. Выделить основные преимущества программ семейства Autodesk перед аналогичными специализированными программами в области геодезии и картографирования.
2. Провести анализ характеристик программ семейства Autodesk в отношении возможности построения статичных 3Б-моделей, которые в дальнейшем будут трансформироваться в динамические.
3. Определить преимущественные характеристики программ семейства Autodesk, которые повысят эффективность анализа результатов спутникового зондирования, картографирования и геодезии.
В ходе исследования как основные использовались эмпирический, сравнительный, графический и дедуктивный методы анализа материалов. Также был применен метод наблюдения и статистический анализ касательно выявления множества вероятностей при расчете плотности поверхностных точек.
В теоретической части исследования были использованы технологические данные программ семейства Autodesk, а также научные материалы ведущих отечественных исследователей Р.М. Ганеева, И.Б. Аббасова, В.И. Кравцовой, Е.А. Сазанова и зарубежных в лице Келли Мэрдок.
Методы и технологии
В рамках исследования программы семейства Autodesk сравнивались с возможностями специализированных программы компьютерного картографирования и геодезии ArcGIS 3D Analyst, PHOTOMOD и иных относительно статичного моделирования.
На первом этапе исследования для описания эффективного использования технических возможностей программ семейства Autodesk были определены их основные преимущества перед аналогичными специализированными программами в области геодезии и картографирования:
1. Возможность достижения крайне высокой степени детализации поверхностных пространств, что делает возможным создание сверхчетких и реалистичных проекций.
2. Возможность использования крайне большого количества точек, создающих набор характеристик поверхностных пространств.
3. Возможность замены послойного моделирования поверхностей комплексным с применением широкого спектра инструментов и модулей в каждом из них.
Для решения данной задачи были применены как основные эмпирический и сравнительный анализ характеристик уже используемых программ ArcGIS 3D Analyst, PHOTOMOD с исследуемыми программами Autodesk Maya 3d и Autodesk 3ds Max и метод моделирования вероятностей [1].
На втором этапе исследования для описания эффективного использования технических возможностей программ семейства Autodesk на примере 3ds Max проводился анализ комплекса характеристик программ относительно построения статичных 3D-моделей, которые в дальнейшем будут трансформироваться в динамические. Для решения данной задачи были применены как основные графический и статический анализ, в частности, в определение плотности поверхностных точек и их эффективное влияние на моделирование более сложной динамической системы координат.
На третьем этапе исследования были определены преимущественные характеристики программ семейства Autodesk, которые повысят эффективность анализа результатов спутникового зондирования, картографирования и геодезии. Для решения данной задачи как основной использовался метод дедукции, предполагающий выделение главного из множества.
Результаты
В ходе исследования на каждом этапе были получены результаты, подтверждающие эффективность и перспективность использования программ семейства Autodesk.
На первом этапе исследования были определены следующие основные преимущества программ Autodesk Maya 3d и Autodesk 3ds Max перед аналогичными специализированными программами в области геодезии и картографирования:
1. Программы семейства Autodesk способны работать с поверхностями любого разрешения. Касательно географического пространства, данное разрешение может быть установлено как в масштабе 1:100 (в 1 см 1 м), так и намного выше, например, 1:10 или 1:1. Тем самым, может быть создана максимально точная матрица характеристик рельефа относительно расстояний между объектами или маркерами, а также отдельными формами рельефа как между ними, так и внутри них самих [3].
2. Программы Autodesk по умолчанию решают проблемы постановки точки в трехмерной системе координат. Набор граничащих друг с другом точек определяет общую комплексную характеристику данной области поверхности. Чем ближе расположены данные точки, тем точнее будут характеристики поверхности. Тем самым, в программах данного семейства может быть создана максимально точная матрица характеристик рельефа относительно как расстояний между объектами или маркерами, так и угловых показателей соотношения этих точек относительно друг друга [1].
3. Программы Autodesk Maya 3d и Autodesk 3ds Max изначально предусматривают работу в объемной вирутальной среде, тем самым, послойное создание поверхностей может быть заменено на изначально трехмерное проектирование. Это еще более достижимо, если к данным программам применить автоматизированные модули передачи данных, которые по объему предоставляемой информации будут зависеть только разрешения измерительного аппарата [5].
Таким образом, выявленные три важнейшие преимущественные характеристики программ семейства Autodesk позволяют рассматривать их как полноценные и эффективные аналоги имеющимся специализированным геодезическим и картографическим программам.
На втором этапе исследования были сепарированы те характеристики программ семейства Autodesk, которые в дальнейшем будут трансформироваться в динамические. Изначальная поверхность, предоставляемая программой 3ds Max, имеет нулевые параметры, что позволяет использовать плоскость с безграничным количеством маркерных точек любого уровня. При нанесении необходимого количества точек положительных высотных параметров образуется сложная поверхность (рис. 1), в которой в дальнейшем может быть применен принцип искусственного назначения либо нулевой высоты, либо минимальной высоты относительно уровня океана или иного уровня, принятого за ноль для всей планетарной поверхности. Усложнение геометрии поверхности зависит только от количества точек и плотности их размещения.
Рис. 3. Моделирование начальной точки отсчета и системы координат на плоскости программы Autodesk 3ds Max [6]
В дальнейшем, все точки заключаются в систему компьютерной триангуляции. Главным отличием компьютерной триангуляции от геодезической будет являться целостность поверхностных характеристик множества точек внутри каждого треугольника. Тем самым, при генерализации поверхности исходные параметры не будут теряться или игнорироваться.
Цифровые данные высот и углов наклона заменяются на цветовые характеристики. Принцип изометрии подходит к статическим моделям отображения рельефа поверхности, однако абсолютно тяжело применимы в динамических моделях. Следовательно, цветовая диаграмма является наиболее эффективной и наглядной. Цветовое отображение высотных характеристик рельефа может быть как макрозональным, так и микрозональным (рис. 2), и даже точечным.
Рис. 4. Макрозональное и микрозональное цветовое отображение высотных характеристик рельефа [2]
Точечный принцип построения рельефа наиболее оптимален. Данный принцип хорошо развит в программах семейства Autodesk, что облегчает работу с построением самых сложных форм рельефа, а применение богатой цветовой гаммы делает данное проектирование максимальной визуализированным, не исключая при этом никакие технологические принципы построения и прочтения 3Б-карт, так как совмещает в себе и цифровые характеристики.
При построении динамической ЭБ-карты любого типа - топографической, физико-географической, геологической, геоморфологической и иной - необходимо подключение, например, программы Autodesk 3ds Max к загрузке данных мониторинга за поверхностью. Изменения характеристик любой точки будет отражаться на 3Б-карте одним из условных цветов, не используемых в цветовой гамме рельефа.
На третьем этапе исследования были определены преимущественные характеристики программ семейства Autodesk, которые повысят эффективность анализа результатов спутникового зондирования, картографирования и геодезии:
1. Большой набор инструментов проектирования 2D и 3D моделей поверхности.
2. Изначальное программное условие трансформации двухмерных моделей в трехмерные.
3. Возможности использования крайне высокого разрешения, которое позволяет нанесение на поверхности значительно большего количества точек по сравнению с аналогичными программами.
4. Наличие в семействе Autodesk технических возможностей и дополнительный модулей преобразования статических моделей в динамические по умолчанию или создаваемому алгоритму.
Обсуждение
Полученные результаты исследования показывают, что использование программ семейства Autodesk является более перспективным и актуальным по сравнению с имеющимися уже аналогичными специализированными программами в области компьютерной картографии и геодезии, так как обладают встроенными инструментами или модулями, помогающими создать из статичной карты динамическую. Однако данные выводы идут вразрез с практикой использования программного обеспечения.
Один из возможных выводов состоит в том, что необходимо рассмотреть экспериментальное практическое применение программ семейства Autodesk на базе одной из специализированных организаций в области компьютерного картографирования. Это исследование сделало шаг в направлении определения новых путей развития программного обеспечения в данной отрасли. Подход, изложенный в этом исследовании, должен быть апробирован на специализированных научно-исследовательских предприятиях с целью понимания корректного использования программ семейства Autodesk в спутниковом зондировании, картографировании и геодезии планет.
Заключение
В ходе исследования на всех этапах были получены результаты, которые подтвердили первоначальную гипотезу о том, что программы трехмерного моделирования семейства Autodesk имеют преимущественные характеристики для
создания трехмерных динамических моделей состояния поверхностных и подповерхностных пластов рельефа. Необходима апробация программ с целью совмещения всех их технических возможностей с требованиями и запросами спутникового зондирования ближайших десятилетий.
Результаты исследования могут быть применены студентами и исследователями в области развития спутникового зондирования, картографирования и геодезии, а также специалистами в области трехмерной графики.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аббасов И. Б. Основы трехмерного моделирования в графической системе 3ds Мах 2018. - М. : ДМК Пресс, 2017. - 186 с.
2. Ганеев Р. М. 3В-моделирование персонажей в Maya. - М. : Горячая линия - Телеком, 2012. - 284 с.
3. Келли Мэрдок. Autodesk 3ds Max 2013. Библия пользователя. - М. : Диалектика, 2013. -
816 с.
4. Кравцова В. И. Космические методы картографирования. - М. : Московский ун-т, 1995. - 239, [1] с. : ил.; 22 см.
5. Сазанов Е. А. Архитектурная визуализация в программе Autodesk 3ds Max 2015. -Омск : ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2016. - 60 с.
6. Самоучитель AUTODESK 3DS MAX 9. - СПб. : Издательский дом «Питер», 2008. -
384 с.
© М. Н. Игнатьева, А. И. Прасолова, 2021
