CC BY
143
УДК 528.7 (06)
В.В. Ветрова, Т.П. Нырцова МИИГАиК, Москва
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СОЗДАНИИ КАРТ ДЛЯ ШИРОКОГО КРУГА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Уровень развития информационных технологий предоставляет возможность использования цифровых моделей рельефа, данных дистанционного зондирования, баз геоданных и программных средств для разработки новых методов и подходов к процессу составления и оформления карт, повышающих качество, полноту, достоверность, современность и выразительность картографической информации.
Совершенствование и разработка новых видов картографической продукции для широкого круга потребителей с наглядным (реалистичным) способом представления земной поверхности на основе использования автоматизированной технологии с привлечением современных источников пространственных данных является неотъемлемым условием создания карт, отвечающих растущим требованиям со стороны потребителей.
В процессе разработки методики и технологии создания подобной картографической продукции была проведена значительная работа по изучению и анализу имеющегося опыта создания карт с наглядным (реалистичным) способом представления земной поверхности, как с использованием традиционных технологий, так и с применением различных современных графических программных продуктов. Наглядность (реалистичность) картографического изображения тесно связана с его географическим подобием, которое рассматривается как внешнее сходство картографического изображения с обликом земной поверхности на местности или на снимке при визуальном восприятии трехмерности пространства и достоверности отображаемого явления. С целью определения степени географического подобия, проведен эксперимент по восприятию картографического изображения потребителями карт.
Эксперимент заключался в сравнительном анализе наглядности представления природного ландшафта (на примере изображения рельефа и растительности) на фрагментах различных карт по выделенным критериям: пространственная наглядность, художественное исполнение, цветовое решение, портретное сходство с внешним обликом земной поверхности на местности или на снимке. Результаты проведенного эксперимента подтвердили, что карты с пластичным (объемным) представлением земной поверхности обеспечивают непосредственное визуальное восприятие пространства на карте на интуитивном уровне. При этом способы получения наглядного картографического изображения, творческая работа художника-картографа или точные математические методы моделирования в трехмерных программных средах определяют степень географического подобия. По результатам эксперимента было установлено, что картографическое изображение, полученное на основе строгих математических методов
моделирования, было выделено большинством экспертов среди остальных как наиболее соответствующее требованию географического подобия.
В процессе создания карт, рассчитанных на широкий круг потребителей, вопрос о получении наглядного, выразительного, интуитивно понятного картографического изображения при автоматизации процессов создания карты рассматривается как один из основных. При этом обоснованный выбор средств и способов представления земной поверхности на карте обеспечивает оптимизацию зрительного восприятия и возникновение правильных ассоциаций, что напрямую связано с процентом полноты получения информации по карте. Результат эксперимента по оценке эффективности восприятия изображения на двух фрагментах с различными способами представления земной поверхности: 1) перспективное представление района, полученное на основе цифровой модели рельефа с использованием гипсометрической окраски (рис. 1); 2) перспективное представление, дополненное использованием текстуры для показа лесных массивов, стилизованной под изображение леса на аэро- и космических снимках (рис. 2), подтвердило значимость способа представления пространственной информации на картах с позиции достоверности восприятия. Процент полноты получения информации у неспециалистов при рассмотрении второго фрагмента увеличился на 44%.
Рис. 1. Цифровая модель с гипсометрией
Рис. 2. Цифровая модель, гипсометрия и стилизованная текстура леса
На основе анализа имеющихся доступных источников цифровых моделей рельефа, данных дистанционного зондирования, проведенных экспериментов по оценке степени географического подобия и оптимизации зрительного восприятия была предложена совокупность способов и приемов по созданию карт с наглядным (реалистичным) способом представления земной поверхности в процессе осуществления моделирования в трехмерных программных средах. Способы и приемы рассматривались на примере моделирования элементов природного ландшафта, обладающих наиболее выразительными графическими средствами в передаче внешнего облика земной поверхности на карте и снимке (рельеф и растительность).
При моделировании рельефа территории с целью передачи богатства природного ландшафта была выбрана цифровая модель, по своей разрешающей способности в передаче форм рельефа соответствующая карте более крупного масштаба (цифровые модели SRTM). Использование данного приема позволило получить наглядное, подробное изображение земной поверхности без ухудшения читаемости карты. Светотеневое изображение по своим свойствам отличается от графического изображения рельефа в горизонталях, использование которого данным образом привело бы к увеличению штриховой нагрузки и, соответственно, к ухудшению читаемости карты. Использование данного приема также играет роль положительного фактора в связи с большими площадями лесных массивов в горных областях картографируемой территории, для моделирования которых используются стилизованные текстуры, обладающие кроющим эффектом, вследствие чего происходит частичное сглаживание форм рельефа.
Моделирование подстилающей поверхности осуществлялось с использованием гипсометрической шкалы, цвета которой приближены к природному колориту территории картографирования. Выбор способа представления подстилающей поверхности выполнен с учетом следующих факторов: моделирование на основе использования цифровых моделей рельефа (наличие высотных данных), возможность распределения цветов природного ландшафта по высотным поясам, обеспечение наглядного представления внешнего облика земной поверхности.
Несмотря на использование гипсометрической шкалы, цвета которой приближены к природному колориту, при показе подстилающей поверхности нет возможности передать реальные площади занятые растительностью и особый рисунок данного ландшафта, характерный для растительности на аэро- и космических снимках. В процессе работы были разработаны и экспериментально апробированы текстуры для моделирования лесных массивов без выделения породного состава лесов. При разработке текстур в качестве основного эталона использовались изображения лесных ландшафтов на аэро- и космических снимках с воспроизведением особенностей рисунка в соответствии с основными дешифровочными
признаками: тон изображения, цвет, конфигурация и текстура или рисунок изображения (рис. 3).
(аэро- и
КОСМИЧЄСКІ
снимки)
у -|«ЛЧ# I Г\Г1
эталонь
участки-
полученная текстура леса
рельефная
составляющая
Рис. 3. Процесс создания текстур лесных массивов
В процессе работы были определены основные требования к моделированию текстур для воспроизведения природного рисунка лесного ландшафта и гармоничной интеграции с показом рельефа на картах с плановым изображением рассматриваемого масштабного ряда (1 : 100 000 -1 : 300 000): достижение наиболее возможного подобия зернистому рисунку текстуры, характерной для лесных массивов на аэро- и космических снимках; соблюдение масштабных пропорций; согласованность характера теней с общим направлением освещения; передача иллюзии солнечной освещенности под действием рефлексов; согласованность представления лесных массивов со способом представления подстилающей поверхности на основе цифровой модели рельефа.
Одним из основных вопросов при создании карт является вопрос читаемости. С целью оценки возможности использования разработанных текстур без ухудшения читаемости других элементов содержания на ее фоне был проведен эксперимент по оценке читаемости штриховой нагрузки на фоне лесных массивов. Эксперимент заключался в оценке читаемости подписей на разном фоне за ограниченный промежуток времени. По итогам первого этапа эксперимента было отмечено снижение общей читаемости подписей названий на фоне используемой текстуры. С целью повышения читаемости подписей названий было предложено использовать обводку толщиной 0,1 мм - 20% желтого («галло»). Результаты второго этапа эксперимента по оценке эффективности введения обводки для повышения читаемости подписей названий на фоне текстуры показали повышение читаемости подписей на 15%. В целом читаемость штриховой нагрузки экспертами была оценена как хорошая.
Комплекс программно-технических средств, используемый при осуществлении процесса моделирования, позволяет создавать в едином технологическом цикле карты, предназначенные для печати тиража, и трехмерные картографические представления, визуализируемые на экране
монитора (табл. 1). В качестве исходных материалов используются: цифровые модели SRTM и ASTER DEM, космические снимки Landsat и Spot, базы геоданных.
Таблица 1. Программное обеспечение, используемое в процессе создания
карт
Программный продукт Проводимые операции
SRTMFill1 Blackart3.47 Wilbur v1.25e1 GlobalMapper6 Исправление дефектов цифровых моделей Трансформирование, нарезка, конвертация, обобщение, интеграция моделей различного разрешения
Envi3.4 PhotoShop6 PhotoShop6 Синтез снимков, трансформирование, цветокоррекция, улучшение качества изображения, дешифрирование Создание основы для моделирования лесных массивов («цветная карта»)
ArcView3.2ü MapInfo6 GeoDraw1.14 GeoGraf1.5 Отбор, нарезка, редактирование атрибутивной информации, проекционное трансформирование
VNS1.0 Моделирование рельефа, драпировка снимком, гипсометрическая шкала, создание и размещение текстур
VNS1.0 Illustrator8 Экранное представление карта
Процесс оформления карт с наглядным (реалистичным) способом представления земной поверхности был поднят на новый технологический уровень, благодаря комплексному подходу к процессу картографирования и использования современных материалов и программных продуктов.
В результате выполненных исследований и экспериментальных разработок можно сделать вывод, что разработанная технология (рис. 4) дает возможность создавать карты, по своей выразительности и наглядности в представлении картографируемой территории сопоставимые с картами, выполненными художниками-картографами.
Использование данной технологии позволяет сократить временные, материальные и творческие затраты процесса создания карты и получить картографическое изображение, отвечающее требованиям точности, полноты и достоверности в передаче пространственной информации (рис. 5).
Рис. 4. Технологическая схема создания карт с наглядным (реалистичным) способом представления земной поверхности в программной средетрехмерного моделирования
Рис. 5. Фрагмент карты Крыма, выполненной по разработанной технологии
Результатом проведенной работы на данном этапе является картографическое изображение, отличающееся выразительностью, наглядностью и достоверностью передачи внешнего облика ландшафта территории, полученное на основе разработки и экспериментальной апробации текстур для моделирования растительности (леса) в сочетании с объемным представлением рельефа (цифровые модели высокого разрешения) и гипсометрической окраски, цвета которой приближены к природному колориту.
© В.В. Ветрова, Т.П. Нырцова, 2005
