CC BY
126
СОЗДАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТУРИСТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ТРЕХМЕРНЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ МЕСТНОСТИ
Денис Борисович Новоселов
ООО «Сибшахтостройпроект», 654027, Россия, г. Новокузнецк, пр. Курако, 19Б, главный специалист отдела инженерно-геодезических изысканий, тел. (3843)900-420, e-mail: [email protected]
Валентина Александровна Новоселова
Сибирский государственный индустриальный университет, 654007, Россия, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, старший преподаватель кафедры геологии и геодезии, тел. (3843)74-86-35, e-mail: [email protected]
Евгений Александрович Звягинцев
ООО «Сибшахтостройпроект», 654027, Россия, г. Новокузнецк, пр. Курако, 19Б, инженер-геодезист отдела инженерно-геодезических изысканий, тел. (3843)900-420, email: [email protected]
Создана и внедрена туристическая информационная система района Поднебесных Зубьев на основе трехмерной виртуальной модели местности в целях туристической деятельности. Эта система позволяет изучать незнакомую местность, прокладывать маршруты, учитывая значения высоты, знакомиться с местоположением баз и стоянок для отдыха и смотреть фотографии достопримечательностей.
Ключевые слова: цифровая модель рельефа, виртуальная модель местности, Поднебесные Зубья, туристическая информационная система.
CREATING AND IMPLEMENTATION OF TOURIST INFORMATION SYSTEMS BASED ON THREE-DIMENSIONAL VIRTUAL TERRAIN MODELS
Denis B. Novoselov
LLC «Sibshahtostroyproekt», 654027, Russia, Novokuznetsk, av. Kurako, 19b, the main specialist of the engineering-geodetic survey department, tel. (3843)900-420, e-mail: [email protected]
Valentina A. Novoselova
The Siberian State Industrial University, 654007, Russia, Novokuznetsk, Kirova Str. 42, senior teacher of chair of geology and geodesy, tel. (3843)74-86-35, e-mail: [email protected]
Evgeniy A. Zvyagintsev
LLC «Sibshahtostroyproekt», 654027, Russia, Novokuznetsk, av. Kurako, 19b, geodesist of the engineering-geodetic survey department, tel. (3843)900-420, e-mail: [email protected]
Created and applied system of tourist information area Podnebesny Zybia on the basis of a three-dimensional virtual model of the area to tourism. This system allows us to study unknown terrain, run routes, taking into account heights, met with the location of bases and sites for recreation and view photos attractions.
Key words: digital elevation model, the three-dimensional virtual model, Podnebesny Zybia, tourist information system.
Сегодня повсеместно внедряются современные технологии
автоматизации и визуализации геодезических данных. Появляются
различные программные продукты, которые позволяют значительно
сократить время выполнения работ и создавать трехмерные 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[1].
В качестве объекта для создания туристической информационной системы был выбран район Поднебесных Зубьев - туристический район в Кузнецком Алатау, расположенный на границе Кемеровской области и Хакасии вблизи железнодорожной станции Лужба. Ближайший город — Междуреченск, находится в 60 км к западу от Поднебесных Зубьев. Чистейшие ручьи и реки текут из синих каровых озёр, много родников, водопадов, порогов. На склонах хребта лежат небольшие ледники, находящиеся на аномально низкой высоте. Хребет имеет типичный альпийский облик. В рельефе характерно сочетание гольцевых куполовидных форм высотой свыше 2000 метров с обширными выровненными водораздельными пространствами. В центральной части хребта поднимаются вершины Большого Зуба (2046) - самая высокая точка Кемеровской области. Эта местность была выбрана неспроста, в феврале 2013 года исполнилось 70 лет со дня образования Кемеровской области и данный проект приурочен к этой дате.
Главное отличие данной туристической системы - то, что в её основе лежит не обычная карта, а полноценная трехмерная виртуальная модель местности (ВММ). 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)[2].
В качестве такой программы была выбрана программа AutoCAD Civil 3D, основным преимуществом данной программы является то, что она предоставляется бесплатно для преподавателей и студентов ВУЗов по всему миру. Данная программа позволяет визуализировать модель либо с любого ракурса, либо вращать ее перед наблюдателем. Основным же достоинством является то, что CAD-пакеты очень хорошо знакомы преподавателям и студентам технических специальностей, а также между различными пакетами, которые сейчас встречаются на рынке, существует отличный импорт/экспорт.
Виртуальная модель местности состоит из:
• цифровой модели рельефа;
• растрового изображения;
• векторных данных;
• трехмерных объектов специального назначения.
Цифровая модель рельефа (ЦМР) - это трёхмерное цифровое отображение реального рельефа. Степень соответствия виртуальной модели реальной местности в основном зависит от точности передачи рельефа земной поверхности. Чем точнее и детальней модель рельефа, тем более реалистична модель. Однако при визуализации трехмерных сцен на обсчет ЦМР может уходить от 50 до 98 % вычислительных мощностей компьютера, и потому излишняя подробность при передаче земной поверхности нецелесообразна.
Для создания ЦМР была использована современная топографическая карта района Поднебесных Зубьев в масштабе 1:50000. Общая площадь около 1220 км2.
Для создания ЦМР использовалась бесплатная
полнофункциональная версия программы Easy Trace 7.99.
Программа не содержит каких-либо ограничений и
распространяется бесплатно. Easy Trace является пакетом программ для полуавтоматической
интерактивной векторизации
цветных и черно-белых растровых изображений. Этот пакет предназначен для переноса графической информации с бумажных носителей в электронный вид и ориентирован на обработку картографических материалов. [3]
Топографическая карта подгружается в проект Easy Trace, и с помощью инструментов программы векторизуются все горизонтали и реки - основные элементы для построения ЦМР (рис.
1). Основным преимуществом Рис. 1. Работа в программе Easy Trace программы является функция автоматического ввода Z-
координаты. Эта возможность полуавтоматического присвоения значений высот горизонталям (т. е. присвоение Z-координаты полилиниям) реализована через специальный инструмент простановки высот.
Оптимальное соотношение между разрешением цифровой модели рельефа и растров 1:4— 1:8. Для масштаба 1:50000 оптимальное разрешение шага ЦМР составляет 20-25 метров, дальнейший рост значительно повышает требования к ресурсам компьютера.
Исходные данные для построения цифровой модели местности - это отметки вершин, горизонтали и реки. Отметки вершин представлены точками в условной системе координат и исходной отметкой. Горизонтали представлены полилиниями с одинаковой высотой. Полилиния - основной инструмент при работе в CAD-пакетах. Реки представлены 3D-полилиниями, т.е. их отметки не постоянны, а интерполируются из точек пересечения рек с горизонталями. С реками цифровая модель местности более приближена к действительности.
Фактически нами были созданы 2 цифровые модели рельефа, одна в масштабе по оси Z 1:1, другая 2:1. Первая служит для правильного расчета пути в километрах, а вторая - для изучения местности, так как трехмерная сцена имеет очень большую общую площадь и горные массивы скрадываются на такой большой площади. Также одним из недостатком CAD-пакетов является то, что они работают в математической системе координат, где нет возможности изменять масштаб одной из осей при визуализации. В AutoCAD нет функции изменения масштаба по одной из осей, но такой параметр присутствует для каждой оси при вставке обычного блока. Для изменения масштаба по оси Z необходимо создать блок из горизонталей, рек и отметок вершин и затем вставить его с параметром Z = 2.
В качестве растровых изображений использовались: исходная
топографическая карта масштаба 1:50000, туристическая карта и космический снимок.
Предварительная обработка исходной карты была осуществлена в программном продукте CREDO Транформ 3.1. Основное назначение данного продукта - сканирование исходного картографического материала, метрически корректная трансформация и сшивка растрового изображения. Исходная карта состояла из 9 планшетов масштаба 1:50000, в программе они сшивались в условной системе координат и задавались границы видимости планшетов.
Покрытие ЦМР растровыми геоизображениями помогает при ориентации на модели, привнося в ВММ колоссальное количество новых сведений о местности, и делая ее действительно реалистичной. Драпировка модели картами встречается чаще, так как стоимость карт ниже, их проще обрабатывать и вносить в модель. Использование космических снимков требует больших затрат на их закупку, обработку, сшивку и различные виды коррекции. Однако реалистичность модели, драпированной аэро- или космическими снимками, гораздо выше, чем у модели, в которой использовались топографические карты. [2]
Наиболее часто внесение векторных данных в ВММ применяют для показа населенных пунктов, озера, реки (показанные как площадные объекты), реки (линейные), трубопроводов, дорог (железные и автомобильные) и т.п. [2]
В нашей виртуальной модели векторными данными обозначались основные маршруты движения. Маршруты представлены в программе 3D-полилиниями, Z-отметка которых интерполируется при пересечении с
горизонталями, реками и отметками вершин. В программе необходимо также задать величину ширины 3D-полилинии, чтобы она выделялась на виртуальной модели местности.
При создании виртуальной модели местности возникает необходимость в отображении специальных объектов, таких как конструкции и строения сложной формы, деревья и другие дискретно расположенные предметы. Несомненно, это ведет к повышению реалистичности.
Для полноценного использования туристической информационной системы в виртуальную модель местности были внедрены трехмерные объекты туристических баз, мест стоянок с палатками и фотографии. Каждый трехмерный объект имеет гиперссылку на специальный файл. Это может быть либо обычная фотография, либо текстовой файл с описанием данного места: для туристических баз - информация о стоимости услуг, фотографии и километраж по тропе (рис. 2); для стоянок - фотографии мест стоянки. В качестве исходного 3D-тела для ссылок на фотографии был создан куб с шириной 50 метров и покрашен в синий цвет. При наведении на данное трехмерное тело появляется фотография достопримечательности (рис. 3).
Рис. 2. Расположение Рис. 3. Фотографии
туристических баз достопримечательностей
Для конечного пользователя работа в данной туристической системе представляет собой изучение местности путём вращения виртуальной модели местности в пространстве с помощью функции «зависимая орбита» (рис. 4).
Рис. 4. Виртуальная модель местности с 3D-объектами и маршрутами на основе карты Модель можно приближать, уменьшать, определять координаты нужных точек, определять расстояния по поверхности модели, смотреть фотографии и осуществлять поиск по названиям баз либо достопримечательностям. Пользователь может сохранять любой ракурс ВММ, напечатать фрагмент сложного перевала, где необходимо будет пройти и создать видеофайл движения по заданной траектории вдоль ВММ. Также пользователь может выбирать растровую подложку, на основе которой будет создана виртуальная модель местности - топографическая карта, туристическая карта и космический снимок (рис. 5). Эти материалы могут быть использованы непосредственно в походе либо в бумажном или в электронном виде на мобильных устройствах.
Рис. 5. Виртуальная модель местности с 3D-объектами и маршрутами на основе космического снимка
Мнения о целесообразности применения виртуальных моделей в картографии неоднозначны. Несомненно, использование ВММ в учебном процессе оправдано и уместно, однако дальнейший рост детализации и реалистичности здесь не является необходимым. В большинстве случаев ВММ выполняет роль наглядного пособия. В данном проекте мы практически применили виртуальные модели местности в туристической деятельности. Каждый, кто хочет отправиться в поход, может изучить местность, подсчитать корректно маршрут, изучить расположения баз и посмотреть на фотографии наиболее красивых мест.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Михелев Д. Ш. Инженерная геодезия. - М.: Издательский центр «Академия»,
2008.
2. Новоселов Д. Б., Новоселова В. А. Использование трехмерных виртуальных моделей местности в учебном процессе // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. - С. 59-63.
3. Easy Trace v 8.0. Руководство пользователя // Easy Trace Group, 2005г.
© Д. Б. Новоселов, В. А. Новоселова, Е. А. Звягинцев, 2014
