Александр Гречищев, ДАТА+, agre@dataplus.ru
«Виртуальный мир – лишь хилый слепок реальности…»
Рыбаков, ветеран форума WWW.alenarcon.narod.ru
Но объединение виртуальной реальности и ГИС
Таит в себе новые невиданные и неведомые возможности …
Спрос на создание и реалистическое представление пространственной информации стимулирует развитие и широкое распространение программных продуктов, позволяющих моделировать объекты и местность в трёхмерном виде. Вектор развития направлен на расширение возможностей фотореалистичной визуализации местности: отдельных объектов, участков, населённых пунктов, протяженных областей, Земли в целом. При этом всё шире и чаще предоставляется доступ к пространственным данным через Интернет. На этом фоне всё более заметно сближение и интеграция программного обеспечения для обработки данных дистанционного зондирования, геоинформационного анализа, архитектурно-планировочного моделирования.
Долгие, долгие годы наше трёхмерное пространство старались представить на плоскости или набором плоскостей. Ведь основным носителем информации была плоская бумага, пленка и т.п. А всё объёмное обычно было громоздким, тяжелым. С развитием компьютерных технологий появилась возможность представить наше окружение на неосязаемом уровне, виртуально. Но практически все формы плоского (плоскостного) представления не канули в лету. Они также «виртуализировались», и именно из этих виртуальных плоскостей пока, как правило, и формируется наше объёмное представление реального пространства.
Основным источником новой информации, зафиксированной на определенный момент времени, являются данные дистанционного зондирования Земли, аэро- и космические снимки местности. Именно эти данные, совмещенные с данными о рельефе, позволили быстро в первом приближении моделировать объёмное представление территории. И если двумерное представление пространства обозначалось как 2D, а трёхмерное – как 3D, то цифровая модель рельефа местности, совмещенная со снимком этой же местности получила обозначение 2,5D. Такой вариант моделирования очень хорош и информативен для не урбанизированных территорий. Но в городах и населенных пунктах, где имеется множество строений и сооружений, в том числе очень высоких и разнообразных по форме, требуется моделирование застройки в трехмерном пространстве. При моделировании местности, где имеются на- и над- или подповерхностные объекты, отображаемая территория или, в другой терминологии – «сцена», разделяется на части, которые моделируются раздельно. В обобщенном виде принцип моделирования показан на рис. 1.
Рис. 1. Обобщенная схема моделирования трёхмерной сцены.
Представление трёхмерной сцены в заданной системе координат, которую, как правило, определяет координатная система ортофотоизображения или текстурируемой им ЦМР, и добавление к получаемой 2,5D модели местности различной атрибутивной информации (тип объекта, название, характеристики и т.п.), представляемой, например, в табличной форме ГИС, а также дополнительных данных (условные знаки, аннотации, вспомогательные модели окружающих движимых или недвижимых объектов) позволяет получить не только имитацию реальности, но и хороший инструмент для анализа или публикации геопространственных данных и связанной с ними информации. По сути, мы получаем геоинформационную систему, в которой реализована возможность отображения пространственных данных в трёхмерном виде (3D ГИС), или виртуальную реальность, основанную на данных геоинформационных систем.
Фотореалистичная 3D-сцена может создаваться на основе различных источников геопространственной информации: аэро- и космическая съёмка местности, фото- и видеосъёмка объектов, геодезические измерения, полевые обследования, лазерное сканирование, существующие картографические материалы и ГИС-данные. Результаты обработки этой информации, в том или ином виде, могут использоваться как для моделирования объектов и поверхности, так и для получения, уточнения атрибутивной информации, сохраняемой в ГИС в табличной форме.
Для обработки данных дистанционного зондирования, в том числе и с целью получения результатов, которые могут быть использованы при трёхмерном моделировании сцены, имеется широкий спектр программных продуктов компании Leica Geosystems. В последнее время большое внимание в компании уделяется разработке и совершенствованию модулей и программ трёхмерной визуализации, в том числе посредством Интернет. Много новых возможностей трёхмерной визуализации геопространственной и сопутствующей информации, анализируемой и/или хранящейся в базе геоданных (БГД), появилось и в программном обеспечении компании ESRI. Например, на рис. 2 представлена серия изображений (screen shots), наглядно демонстрирующая, что в настоящее время здесь очень легко перейти от «глобуса» к трехмерному изображению требуемого участка местности. При этом, по мере необходимости, можно подключать или отключать отображение тех или иных растровых, векторных и прочих слоев.
Рис. 2. Выборочная последовательность «экранных копий», полученных в приложении ArcGlobe.
Трёхмерные модели объектов, внедряемые в виртуальную сцену, могут представляться в виде каркасных моделей, моделей с упрощенной, одноцветной текстурой или моделей с текстурами из изображений стен, крыш и прочих поверхностей, взятых с аэро- или космических снимков высокого разрешения, с фотографий конкретных объектов, или просто из библиотеки текстур аналогичных или похожих строений. Со временем будут доступны библиотеки и самих трёхмерных объектов, внедряемых в трёхмерную модель местности. С учетом нашего типового градостроительства смоделировать реальный город с помощью накопленных трёхмерных моделей объектов будет намного проще.
При этом необходимо учитывать, что сложные модели пока ещё очень «тяжелы» для отображения в режиме «реального времени», особенно когда их большое количество. Для нормальной работы с ними требуется соответствующее аппаратное обеспечение: высокое быстродействие процессора, наличие больших объёмов оперативной и специальной текстурной видеопамяти и т.д. Поэтому и создаются упрощенные модели, удовлетворяющие необходимым точностным требованиям в геометрии и текстуре, которые подключаются при изменении масштаба отображения. В современных программных продуктах для эффективной визуализации городских территорий обычно применяется несколько уровней геометрической сложности сгенерированных моделей зданий и сооружений (Level of detail – LOD). Например: уровень 1 – точки; уровень 2 – блочные модели («простые коробки») с одноцветной «заливкой»; уровень 3 – основные (упрощенные) конструкции с упрощенными текстурами и 4 – детализированные модели с более подробной «проработкой» конструкции крыши и строения с применением более детальных текстур.
Конечно, чем больше отображаемая детальность, тем выше должна быть разрешающая способность исходных данных. И часто в таких случаях требуется большее их количество для построения всех граней модели.
Когда нет детальных или текстурированных моделей объектов для включения в 3D-сцену, но необходимо очень быстро создать и показать застройку, можно восстановить высоту строений на основе информации из базы геоданных или по измерениям тени на снимке высокого разрешения, если БГД ещё не сформирована (рис. 3). Текстуры объектам, по мере необходимости, можно присвоить в дальнейшем.
Рис. 3. Восстановление высоты зданий по изображению их тени на снимке.
Трёхмерное представление и отображение объектов и местности в ГИС значительно расширяет сферы применения геоинформационных систем. Упрощается восприятие и понимание данных и информации, быстрее принимаются решения и повышается их эффективность. Наиболее широкие возможности применения 3D ГИС открываются в сфере муниципальных информационных систем и, в частности, при технической инвентаризации объектов недвижимости.
В Московской области Государственный технический учёт и техническую инвентаризацию объектов градостроительной деятельности проводят специализированные государственные унитарные предприятия, уполномоченные на осуществление этой деятельности. Так, в каждом районе области действуют филиалы ГУП МО «МОБТИ», которые обеспечивают:
- государственный учёт, техническую инвентаризацию, паспортизацию, контроль технического состояния, оценку и переоценку объектов недвижимости на территории Московской области;
- информационное и консультационное обслуживание, связанное с государственным учётом и технической инвентаризацией объектов недвижимости;
- исполнение иных инвентаризационных и технических работ на основании постановлений и распоряжений органов власти;
- экспертизу по вопросам выдела и раздела имущества (зданий, строений, сооружений, помещений);
- оценочную деятельность для целей, установленных законодательством Российской Федерации.
Сведения об объектах учёта являются основой для осуществления государственной регистрации прав на недвижимое имущество и сделок с ним. Объектами градостроительной деятельности являются:
- объекты, завершённые строительством и принятые в эксплуатацию;
- самовольно возведённые завершённые строительством объекты (части объектов);
- объекты, не завершённые строительством, в том числе объекты, разрешение на строительство которых не выдавалось;
- бесхозяйные объекты.
Вся информация об объектах подразделяется на атрибутивную и графическую. Основной объём графической информации составляют поэтажные планы, хранящиеся, как правило, в бумажном виде. Автоматизировать процесс работы с бумажными поэтажными планами практически невозможно. Поэтому в Солнечногорском филиале ГУП МО «МОБТИ» выполняются работы по оцифровке (векторизации) поэтажных планов объектов учета и начато формирование базы данных, в которой атрибутивная информация и графическая взаимосвязаны. Это в дальнейшем позволит автоматизировать процессы поиска, редактирования и выдачи, по мере появления необходимости, требуемой актуальной информации об объекте учёта.
Векторизацией поэтажных планов создание графической составляющей базы данных не заканчивается. Электронная копия поэтажного плана является двумерной, но объекты трёхмерны. Поэтому эти векторные планы служат основой для трёхмерного представления как отдельных квартир, так и этажей и зданий в целом. После текстурирования фасадов и крыш создаются модели с разными уровнями детальности. Эти модели могут совмещаться с цифровой моделью территории и отображаться с помощью соответствующего программного обеспечения в 3D ГИС.
Примерная последовательность перехода от поэтажных планов к трёхмерному представлению в ГИС показана на рис. 4. В результате каждый объект учета, будь то отдельная квартира, дом, сарай, гараж и т.д., с помощью ГИС может быть проанализирован в его окружении и в сравнении с другими объектами.
Рис. 4. Условная последовательность перехода от поэтажного плана к 3D ГИС.
В настоящее время в Солнечногорском филиале ГУП МО «МОБТИ» совместно со специалистами ООО «ДАТА+» проводятся пилотные работы по подготовке данных и материалов, необходимых для создания геоинформационной системы, в которой информация об объектах учёта будет представляться, в том числе, и в трёхмерном виде. В качестве первоочередного или тестового выбран небольшой компактный поселок Менделеево (рис. 5), расположенный к северо-востоку от города Зеленограда.
Рис. 5. Менделеево из космоса и на плане.
