ArcGIS 9.2 предоставляет полное решение
По материалам ArcNews, зима 20052006
Картография – это искусство, наука, технология и умение создавать карты. Как дисциплина она появилась около 30 000 лет назад, одновременно с изображениями мохнатых мамонтов на стенах пещер. Карты, которые часто были настоящими, порой уникальными, художественными творениями, всегда отображали результаты научного или исторического исследования и анализа. Постепенно накапливались обширные знания о том, как создавать понятные и красивые картографические продукты, передающие нужные сведения.
ГИС предоставляет картографии такие грандиозные возможности, как организация системы условных обозначений на основе базы данных, многоцелевое картографирование, интегрированные процессы запросов и анализа данных и их быстрое отображение в соответствии с потребностями потребителя. Однако издатели карт также хотят получить богатые средства графического представления и возможности художественного творчества. Для реализации этих потребностей в новой версии ArcGIS 9.2 представлен широкий набор дополнительных функциональных возможностей. Он обеспечивает достаточную гибкость работы и позволяет автоматизировать выпуск высококачественной картографической продукции, не ограничивая при этом творческие возможности профессионального картографа.
Целью этих новшеств является предоставление мощных инструментов и рабочей среды для картографа, основанных на структуре базы геоданных. Ключевым моментом является максимально возможная автоматизация процесса, в то же время предоставляющая необходимую свободу творчества. Система освободит создателей карт от утомительных операций, традиционно производимых вручную, и позволит им сконцентрироваться на применении уникальных, присущих только человеку способностей визуализации для улучшения дизайна карт и интерпретации данных.
Основными пользователями всего комплекса новых инструментов должны стать профессиональные картографы, однако многие из предоставляемых возможностей будут очень полезны и обычным пользователям ГИС, которые просто хотят улучшить свои карты.
Введение
Сегодня практически все коммерческие издатели картографической продукции используют ГИС для подготовки данных, а многие создают законченные картографические продукты, применяя исключительно ГИС. Другие издатели используют файловые графические пакеты, такие как Adobe Illustrator, для повышения презентационного качества продукта и выполнения картографического редактирования. Такое дробление рабочего процесса имеет ряд недостатков, среди которых необходимость экспорта/импорта между различным программным обеспечением и отсутствие целостного пользовательского интерфейса. Дублирование изменений и обновлений в обеих средах недешево и малоэффективно. Чтобы создать несколько продуктов в разных масштабах, необходимо поддерживать отдельные базы данных, так как атрибуты объектов недоступны на завершающем этапе создания и доводки карт.
Кроме того, в современных условиях многие национальные картографические агентства и коммерческие картографические компании ставят стратегическую цель – использовать общую базу данных и единую среду для всех публикуемых карт и получить возможность многократного использования однажды созданной продукции. Для реализации этой задачи требуется наличие:
- Единой программной среды на всех этапах – от получения данных до выпуска готовой продукции
- Централизованной корпоративной базы данных
- Поддержки множества вариантов представления множества продуктов
- Способности генерирования высококачественной картографической продукции
- Возможности выполнения генерализации и внесения дополнений по мере появления новых аппаратных и программных средств
Новые инструменты и развитые возможности, предоставляемые ArcGIS 9.2, позволяют выполнять полный цикл картографического производства непосредственно в среде ГИС. На выходе будут получаться файлы карт для прямого вывода на печать, изображения для публикации в Интернете или графических форматах, а также файлы в формате Adobe Acrobat PDF для наложения, разделения и прочих действий при подготовке карт к печати.
Преодоление ограничений
Картографов всегда подстерегают трудности при разрешении конфликтов между требованиями автоматизации (визуализация на основе заданных правил) и картографической ясностью (свободой выражения). Новая функциональность в ArcGIS 9.2 помогает решить многие из этих проблем, объединяя возможности автоматизации и свободы творчества. Классы пространственных объектов базы геоданных расширены за счет добавления информации, обеспечивающей хранение правил представления и графических ограничений для разных объектов.
Пример представления линий
Однозначное представление линейных объектов с помощью шаблона или пунктиром, как правило, было для картографов сложной проблемой. ArcGIS 9.2 дает новое решение этой и некоторых похожих задач, обеспечивая поддержку высококачественных автоматических представлений объектов ГИС и, в то же самое время, предоставляя гибкость в области изменения или отмены правил автоматизации. В результате появилась возможность быстро изготавливать точные и визуально привлекательные карты.
Рассмотрим пять этапов создания условных обозначений для линейного объекта дороги из векторного топографического набора данных ГИС (рис. 1). Традиционные системы картографии на базе ГИС поддерживают только первые два этапа.
Рис. 1. Пять этапов создания условных обозначений.
На первом этапе установленные по умолчанию условные обозначения (в данном случае – красная линия) применяются к линейным объектам, а на втором этапе применяется пунктирная линия, поскольку это общепринятый в картографии символ для отображения троп и второстепенных (грунтовых) дорог. Такие условные обозначения в ГИС часто не соответствуют многим картографическим требованиям, поскольку плохо показаны пересечения и изгибы линий (обведены красными кружочками на рисунке) и, следовательно, не ясно, где именно дорожка начинается и заканчивается.
На третьем этапе показаны возможности нового представления, которое автоматически обеспечивает лучшее начертание символов в местах пересечений линий путём подбора такого размера пунктира, чтобы линии пересекались и оканчивались на половине пунктирного значка. На четвертом этапе показано, как картограф использует эти улучшенные возможности отображения в качестве отправного пункта для дальнейшего улучшения отображения с помощью размещения центра пунктирной черты в точном месте изгиба дорожки в северо-восточном углу. Это изменение сохраняется в базе данных как доминирующее в геометрии отображения.
На пятом этапе иллюстрируется исключительная графическая свобода от заданных правил, когда картограф решил изменить цвет некоторых штрихов, а также удалить один штрих из обозначения другой дорожки. Однако, это «свободное представление» остается тесно связанным с исходным пространственным объектом.
Хранение представлений
На физическом уровне картографическое представление добавляет два дополнительных столбца к таблице стандартного класса объектов ArcGIS в базе пространственных данных. Во взятом за основу классе пространственных объектов хранятся точки, линии или полигоны вместе с атрибутивными столбцами. В них содержатся данные, определяющие правила, используемые для отображения объектов с помощью условных обозначений. Они также хранят картографические исключения, то есть исключения из правил для представления конкретных пространственных объектов.
Система представлений позволяет избежать ненужного копирования данных. Таким образом, дополнительные столбцы, содержащие картографические представления и исключения, минимальны по размеру, а, где это возможно, информация о представлении по мере необходимости динамически берется из существующих объектов ГИС. Структура, используемая для хранения исключений, является достаточно гибкой – для каждого исключения не нужны отдельные столбцы.
Правила для представлений
Каждое картографическое представление, добавленное к классу объектов, может ссылаться на разные правила для более мелких наборов объектов в составе класса. Например, класс объектов дороги обычно имеет разные правила для улиц, магистралей первого, второго и третьего классов, а также для автострад. Он также может содержать разные правила для магистралей, проходящих по мостам или в туннелях, или для уникальных случаев, не входящих в стандартную модель данных, например, таких как дорога, временно перекрытая из-за ремонта или шествия.
Правила состоят из одного или нескольких визуальных слоев, каждый из которых начинается с формы геометрического объекта и имеет дополнительную последовательность геометрических эффектов и стилей размещения, динамически применяемых перед отображением объекта с помощью базового символа (маркера, линии или заливки).
Рис. 2. Алгоритм отображения трубопровода для представления с исключениями.
Процедура подбора условных обозначения для линейных объектов в ГИС показана на рис. 2. К полю формы объекта применено правило представления, которое создаёт два визуальных слоя. К первому применяются два геометрических эффекта (сдвиг в сторону и, затем, пунктирный шаблон) до применения базового символа (линия). Ко второму слою перед применением базового символа (фигурка животного) применяется один эффект (шаблон размещения маркера). Типичный визуальный результат применения такого правила представлен на рис. 3.
Рис. 3. Результат применения правила для представления.
Правила также устанавливаются, чтобы использовать любое имеющееся в базе данных поле в качестве поля указания представления для управления отображением объекта. Значения таких полей могут быть установлены с помощью инструментов геообработки, предоставляющих мощь ГИС для определения необходимых и вычисления требующихся полей. Типичный и яркий пример – использование механизма топологии инструмента геообработки для поиска всех тупиковых дорог и установка поля базы данных, которое в дальнейшем используется для управления стилями концов линий – будут ли они квадратными или закруглёнными (рис. 4).
Рис. 4. Тупиковые дороги до и после обработки.
Исключения из правил – Приоритеты
Приоритеты позволяют пользователю изменять установленные с помощью правил значения для отдельных объектов. На рисунке 2 приоритет поля может изменить входной объект, свойства геометрии, а также любые графические свойства символов.
Набор интуитивно понятных инструментов редактирования геометрии и особенностей отображения дает возможность устанавливать и изменять приоритеты, основанные на инструментах и палитрах знакомых пользователю настольных графических пакетов (рис. 5, 6). На рисунке 5 показана палитра свойств представлений для отображения линии границы с использованием пары чередующихся символов. Она показывает диапазон графических свойств, для которых могут быть определены приоритеты.
Рис. 5. Окно свойств представления.
Рис. 6. Инструменты картографического редактирования.
Свободные представления
Следующий уровень исключений получается благодаря возможности конвертирования любого представления в свободное представление. Для этого делается внутренняя копия правил, влияющих на конкретное представление, и за счет этого для конкретного объекта правила могут быть изменены. Можно изменить тип геометрии (например, преобразование области в точки), добавить новые правила и слои символов, или ввод независимой новой графики. Таким образом, наличие возможности расширения модели данных предоставляет свободу для успешного и настолько разнообразного представления объектов, насколько это позволяет сама модель. Например, в случае железнодорожных подъездных путей, когда представление должно просто показывать типичный поднабор линий, показывающий, что «здесь много железнодорожных линий». Также можно переставлять или скрывать графические элементы символов, такие как отдельные пунктирные черточки туннеля, чтобы они не накладывались на важные наземные объекты, что иллюстрируют рисунки 7 и 8.
Рис. 7. Представление туннеля на основе правил.
Рис. 8. Свободное представление туннеля с отредактированными пунктирными черточками.
Картографическое редактирование
Новые специализированные инструменты редактирования картографического представления (рис. 6) позволяет картографам, пока предпочитающим использовать обычные графические программы, гораздо более эффективно работать в среде ГИС. Эти инструменты работают аналогично инструментам, имеющимся в большинстве настольных графических пакетов. Кроме того, многие из новых инструментов особенно эффективны, поскольку они разработаны под специальные картографические задачи. Редактирование представлений происходит в той же версионной среде редактирования, которая поддерживается ArcGIS для редактирования векторных классов объектов. Поэтому пользователи имеют возможность отменять и повторять свои действия.
Картографические модели данных и информационные потоки
Модели рабочего процесса и данных, наилучшим образом подходящие для картографического производства, у разных организаций могут сильно отличаться. Далее описаны разные случаи по мере повышения уровня сложности.
Простой рабочий процесс – в простейшем случае в организации имеются ГИС-данные в виде класса объектов, которые должны быть использованы для производства высококачественной картографической продукции. В этом случае к классу объектов добавляется картографическое представление (рис. 9).
Рис. 9. Простой случай – существующий класс объектов.
Несколько продуктов –в следующем случае имеющиеся в организации ГИС-данные в виде класса пространственных объектов хотят использовать для производства нескольких высококачественных картографических продуктов в одинаковом масштабе. В этом случае к отдельному классу объектов добавляется картографическое представление для каждого продукта (рис. 10).
Рис. 10. Несколько картографических представлений.
Рельеф и картография –в третьем случае организация имеет основную базу данных, которая поддерживается в актуальном состоянии, и которую надо использовать для производства картографических и не-картографических продуктов (таких как создание маршрутов для автомобильных навигационных систем). Мы называем эту основную базу данных цифровой моделью ландшафта (ЦМЛ, ЦМР, англ. digital landscape model, DLM). Для получения картографической продукции организации требуется извлечь данные о реквизитах путем выбора и обобщения из ЦМЛ в цифровую картографическую модель (ЦКМ, КМР, англ. digital cartographic model, DCM), которая затем может быть дополнена различными средствами представления, как в случае производства нескольких продуктов (рис. 11).
Рис. 11. Ландшафт и картографические данные.
Стратегия предприятия – на рисунке 12 показан эскиз будущего рабочего процесса на большом предприятии, который расширяет вариант ЦМЛ/ЦКМ до уровня, когда динамически создаются несколько продуктов разных типов и в разных масштабах. Здесь поток данных должен включать обе модели упрощения (извлечение выбранных объектов модели рельефа при низком разрешении, объединение и упрощение), а также картографическую генерализацию (извлечение видимых соответствующих объектов с помощью смещения, преувеличения и типизации), принимающие во внимание ширину и размеры символов. Создать такое автоматическое и возрастающее обобщение довольно сложно, но ESRI работает над соответствующими инструментами среды геообработки ArcGIS.
Рис. 12. Разномасштабные потоки данных DLM/DCM.
Возможность получения нескольких представлений и приоритеты могут применяться, когда картографические данные соответствуют извлекаемому масштабу. Эти возможности задания требований к условным обозначениям и применения разной геометрии для детализации необходимы для производства различных продуктов.
Картографическая среда
Описанные выше картографические представления и возможности установления приоритетов входят в богатую и мощную среду ArcGIS. В ней картографы могут пользоваться преимуществами работы в ГИС с топологией, геообработкой (включая генерализацию), созданием макетов, трехмерных изображений и т.д.
Популярный пакет Maplex для управления текстом на картах был переработан и встроен в среду ArcGIS, как средство автоматизированного размещения надписей (рис. 13). Он помогает значительно снизить объем предварительных трудоёмких задач по генерированию и размещению текста так, чтобы карта была хорошо читаемой. В версию 9.2 внесены значительные улучшения в части размещения надписей, а также продолжается разработка специальных способов надписывания, таких как размещение надписи по контуру.
Рис. 13. Текст размещен с помощью дополнительного модуля Maplex. Данные HarperCollins.
Картографы также могут воспользоваться преимуществами и других дополнительных модулей и продуктов, включённых в комплекс программного обеспечения от ESRI. В частности, пакет Production Line Tool Set (PLTS) представляет собой программный слой поверх ArcGIS – для автоматизации и оптимизации картографического рабочего процесса и ежедневных задач операторов. В нём имеется набор интерактивных панелей инструментов, поддерживающих автоматизацию процесса картографического производства. На основе базы геоданных, PLTS предоставляет средства для определения серий карт, затем автоматически генерирует листы карт с соответствующими полями и заголовками. Он может также создать многостраничный атлас с перекрытиями и сетками на страницах. Имеются стили, шаблоны и рамки для обычных гражданских и военных карт. Подход, основанный на использовании базы данных не только для описания объектов, но и для хранения шаблонов, а также составления метаданных, является ключевым аспектом в разработке стратегии, основанной на базе данных.
Управление графикой и визуальный вывод
Основные возможности картографической визуализации ArcGIS определяются мощным каналом вывода графики, который поддерживает штриховку, заливку, заполнение текстурой, цвета, приоритеты, прозрачность, видимость, маскирование и многое другое. Он управляет выводом, печатью и форматами экспорта графики.
Графический канал поддерживает мощные средства визуализации, такие как селективное маскирование, которое прежде было доступно только в специализированных графических приложениях. Селективное маскирование позволяет пользователю указать набор целевых слоев, которые должны быть маскированы или удалены для каждого полигонального слоя-источника (рис. 14). Это позволяет значительно повысить читаемость карты, например, путём скрывания внешнего контура дороги при сохранении основного цвета в местах наложения на нее текста.
Рис. 14. Избирательное маскирование темных объектов за текстом.
Работы над графическим каналом продолжаются и после выхода версии 9.2 в направлении повышения быстродействия, добавления новых функций и поддержки разных платформ. Это улучшит работу со сложными графическими примитивами, такую как разрезание и соединение площадей, заполненных текстурой, что снизит размеры файлов для печати – особенно при выводе на печатающие устройства со встроенной логикой. Кроме того, планируется поддержка новых цветовых моделей для работ с палитрами цветов CMYK, spot, PANTONE, а также более удобное использование градиентов и текстур.
Заключение
ArcGIS 9.2 предоставляет механизмы расширенных картографических представлений и мощные инструменты картографического редактирования. В совокупности с описанными выше средствами автоматизации и графическими возможностями, они серьёзно расширят рамки автоматизированной картографии, обеспечат возможности создания многочисленных продуктов на основе центральной базы данных. Свобода отображения станет возможной благодаря системе приоритетов и исключений, комбинирующейся с каналом правил условных обозначений. Результатом будет привлекательная и высококачественная картография в программной среде, центром которой является база данных.
Эти механизмы и среда являются частью видения ESRI по предоставлению независимой, полной, интуитивно понятной, эффективной и свободной картографической среды, используемой во всем процессе общения с помощью карт. Эта среда, основанная на базе геоданных, содержит основные данные, а также спецификации, процессы и результаты в виде полученных продуктов. Она освобождает картографов от выполнения повторяющейся однотипной работы, предоставляет им свободу для творчества и самовыражения.
За более подробной информацией обращайтесь к Полу Харди (Paul Hardy e-mail: phardy@esri.com), ESRI.
Владельцем авторских прав на данные, использованные для рисунков 1, 4, 5, 7, 8 и 14 (swisstopo VECTOR25), является Swiss Federal Office of Topography 2006. Авторскими правами на данные рисунка 13 обладает HarperCollinsPublishers 2006.
