По материалам статьи в журнале ArcUser, лето 2008 г.
Это история о том, как благодаря уникальному сотрудничеству между университетом г.Аллендэл, штат Мичиган, и ГИС-службой округа, текстовые х, у, z координаты лидарной съемки превратились в произведение искусства.
Городок Аллендэл расположен на берегу Гранд-ривер, самой длинной реки в этом штате. Ее длина составляет около 420 км от истока в районе Джэксона до устья в месте ее впадения в оз.Мичиган около г.Гранд-Хэйвен. Аллендэл стал известен благодаря своему университету Grand Valley State University (GVSU) и его футбольной команде, которая регулярно побеждает в студенческих соревнованиях.
В течение последних десяти лет городок был охвачен идеей облагородить трассу М-45 – главную городскую дорогу. Преобразование трассы в бульвар сопровождалось поощрением новых коммерческих проектов. В частности, городские власти провели конкурс на украшение главного перекрестка трассы скульптурой, отражающей местный колорит. Главным условием было то, чтобы создаваемая скульптура была видна как с дороги, так и посетителям новой территории парка. По заключению комиссии по скульптурным памятникам, контракт получила группа студентов Художественного факультета GVSU во главе с профессором Норвудом Вивьяном.
Вдохновение для своей работы Вивьян искал в весьма необычном месте – Отделе информационных технологий округа Оттава. Для создания скульптуры он решил использовать данные лидарной съемки города Аллендэл. Эти данные должны были стать ключевыми в его концепции, заключавшейся в том, чтобы дать точное представление о городе на определенный момент времени. Они позволят скульптуре быть современной сегодня и стать началом отсчета для отслеживания происходящих изменений в облике города для следующих поколений. А ведь одной из главных задач при реализации проекта было то, чтобы он оставался актуальным в течение как минимум 50 лет.
Рис. 1. Окончательный вид скульптуры в г.Аллендэл. Бронзовые отливки с изображением данных лидарной съемки хорошо видны на бетонных плитах.
Рис. 2. TIN-представление фрагмента города.
Преобразование данных лидарной съемки
Ранее Вивьян уже вынашивал идею использования данных лидарной съемки в творческом процессе. В проекте в г.Аллендэл появилась возможность воплотить ее в жизнь, поскольку создаваемая скульптура должна была представить городской ландшафт во всем его разнообразии. Особое внимание Вивьян решил уделить отображению транспортного коридора М-45.
Весной 2007 года студенты Университета связались с сотрудниками ГИС-службы округа Оттава, и как только они узнали, что необходимые данные имеются, работа закипела. Данные лидарной съемки были получены от компании Woolpert, проводившей воздушную съемку территории округа в 2004 году. Эти данные были признаны соответствующими государственным стандартам для построения контуров рельефа с разрешением около метра. Было также получено разрешение использовать их для создания скульптуры, для чего было отобрано более 90 млн. точек измерений.
Рис. 3. Вырезание пенопластовой заготовки для макета скульптуры с помощью гравировально-фрезерной машины.
ГИС-служба Оттавы уже использовала эти данные для создания серии моделей территории и в множестве проектов, но ни один из них совсем не был похож на этот. По словам Арона Буса, менеджер ГИС-службы, данные лидарной съемки являются хорошим источником информации, их использование позволило улучшить качество выпускаемых службой карт, провести ряд аналитических исследований. Был предоставлен доступ к этим данным Федеральному агентству по чрезвычайным ситуациям (FEMA) для изучения русловых процессов, а также Геологической службе США (USGS) для изучения почв. Но проект, предложенный университетом, стал поистине уникальным.
Существует два основных типа точечных данных, получаемых с помощью лидарной съемки. Во-первых, это точки, которые имеют координаты х,у, а координата z соответствует как высоте земной поверхности, так и расположенным на ней объектам, например, зданиям или деревьям (так называемые данные all-points lidar data). Во-вторых, это точки, высота которых соответствует чистой поверхности Земли, без каких-либо объектов, на ней расположенных (bare-earth lidar data). Вивьян предпочел использовать точки первого типа, так как они позволяют человеку, рассматривающему скульптуру, находить знакомые ему реальные объекты и ориентиры.
После успешного выполнения предварительных работ по выработке концепции проекта, у его создателей возникли и некоторые затруднения. Одой из главных проблем стала необходимость преобразования данных о высотах точек в формат, поддерживаемый программой Form Z, использовавшейся Вивьяном и его студентами. После нескольких бесплодных попыток, Вивьян обнаружил, что для преобразования данных требуется формат VRML.
Рис. 4. Силикат-натриевая песчаная матрица, по которой делается бронзовая отливка.
Для конвертирования данных лидарной съемки сотрудник ГИС-службы Оттавы предложил создавать шейп-файлы по имеющимся точкам первого типа (all-points). По каждому шейп-файлу проводилась проверка качества точечных данных, отскоки удалялись. Затем шейп-файлы были преобразованы в нерегулярную триангуляционную сеть в приложении ArcGIS ArcScene (в формате TIN). Затем TIN был экспортирован из ArcScene в формат VRML. Для соответствия пределу размера WRL-файла, данные поставлялись в GVSU в виде серии квадратных участков со сторонами 1/8 мили.
Процесс "лепки" скульптуры
После экспортирования этих файлов университетская команда приступила к созданию клише (шаблонов) скульптуры, используя при этом самые современные методы. Файлы были преобразованы из формата VRML в STL-файлы программы Form Z, которые использовались для построения соответствующих субтрактивных (вычитающих) поверхностей с целью формирования матричных шаблонов.
Для создания клише плиток размером 10х10 дюймов, соответствующих 1/8-мильным квадратам с данными лидарной съемки, использовалась гравировально-фрезерная машина Roland MDX-40 CNC. В общей сложности было сделано 36 таких плиток-заготовок.
Каждая из этих плиток была вырезана в пенопластовой основе, удобной для непрерывного процесса отливки, заполнения пресс-форм песком и прохождения в нем силикат-натриевых процессов. После добавления песка пенная основа удаляется, а расплавленная бронза заливается в углубления формы. На завершающей стадии бронза покрывается патиной, придающей изделию более темный оттенок с блестками, а сверху наносится слой защитного материала.
Создание произведения искусства
Созданные бронзовые плитки стали основой единой скульптурной композиции. Студенты представили ее в виде своеобразного лоскутного одеяла, представляющего разные фрагменты территории города, полученные по материалам лидарной съемки. Окружающие их в повседневной жизни объекты были увековечены в бронзе, был создан временной слепок – летопись современного Аллендэла.
География города отражена не только в самих бронзовых плитках, но и в компоновке элементов композиции. Основное ребро скульптурной группы соответствует направлению течения Гранд-ривер в северной части города. Кроме того, к этому ребру стекает вода из фонтана, которую берут в той же реке.
Рис. 5. Окончательная отливка с изображением лидарных данных, размещаемая на скульптурной композиции.
Воплощенная в бронзе модель Аллендэла является центром притяжения внимания посетителей парка, обеспечивает взаимосвязь жителей с их городом. По словам Вивьяна, данные лидарной съемки оказались одним из наиболее значимых элементов единения искусства и общества. Во время церемонии открытия многие из людей старались определить местонахождение того или иного участка, представленного на скульптуре. Это было им интересно, и это помогало им оценить важность пространственного мышления и географического подхода в нашей жизни.
Создать это оригинальное произведение искусства удалось в результате взаимной заинтересованности и взаимодействия между органами власти города и штата и местным университетом.
Дополнительную информацию можно получить у Арона Бодбил-Маста (Aaron Bodbyl-Mast), ГИС-специалиста Отдела информационных технологий округа Оттава, e-mail: abodbyl@co.ottawa.mi.us.
