Тумасьева В.А., компания Esri CIS, e-mail: vtumasjeva@esri-cis.ru
3D-modeling in ArcGIS 10.2
Большинство ГИС-специалистов пока все еще работает в двухмерном пространстве, но многие уже задумываются о большем и в связи с этим, видимо, хотели бы узнать – а зачем вообще нужно 3D в геоинформационных системах (ГИС), какие новые возможности и преимущества это может им дать? И первый приходящий на ум ответ на этот вопрос будет, как ни странно, тоже вопросом – оглянитесь вокруг, что вы видите? Верно, окружающие нас предметы и явления, как правило, объемны, мир вокруг нас не плоский. И это является одной из главных причин растущей популярности 3D-методов и инструментов не только в сфере ГИС-технологий, но и во многих других IT-отраслях.
Каковы же преимущества использования 3D в мире ГИС? В первую очередь, 3D-ГИС – это не только отображение, это общее вИдение и понимание. Использование трехмерной визуализации позволяет создавать наглядные модели, интуитивно понятные каждому, – в большей степени, чем традиционные 2D-карты или планы, зачастую все еще остающиеся уделом картографов и инженеров. Например, многостраничные таблицы с градостроительными нормами и параметрами (максимальная разрешенная высота зданий, средняя этажность и пр.) понятны только узкому кругу специалистов. Но вы можете легко конвертировать их в 3D-представления, чтобы отобразить эту информацию в доступном каждому виде и, к тому же, показать, как это сочетается с окружением или, например, вписывается в местный ландшафт. А ведь чем проще вашим клиентам или партнерам представить общую картину, тем быстрее и увереннее они принимают решения. Таким образом, 3D выводит бизнес-коммуникации на более высокий качественный уровень. Не стоит, конечно, забывать и о том, что есть ряд задач и проблем, решать которые крайне затруднительно или нецелесообразно без использования трехмерной визуализации и анализа: 3D-выборка объектов, построение трехмерного оверлея и операции с ним, определение зон видимости, моделирование поверхностей, построение профилей и разрезов и т.д.
Итак, какие дополнительные 3D-возможности предлагает программное обеспечение Esri в новой версии 10.2, вышедшей летом 2013 года? Я не буду описывать функции, которые были доступны ранее (два специальных приложения – ArcScene и ArcGlobe, обширный блок инструментов для 3D-анализа в ArcToolbox, 3D-редактирование, публикация 3D-сервисов с помощью ArcGIS Server и многое другое), а остановлюсь на том, что появилось в теперь уже текущей версии, и даже расскажу немного о том, что ждет нас в недалеком будущем.
Около двух лет назад в систему ArcGIS был включен новый программный продукт CityEngine, предназначенный для быстрого построения большого количества 3D-моделей на основании специальных правил, которые могут использовать атрибуты объектов для генерации их внешнего облика. Для задания этих правил используется язык программирования CGA (рис. 1), созданный специально для 3D-моделирования (CGA = Computer Generated Architecture / «Программно созданная архитектура»). Все это время специалисты компании Esri активно работали над интеграцией CityEngine с существующими базовыми приложениями ArcGIS, и сегодня мы можем воспользоваться первыми результатами их трудов. В ArcGIS 10.2 появился специальный набор инструментов, позволяющий напрямую использовать функции, которые ранее были доступны только в CityEngine. В этот набор входят два инструмента: Объекты на основании правил CityEngine (Features from CityEngine Rules) и Экспорт в 3D веб-сцену (Exportto 3DWebScene).
Рис. 1. Редактор правил CGA (текстовое и графическое представление).
Инструмент геообработки FeaturesfromCityEngineRulesпозволяет из имеющихся у вас двухмерных данных (граф дорог, контуры зданий, гидрография) в считанные секунды построить целый 3D-город. Достаточно указать исходный класс 2D-объектов (на данный момент реализована поддержка полигональных объектов, в ближайшее время также будут доступны линейные) и файл с правилами, экспортированный из CityEngine (Rule package, с расширением .rpk). Возможность создания файлов .rpk появляется в CityEngine версии 2013, выход которой анонсируется в ноябре 2013 года. Вы можете передать правило вместе с исходным кодом CGA, чтобы ваши коллеги и клиенты могли при желании его модифицировать, либо в «закрытом» виде – только для использования данным инструментом геообработки. В результате будет построен класс объектов типа мультипатч, с параметрами, основанными на исходных атрибутах (например, тип или высота здания). Его вы можете далее использовать для настройки модели города, проведения анализа с использованием 3D-инструментария ArcGIS и т.д.
Вы построили 3D-модель города и хотите ей поделиться с коллегами или передать заказчику? В этом вам поможет новый инструмент Exportto 3DWebScene. Его по праву можно назвать одним из самых простых и легких в освоении – вам достаточно указать всего два параметра: созданный в ArcScene исходный документ .sxd, который вы хотите опубликовать, и путь к файлу 3D веб-сцены (.3ws). Поддерживаются векторные объекты (точки, линии, полигоны), отображаемые с помощью 3D-символов или с использованием вытягивания (extrusion), а также объекты типа мультипатч, растры, поверхности TIN; возможность экспорта лидарных данных и графических слоев в веб-сцену пока не реализована. При экспорте сохраняются следующие параметры исходного документа: система координат, пространственные закладки, вертикальный масштаб (преувеличение для большей наглядности), порядок и видимость слоев, псевдонимы для слоев и полей (атрибутов), видимость атрибутов (сделайте невидимыми поля, которые вам сейчас не нужны, и они не будут экспортированы в веб-сцену). Если в документе ArcScene вы создаете групповой слой, входящие в него слои впоследствии можно будет просматривать в веб-сцене параллельно и сравнивать с использованием инструмента «шторка» (рис. 2). Полученную модель можно опубликовать на ArcGIS Online, разместить ее на своем собственном сервере или открыть локально. В итоге, построенную вами модель города может посмотреть любой, для этого не нужно какое-либо специальное предустановленное программное обеспечение, достаточно обычного браузера, поддерживающего технологию WebGL. Так как в основе созданной 3D-модели лежат ГИС-данные, это не просто красивая трехмерная картинка, но и средства для работы с ней. Например, вы можете осуществлять поиск объектов и получать их атрибуты (рис. 3). В качестве инструмента обратной связи предлагаются «гео-комментарии» – любой желающий может поделиться своим мнением относительно планируемой постройки нового здания или комплекса, предлагаемого варианта перепланировки или просто отметить понравившееся ему здание.
Рис. 2. Инструмент «шторка» в веб-сцене.
Рис. 3. Атрибуты 3D-здания в веб-сцене.
Раньше построение 3D-модели города или ландшафта было довольно долгим, трудоемким и, как следствие, дорогим процессом. А ведь жизнь города не статична, – он растет, меняется, развивается, – и кропотливо создаваемые модели очень быстро устаревают. На недавней конференции пользователей Esri в Сан-Диего была представлена новая модель данных «ArcGIS for 3D Cities» – решение, основанное на совместном использовании технологий ArcGIS и CityEngine. С его помощью процесс перехода от 2D-данных до 3D-модели города можно значительно ускорить. Эта модель данных предоставляется совершенно бесплатно, вы можете скачать ее на портале arcgis.com, в группе ArcGISTeam3DCities (рис. 4) и применять в своей работе.
Рис. 4. Модель данных «ArcGIS for 3D Cities».
Немного о перспективах. Как вы могли убедиться, уже в текущей версии ArcGIS 10.2 представлено немало новинок, связанных с 3D-моделированием. Но, естественно, разработчики Esri не останавливаются на достигнутом, и осенью этого года нас ждет появление нового поколения 3D веб-сцен. Они предназначены, в первую очередь, для отображения больших объемов данных. При этом, благодаря универсальному алгоритму визуализации, вы сможете использовать их и для публикации локальных сцен. Интересуетесь ли вы маршрутами трансконтинентальных авиаперевозок или моделью вашего родного города – новые веб-сцены прекрасно подойдут для решения этих и многих других задач. Сейчас 3D веб-сцены используют планарное представление, оптимальное для отображения небольших фрагментов крупномасштабных ландшафтов. В новых веб-сценах вся информация будет спроецирована на поверхность глобуса, что позволяет изучать данные в любом пространственном масштабе.
Одним из давно ожидаемых нововведений станет и возможность использовать в веб-сценах не только обычные ГИС-данные, но и динамические веб-сервисы – снимки, цифровые модели рельефа, картографические сервисы, опубликованные другими пользователями. В будущем появится новый тип сервисов, содержащий 3D-объекты, например, модели зданий, городской инфраструктуры и пр. Новые веб-сцены будут поддерживать запросы, основанные на сервисах, такие как поиск местоположения по его адресу с помощью сервиса геокодирования (рис. 5).
Рис. 5. Поиск местоположения по адресу в новом поколении веб-сцен.
Надписи, используемые в 3D веб-сценах, становятся динамическими, они поворачиваются при изменении позиции обозревателя, а если камера максимально приближается к поверхности, то текст «поднимается» и становится вертикальным, что позволяет обеспечить максимальную читаемость надписей в 3D виде (рис. 6).
Рис. 6. Динамические надписи в новом поколении веб-сцен.
И при этом новые веб-сцены по-прежнему остаются доступными любому пользователю Интернета, для их просмотра не требуется установка дополнительного программного обеспечения помимо обычного веб-браузера, который сейчас есть у каждого.
С каждым годом 3D-технологии все стремительнее завоевывают мировой IT-рынок, и геоинформационные системы – не исключение. Компания Esri, являющаяся одним из флагманов индустрии ГИС, идет в ногу с общемировыми веяниями, что наглядно подтверждается кратко охарактеризованным выше перечнем 3D-новинок этого года. Судя по публикуемым новостям и ряду демонстраций, представленных специалистами Esri на всемирной пользовательской конференции, можно с уверенностью сказать, что и в будущем всех нас ждет немало нового, интересного и полезного для более продуктивной работы. Будем держать наших читателей в курсе происходящего!
