Сергей Наумов, Денис Савицкий; DATA+
«Придумать можно многое. Не все придуманное поддается воплощению» (подслушанная где-то мудрость)
Трехмерное отображение географической информации — это только модно или действительно удобно? Такой вопрос не раз задавали себе специалисты, глядя на красочные демонстрации. И сегодня мы можем дать определенный ответ – это не просто удобно, это заметно расширяет возможности пользователя. Но за счет чего это достигается, и какие сложности могут встретиться на пути к трехмерному миру на вашем рабочем столе? Обо всем этом наша статья.
Компьютерная техника стремительно развивается, но ее возможности все же не безграничны. И при ее использовании могут возникать проблемы. Одна из таких не до конца решенных проблем — это отображение на экране больших объемов данных «на лету», в реальном времени. А объем информации, которую приходится обрабатывать в геоинформатике, действительно большой. Объем вашего файл-сервера, использующегося, например, для хранения космических или аэроснимков, можно регулярно увеличивать, но рано или поздно он будет заполнен. Ведь космические системы дистанционного зондирования отличаются примерно такой же неутомимостью в получении данных о Земле, какая всегда отличала человека в том, что касается изменения внешнего облика планеты. И все эти объемы информации об изменениях (а также поправках в изменения и так далее) необходимо отображать, причем желательно быстро и в том виде, который понятен специалистам разных областей. А что может быть нагляднее, чем привычное для нас объемное представление пространственных объектов, трехмерных по природе? И если ретроспективно посмотреть на развитие технологий представления пространственных данных, мы можем увидеть, что «все возвращается на круги своя»: сначала появлялись алгоритмы и технологии представления изначально трехмерных данных на плоскости, а затем — создания трехмерных моделей из плоских данных.
Отображение рельефа и облачности (режим космоса).
3- D визуализация буферных зон вокруг объектов.
Конечно, сегодня богатство средств измерения и моделирования значительно расширилось с появлением доступных систем сбора трехмерных данных, например, лазерных сканеров. Все эти данные (двумерные, трехмерные, справочные и всяческие другие) необходимо совместно хранить, анализировать и демонстрировать. И любой человек, для которого слово ГИС – не просто аббревиатура, а знакомое занятие, мгновенно поймет, что инструментом для решения такой задачи должны стать именно геоинформационные системы. «Но ведь традиционные ГИС – это системы обработки плановой, то есть двумерной информации», — возможно, скажете вы. И будете правы, но только отчасти.
Моделирование распространения вирусного заболевания.
В последние годы происходит интеграция ГИС-технологий со средствами трехмерного моделирования и отображения данных. Так, ряд функций анализа трехмерных данных, столь необходимых, например, при решении ландшафтных проектных задач, был реализован еще в модуле 3D Analyst под ArcView версии 3. Однако задачи пользователей усложняются и, что более критично для производительности систем трехмерной визуализации, – глобализуются. Как результат, возникает необходимость отображать наборы данных, покрывающие значительные территории – регионы, страны и даже континенты. И «аппетиты» пользователей имеют тенденцию к непрерывному увеличению, а, значит, разработчикам программных средств необходимо постоянно совершенствовать существующие продукты и создавать новые.
Одним из таких продуктов является приложение ArcGlobe, появившееся в семействе ArcGIS 9. ArcGlobe — это не только «новый этап» в решении задачи отображения, но и достаточно серьезный и мощный инструмент для комплексного анализа и представления данных, полностью интегрированный в среду ArcGIS.
Совмещение глобальных и локальных данных.
Что качественно отличает технологию, лежащую в основе ArcGlobe, от других средств трехмерного отображения? Прежде всего, это глобальный подход в сочетании с гибкостью масштабирования. Глобальный подход выражается в том, что для технологии, управляющей визуализацией трехмерных данных, не принципиально, с чем иметь дело — с планетой или садовым участком. Ограничения на объем данных налагаются только объемом подключенных жестких дисков. Описание земной поверхности базируется на сферической модели, использующей уникальный метод тайлинга — разбиения поверхности на фрагменты, подгружающиеся в память компьютера по мере необходимости. Высокая скорость отображения и динамизм взаимодействия пользователя с трехмерной моделью достигаются благодаря быстрому просчету и плавной смене уровней детальности для всех основных типов данных: растровых, векторных, ЦМР и аннотаций. При этом наборы данных независимы, их можно подключать и отключать по отдельности. Поскольку объемы, занимаемые растровыми данными, программой не ограничиваются и могут достигать очень значительных величин, для экономии места предусмотрено сжатие текстур. Можно долго перечислять технические особенности технологии ArcGlobe, но давайте вернемся к вопросу «зачем это нужно и почему реализовано именно так?».
3-D визуализация данных по плотности населения.
3-D визуализация данных по биоразнообразию.
Итак, потребности пользователей в 3D- визуализации пространственных данных постоянно возрастают. В связи с постоянным совершенствованием компьютерной техники многие проблемы производительности обычно принято решать за счет наращивания аппаратной мощности вычислительной системы в целом или ее отдельных компонентов. Это может выглядеть как сбор кластера из нескольких машин, где вычислительная нагрузка распределяется динамически между многими компьютерами, или как переход на профессиональные решения и специализированные графические станции. Очень эффективные и не менее дорогостоящие решения. Альтернативным путем является использование вычислительной мощности современного персонального компьютера. Производительность современного домашнего или офисного компьютера высока сама по себе, к тому же многие разработчики стремятся сделать его как можно более «мультимедийным», что для нас в первую очередь означает «как можно более приспособленным для отображения сложной графики». Технология, лежащая в основе ArcGlobe, как раз и ориентирована на сегмент современных высокопроизводительных, но все же офисных компьютеров. Вместо использования «грубой вычислительной силы», технология использует «тонкие» и даже «изящные» алгоритмы, позволяющие добиться уникального сочетания высоких показателей производительности, отличного качества получаемого изображения и умеренных требований к аппаратному обеспечению.
ArcGlobe обеспечивает ту же функциональность, что и ArcMap, за исключением редактирования данных и создания компоновки. С его помощью пользователь может и в 3-мерной пространственной модели:
- выбирать объекты по атрибутам, расположению или интерактивно
- идентифицировать объекты
- создавать легенды
- восстанавливать трехмерные объекты из плоских контуров
- использовать трехмерные символы
- интерактивно перемещаться в пространстве (что эквивалентно панорамированию и масштабированию) в различных режимах
- осуществлять поиск объектов по атрибутам и адресам
- записывать анимацию в формате AVI или QuickTime
- интегрировать растровые, векторные данные, ЦМР, включая информацию, оперативно получаемую через Internet
- разрабатывать пользовательские приложения с помощью языка VBA или COM-технологии
- а также многое другое (см. рисунки).
Возможности этого приложения не ограничены только отображением. Оно обладает развитой функциональностью, позволяет создавать собственные решения и интегрировать самые разные данные в единую трехмерную сцену. Возвращаясь к эпиграфу, помещенному в начало статьи, можно сказать, что ArcGlobe — это тот редкий случай, когда самая богатая фантазия может быть реализована прямо на вашем рабочем столе.
