Картографическая визуализация - Доклад

В настоящее время с помощью современных технологий осуществляются геофизические исследования поверхностей земли, на основе чего составляются схематические рисовки исследованных пластов в виде карты местности, элементами которой являются схематически обозначенные контуры карт, необходимые глубины, и другие параметры. Уже давно доказано, что 80-90 % всех данных составляют геоданные, т. е. не просто абстрактные, безличные данные, а информация, имеющая свое определенное место на карте, схеме или плане. Электронную карту можно легко масштабировать на экране компьютера, перемещать в разные стороны, рисовать и удалять объекты, печатать на принтере любые территории. Выбрав объект с помощью мыши, можно запросить информацию о нем, например, высоту и площадь дома, название улиц и др. Важнейшей особенностью ГИС является способность связывать картографические объекты (т. е. объекты, имеющие форму и местоположение) с описательной, атрибутивной информацией, относящейся к этим объектам и описывающей их свойства.

В настоящее время с помощью современных технологий осуществляются геофизические исследования поверхностей земли, на основе чего составляются схематические рисовки исследованных пластов в виде карты местности, элементами которой являются схематически обозначенные контуры карт, необходимые глубины, и другие параметры.

В связи, с чем программистами создаются предназначенные для этих целей программные средства, систематизирующие полученные данные о местности и представляемые для конечных пользователей в удобном им виде.

Информация о реальных объектах и событиях в той или иной мере содержит так называемую пространственную составляющую. Пространственный аспект имеют здания и сооружения, земельные участки, водные, лесные и другие природные ресурсы, транспортные магистрали и инженерные коммуникации. Уже давно доказано, что 80-90 % всех данных составляют геоданные, т. е. не просто абстрактные, безличные данные, а информация, имеющая свое определенное место на карте, схеме или плане.

Каждый из нас хоть однажды в своей жизни работал с бумажной картой. С появлением компьютеров появились и компьютерные карты, которые обладают множеством дополнительных и полезных свойств.

Электронные карты. Свойства и требования к электронным картам.

В отличие от бумажной карты, электронная карта, содержит скрытую информацию, которую можно использовать по мере необходимости. Эта информация представляется в виде слоев, которые называются тематическими, потому что каждый слой состоит из данных определенной тематики. Например, один слой электронной карты может содержать сведения о дорогах, второй - о проживающем населении, третий - о фирмах и организациях и т. д. Каждый слой можно просматривать по отдельности, совмещать сразу несколько слоев или выбирать отдельную информацию из различных слоев и выводить ее на карту.

Электронную карту можно легко масштабировать на экране компьютера, перемещать в разные стороны, рисовать и удалять объекты, печатать на принтере любые территории. Кроме того, компьютерная карта обладает и другими свойствами. Например, можно запрещать (или разрешать) отображать на экране определенные объекты. Выбрав объект с помощью мыши, можно запросить информацию о нем, например, высоту и площадь дома, название улиц и др.

Именно с появлением электронных карт появился и другой термин "геоинформационные системы" (ГИС). Существуют десятки определений геоинформационных систем (их еще называют и географическими информационными системами). Но большинство специалистов склоняются к тому, что определение ГИС должно базироваться на понятии СУБД. Поэтому можно сказать, что ГИС - это системы управления базами данных, предназначенные для работы с территориально-ориентированной информацией.

Важнейшей особенностью ГИС является способность связывать картографические объекты (т. е. объекты, имеющие форму и местоположение) с описательной, атрибутивной информацией, относящейся к этим объектам и описывающей их свойства.

Как было отмечено выше, в основе построения ГИС лежит СУБД. Однако, вследствие того, что пространственные данные и разнообразные связи между ними достаточно сложно описать реляционной моделью, полная модель данных в ГИС имеет смешанный характер. Пространственные данные специальным образом организованы, и эта организация не базируется на реляционной концепции. Напротив, атрибутивная информация объектов (семантические данные) вполне удачно может быть представлена реляционными таблицами и соответствующим образом обрабатываться.

Области применения ГИС - технологий.

Визуализация (графическое воспроизведение, отображение) - генерация изображений, в том числе и картографических, и иной графики на устройствах отображения (преимущественно на мониторе) на основе преобразования исходных цифровых данных с помощью специальных алгоритмов. Наиболее компактными и привычным способом представления географической информации остаются карты. Электронная карта (ЭК) - картографическое изображение, визуализированное на мониторе, на основе цифровых карт или баз данных ГИС.

Электронный атлас (ЭА) - система визуализации в форме электронных карт, электронное картографическое произведение, функционально подобное электронной карте. Поддерживаются программным обеспечением типа картографических браузеров, обеспечивающих покадровый просмотр растровых изображений карт, картографических визуализаторов, систем настольного картографирования. Помимо картографического изображения и легенд электронные атласы обычно включают обширные текстовые комментарии, табличные данные, а мультимедийные электронные атласы - анимацию, видеоряды и звуковое сопровождение. Таблицы и графики, включающие различные характеристики объектов (атрибуты) или их соотношения, могут использоваться как самостоятельные или дополнительные к другим средствам визуализации. Анимации применяют для показа динамических процессов, т.е. последовательный показ рисованных статичных изображений (кадров), в результате чего создается иллюзия непрерывной смены изображений.

Картографические способы отображения результатов анализа данных. Для отображения результатов анализа данных в ГИС реализованы ряд способов, которые применяют при создании тематических карт. Способ размерных символов (значков) - анализируемые характеристики объектов отображаются специальными символами, размер которых передает количественную информацию, а форма и цвет качественную информацию. Способ качественного или (количественного фона) - в этом случае группируются данные с близкими значениями и созданным группам присваиваются определенные цвета, типы символов или линий. Точечный способ - изобразительным средством является множество точек одинакового размера, каждая из которых имеет определенное значение количественного показателя. Столбчатые и круговые локализованные диаграммы - позволяют отобразить соотношение нескольких характеристик, при этом диаграммы имеют географическую привязку (например, в точке размещения поста наблюдений показывают соотношение загрязняющих веществ). Способ изолиний - один из широко распространенных способов отображения различных показателей. С их помощью формируют карты изогипс (топографические и гипсометрические), карты изотерм, изобар, изокоррелят и др. С помощью изолиний выделяются территории, которые характеризуются одинаковыми свойствами (температурами, давлением, осадками, одновременностью наступления событий, равной величиной аномалий, равными скоростями тектонических движений и др.) При этом различают две группы изолиний: истинные изолинии (характеризуют непрерывное изменение какого-либо показателя, к ним относятся горизонтали) и псевдоизолинии, отображающие данные, имеющие статистическую природу (например, дискретные значения от источников выбросов). Для представления изолиний применяют разные изобразительные средства: линии разных типов, толщины и цвета, послойная цветовая окраска фона (либо штриховка) промежутков между изолиниями.

Визуализация электронных карт.

Визуальное представление данных об объектах недвижимости и инвестиционных проектах, а также данных аналитических и маркетинговых исследований в виде наглядных презентационных материалов, а именно: 1. - Презентации инвестиционных и девелоперских проектов.

2. - 3D визуализация.

3. - Презентации земельных участков, имущественных комплексов и других объектов недвижимости.

4. - Презентации основных данных и выводов аналитических и маркетинговых исследований, в том числе сторонних организаций.

5. - Визуализация коммерческих предложений.

6. - Создание широкоформатных картографических материалов.

Картография

Современные технологии позволяют нам визуализировать любые пространственные данные на интерактивных картографических сервисах. На интерактивных картах может быть отображена совершенно любая информация, которая позволит систематизировать процессы принятия управленческих решений. программный местность пользователь

Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи информации имеющей пространственную привязку. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Любая ГИС хранит и использует ЦИМ во внутренней структуре этой ГИС. Эта структура определяется поддерживаемой ГИС моделью пространственных данных.

Как ранее указывалось, современные ГИС обеспечивают объектно-ориентированную организацию доступа к данным. То есть доступ к данным осуществляется (по терминологии объектно-ориентированного программирования) через объекты (классы), через свойства и процедуры этих классов.

Преобразование исходной цифровой информации о местности из обменных форматов во внутреннюю структуру ГИС осуществляется с помощью специальных приложений, называемых конверторами.

При этом геоинформационная система позволяет перейти от отдельных листов обменного формата к "сшитым" районам работ. В технической литературе районы работ, включающие различные виды и масштабы ЦИМ, часто называют проектами, склейками, атласами электронных карт. В сетях автоматизированных систем атласы (склейки) электронных карт помещаются на дисках общего пользования (серверах ЦИМ).

Пожалуй, главным преимуществом ГИС является наиболее "естественное" (для человека) представление как собственно пространственной информации, так и любой другой информации, имеющей отношение к объектам, расположенным в пространстве (т.н. атрибутивной информации). Способы представления атрибутивной информации различны: это может быть числовое значение с датчика, таблица из базы данных (как локальной, так и удаленной) о характеристиках объекта, его фотография или реальное видеоизображение. Таким образом, ГИС могут помочь везде, где используется пространственная информация и/или информация об объектах, находящихся в определенных местах пространства.

Форма Земли оказывает влияние не только на визуализацию картографической информации, но и на геометрические измерения в системе. Для выполнения измерений, которые учитывают форму Земли, используется специальный блок функций. Он учитывает параметры зонального искривления земной поверхности при расчетах, это дает возможность выполнять измерения с точностью до 0,01 %. Подсистема позволяет выполнять следующие измерения: - расчет расстояний;

- расчет длины линейных объектов;

- расчет площади;

- построение линейных объектов и полигонов на заданном расстоянии.

Подсистема преобразования координат позволяет выполнять перевод координат в различных системах. Подсистема включает в свой состав следующие функции: - преобразование координат из системы WGS-84 в СК-42 на проекции Гауса-Крюгера;

- преобразование координат из системы СК-42 на проекцию Гауса-Крюгера в WGS-84;

- построение объектов из системы WGS-84 на подготовленную карту.

Применение функций преобразования позволяет расширить функциональность системы и использовать ее как основу для визуализации данных, полученных с помощью средств спутниковой навигации. При этом в ГИС реализована возможность построения траекторий, контуров, точечных объектов или символов как напрямую из базы данных, так и из обменных файлов.

Визуализация в ГИС, компьютерной графике и картографии - проектирование и генерация изображений, в том числе геоизображений, картографических изображений и иной графики на устройствах отображения (преимущественно на экране дисплея) на основе исходных цифровых данных и правил и алгоритмов их преобразования. Возможности проектирования и редактирования изображений включают набор инструментальных средств и визуализационных операций, включая масштабирование изображения, т.е. его уменьшение и увеличение, кратное целому или задаваемое пользователем, или укрупнение деталей избранного фрагмента в пределах прямоугольного окна, панорамирование, то есть развертывание изображения до размеров рабочей части видеоэкрана или его активного окна; прокрутку, изображения, размер которого превышает габариты отображения; пролистывание, или покадровый просмотр, многослойного набора или последовательности изображений; смещение, перемещение, дублирование, отсекание, поворот (ротацию) и иные графические или геометрические преобразования. К средствам оформления изображений относятся операции цветной заливки замкнутых контуров из палитры допустимых цветов или их штриховка из набора их текстурных типов. При визуализации картографических изображений, кроме того, используются различные графические переменные и особые способы картографического изображения. Различают также плоские, или двухмерные, или планиметрические и трехмерные изображения; последние из них строятся в аксонометрической, ортогональной или перспективной (центральной) или иной проекции из центра (центров) проецирования - точки обзора с определенными характеристиками: высотой над поверхностью, расстоянием до нее и направлением обзора, в виде полутонового светотеневого или нитяного, сеточного, каркасного, или проволочного, проволочно-каркасного изображения; изображение может дополняться "подставкой"; в случае, если грани визуализируемого блока используются для В. подповерхностного строения тела, такие изображения носят название блок-диаграмм. Построение трехмерных изображений, или рендеринг, "экранизация" - одна из функций обработки цифровой модели рельефа, зачастую используемая совместно с другой операцией обработки ЦМР - наложением на трехмерное изображение планиметрического слоя, или "драпировкой" (draping), в том числе цифровых аэро- или космоизображений, что позволяет получать высокореалистичные объемные изображения территории, динамическое манипулирование которыми (в том числе в тренажерных системах) дает эффекты, близкие к виртуальной реальности. Реалистичность достигается также текстурированием изображений при использовании моделей трехмерных данных, допускающих связьтекстурного элемента, или тексела поверхности тела с атрибутивными данными. Выделяют 2,5-мерные изображения, под которыми понимаются: 1) любые плоские изображения рельефа в изолиниях; 2) плоские блок-диаграммы, лишенные трехмерного изображения; 3) любые трехмерные изображения на плоскости в упомянутом выше смысле, признавая трехмерность исключительно "истинных" трехмерных изображений: стереомодели, наблюдаемой на стереоприборах, объемных или стереоизображений, полученных анаглифическим, голографическим и иными способами, в том числе на специализированных объемных дисплеяхнепосредственной трехмерной визуализации типа DVDD (Direct Volume Display Device).

1. Меньов А.В. "Теоретичесие основы автоматизированного управления".

2. Цветков В.Я. "Геоинформационные системы и технологии".

Размещено на .ru