Отмывка рельефа - Курсовая работа

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. Курсовая работа по дисциплине «Геоинформационные системы»Создание внешнего подключаемого модуля для «Ингео», позволяющего выполнять отмывку (раскраску) рельефа. Ввести в ГИС «Ингео» информацию с отсканированной копии планшета городской застройки масштаба 1:500. Необходимо создать классификатор на следующие слои: здания, стили: контур здания (полигон); текстовая подпись адреса. ограждения (деревянные) со стилем - контур ограждения. линии инженерные коммуникации одного вида, которые встречаются на планшете (вода, газ, канализация), стили: наземная линия; Создать справочник улиц с полями «код» и «наименование», чтобы при оцифровке семантическое поле «улица» у слоев зданий, и проезжих частей улиц заполнялось из справочника.Были использованы горизонтали (линии равных высот), на картах давалась отмывка (штриховка) рельефа, разные высоты рельефа местности выделялись окраской с различной тональностью. Все большую популярность приобретает трехмерная визуализация модели рельефа, так как она позволяет даже профессионально неподготовленным людям, получить достаточно полное представление о рельефе. Для слоя Колодцы было создано два стиля отображения: Колодец (метод отображения - символьный); Для слоя Проезжая часть улицы было создано три стиля отображения: Граница проезжей части (метод отображения - стандартный); Для слоя Рельеф было создано два стиля отображения: Освещенная поверхность (метод отображения - полигон);ERR_NOT_LINKED_PIPE = "Невозможно создать объект ТРУБОПРОВОД." chr(13) STYLEID = CREATEDOBJECT.Shapes.Item(0).STYLEID dim SEMDATA if STYLEID = OVERGROUND_PIPE_STYLE then set SEMDATA = CREATEDOBJECT.SEMDATA "если удаляется колодец if DELETEDOBJECT.LAYERID = WELL_LAYER_ID and ISLINKEDWELL(DELETEDOBJECT) then err.raise 60000, "", ERR_LINKED_WELL end if end sub "топологические связи "трубопровода" dim TOPOLINKS set TOPOLINKS = PIPEOBJECT.TOPOLINKS dim end1Linked end1Linked = false dim end2Linked end2Linked = false dim LINKEDOBJECT dim i i = 0 "обход всех топологических связей "трубопровода" while (not end1Linked or not end2Linked) and (i <TOPOLINKS.Count) set LINKEDOBJECT = MAPOBJECTS.GETOBJECT(TOPOLINKS.Item(i))/// Элементы построенной поверхности рельефа. private RELIEFFACE[] faces = null; faces = new RELIEFFACE[triangulation.Count]; /// Преобразовать триангуляцию в элементы поверхности рельефа. {faces[i].color = (long)(color * light[0] light[1]); {faces[i].

Общий план:

С того самого момента, как появились первые карты, перед картографами встала проблема, как отразить трехмерный рельеф на двухмерной карте.

Были использованы горизонтали (линии равных высот), на картах давалась отмывка (штриховка) рельефа, разные высоты рельефа местности выделялись окраской с различной тональностью.

Но и сегодня развитие картографии не стоит на месте и, с развитием компьютерной техники, появляются новые возможности представления рельефа местности. Все большую популярность приобретает трехмерная визуализация модели рельефа, так как она позволяет даже профессионально неподготовленным людям, получить достаточно полное представление о рельефе. Современные технологии трехмерной визуализации позволяют «взглянуть» на рельеф местности из любой точки пространства и под любым углом.

В основном, отмывку рельефа, как способа изображения рельефа местности, производят методом теневой пластики при косом, реже отвесном освещении. Также возможна отмывка как пластическое полутоновое изображение рельефа путем наложения теней. Отмывка создает иллюзию выпуклости изображенного рельефа, и ее использование делает карту внешне более привлекательной.

Обычно отмывку применяют при боковом освещении (когда источник света находится в левом верхнем углу карты), отвесном освещении (когда свет падает сверху) или при комбинированном освещении (когда местность считается освещенной с разных сторон).

1. Оцифровка планшета

1.1 Создание классификаторов

К системе ИНГЕО был подключен дополнительный модуль Менеджер растров на уровне Базы Данных. При помощи данного модуля геометрическая трансформация и подключение к ИНГЕО растрового файла «218.bmp» - копии планшета городской застройки.

С помощью стандартных средств ИНГЕО был создан новый проект, на него была добавлена растровая карта, для которой созданы следующие слои: Здания и сооружения;

ограждения;

коммуникации;

колодцы;

проезжая часть улицы;

высоты

Рельеф.

Рис. 1

Для слоя Здания и сооружения было создано три стиля отображения: контур здания (способ отображения - полигон);

текстовая подпись (способ отображения - текстовый);

адрес (способ отображения - текстовый).

Рис. 2

Также для каждого слоя была создана соответствующая семантическая таблица, соответственно: Здания (с полями ID, этажность, тип, материал);

номер (ID, номер, улица);

коммуникации (ID, назначение, диаметр);

колодцы (ID, высота);

улицы (ID, название);

вершины (ID, высота).

Для слоя Здания и сооружения были созданы стили отображения: полигон (стандартный метод отображения);

текстовая подпись адреса (метод отображения - текстовый);

жилые (метод отображения - текстовый);

нежилые (метод отображения - текстовый);

кирпичный жилой (метод отображения - текстовый);

кирпичный нежилой (метод отображения - текстовый).

Рис. 3

Для слоя Ограждения создан стиль Контур ограждения со стандартным методом отображения.

Рис. 4

Для слоя Коммуникации было создано три стиля отображения: Текстовая подпись назначения (метод отображения - текстовый);

Трубопровод подземный (метод отображения - текстовый);

Трубопровод надземный (метод отображения - стандартный).

Рис. 5

Для слоя Колодцы было создано два стиля отображения: Колодец (метод отображения - символьный);

Подпись отметок высот (метод отображения - текстовый).

Рис. 6

Для слоя Проезжая часть улицы было создано три стиля отображения: Граница проезжей части (метод отображения - стандартный);

Осевая (метод отображения - символьный);

Текстовая подпись наименования (метод отображения - текстовый).

Рис. 7

Для слоя Высоты создан стиль Вершина с символьным методом отображения.

Рис. 8

Для слоя Рельеф было создано два стиля отображения: Освещенная поверхность (метод отображения - полигон);

Скрытая поверхность (метод отображения - полигон).

Рис. 9

Были установлены следующие топологические связи между слоями: Здания и сооружения - Здания и сооружения;

Здания и сооружения - Ограждения;

Здания и сооружения - Коммуникации;

Ограждения - Ограждения;

Ограждения - Проезжая часть улицы;

Коммуникации - Коммуникации;

Колодцы - Колодцы;

Проезжая часть улицы - Проезжая часть улицы.

1.2 Определение ограничений целостности

Для проверки корректности данных было разработано несколько скриптов, обеспечивающих целостность данных в следующих случаях.

Обязательное наличие соединения концов трубопровода с другими элементами сети.

Трубопровод обязательно должен быть соединен обоими концами с колодцем или зданием/сооружением. Связь эта осуществляется посредством топологических соединений при редактировании карты. Поэтому была разработана программа, отслеживающая создание объектов слоя Коммуникации. Если вновь созданный объект-трубопровод не имеет топологических связей со зданиями или колодцами на обоих своих концах, то программа отменяет создание объекта и информирует об этом пользователя через диалоговое окно.

Для трубопроводов автоматически заполнять в зависимости от стиля семантическое поле «тип трубопровода» - надземный или подземный.

После создания объекта-трубопровода из слоя Коммуникации проверяется идентификатор его стиля, в соответствии которым в таблицу семантических данных объекта записывается значение - надземный или подземный.

При удалении колодца проверять, есть ли подсоединенные к нему трубопроводы и при их наличии не давать удалить объект.

Корректность данной операции проверяется скриптовой программой через исследование имеющихся топологических связей объекта-колодца с объектами слоев Коммуникации и Здания. Если такие связи отсутствуют, то объект-колодец удаляется, иначе производится отмена удаления объекта, о чем пользователю сообщается через диалоговое окно.

1.3 Оцифровка планшета

Рис. 10 - Оцифровка зданий и сооружений

Рис. 11 - Оцифровка колодцев и коммуникаций:

Рис. 12 - Оцифровка ограждений и проезжей части улицы

2. Реализация подключаемого модуля

2.1 Описание рельефа

Для описания рельефа местности требуются векторные данные, характеризующие пространственные координаты поверхности. Таким объектом являются вершины.

В дальнейшем для описания рельефа предполагается использование трехмерной Декартовой системы координат. Таким образом, вершина характеризуется двумя координатами на плоскости и одной координатой, соответствующей высоте точки рельефа.

В терминах ГИС «Ингео» это означает, что векторный объект - вершина кроме своих пространственных координат - X и Y, имеет также семантические данные, содержащие информацию о высоте точки рельефа.

Вершины позволяют некоторым образом описать рельеф, для визуализации же требуются другие объекты.

Далее предполагается, что поверхность рельефа аппроксимируется TIN-моделью. Таким образом, для визуализации рельефа требуются объекты - треугольники. Кроме того отмывка рельефа подразумевает разделение освещенных участков рельефа и скрытых. В «Ингео» это означает наличие векторных треугольных объектов двух стилей - освещенных и скрытых.

2.2 Построение TIN-модели рельефа

Работа модуля отмывки рельефа основана на построении триангуляционной модели по набору точек (вершин), описывающих поверхность. Данная операция является наиболее важной и вычислительно-затратной в работе модуля.

Триангуляцию некоторого набора точек можно выполнить различным образом. Среди множества различных триангуляций выделяют триангуляцию Делоне, которая является единственной для имеющегося набора точек. Определение триангуляции Делоне на плоскости выглядит следующим образом: Триангуляцией Делоне для множества точек S на плоскости называют триангуляцию DT(S) такую, что никакая точка A из S не содержится внутри окружности, описанной вокруг любого треугольника из DT(S), такого, что ни одной из вершин его не является точка A.

В дальнейшем для построения TIN-модели рельефа будем использовать триангуляцию Делоне. Реализация триангуляции Делоне в подключаемом модуле основана на алгоритме Уотсона, схема которого приведена на рисунке 13.

Рис. 13 - Алгоритм Уотсона построения триангуляции Делоне

Процедура образования нового разбиения при добавлении новой точки заключается в следующем. Сначала выбираются треугольники, описанная вокруг которых окружность содержит добавляемую точку. По определению эти треугольники не могут входить в триангуляцию Делоне, поэтому их следует удалить из разбиения. Выбранные треугольники разбиваются на отрезки, дублирующиеся отрезки удаляются. Оставшиеся отрезки формируют границу выпуклого многоугольника, который разбивается на новые треугольники простым соединением вершин с добавляемой точкой. Данная процедура схематично показана на рисунке 14.

Рис. 14 - Процедура разбиения алгоритма Уотсона: а) - исходное разбиение; б) - выбор треугольников, описанная вокруг которых окружность содержит новую точку; в) - удаление треугольников; г) - разбиение выпуклого многоугольника

После удаления супертреугольника граничные вершины снова проверяются на возможность построения треугольников, удовлетворяющих условию Делоне, и в разбиение добавляются недостающие треугольники. Полученная в итоге триангуляция будет триангуляцией Делоне.

2.3 Раскраска рельефа

После построения TIN-модели, рельеф можно подвергнуть раскраске. Раскраска заключается в разделении треугольников, описывающих рельеф на два класса: освещенные и скрытые. Положение источника света полагается на северо-западе. В зависимости от того как повернута плоскость треугольника к источнику, треугольник либо является освещенным, либо скрытым.

Процедура раскраски приведена на рисунке 15.

Рис. 15 - Процедура раскраски рельефа

2.4 Взаимодействие с пользователем

Для выполнения функций раскраски рельефа служит скрипт, написанный на встроенном в «Ингео» языке. Данный скрипт, реагирует на нажатие соответствующего пункта в меню. После выбора пункта меню происходит сбор требуемой информации и вызов соответствующего метода подключаемого модуля. Далее выполняется удаление старых данных о раскраске рельефа и создаются новые векторные объекты, соответствующие результатам работы модуля.

2.5 Результат работы модуля

Программа предоставляет пользователю возможность осуществлять раскраску рельефа в двух режимах: либо по всем вершинам, либо по выбранному набору вершин.

Вершины, по которым программа строит модель рельефа, создаются как объекты слоя «Высоты» с указанием семантических данных о значении высот вершин. После того как объекты-вершины созданы (как минимум три) программа может выполнить раскраску рельефа. Для этого необходимо выбрать вершины, по которым требуется построить рельеф, и выбрать в главном меню пункт Рельеф >> Рельеф по выбранным вершинам, либо сразу выбрать пункт меню Рельеф >> Рельеф по всем вершинам, при этом выбор вершин не требуется.

На рисунке 16 приведен результат работы программы для 19 вершин.

Рис. 16 - Результат работы модуля раскраски рельефа для 19 вершин