Технології побудови тривимірних моделей у ГІС - Дипломная работа

Вступ Монітор комп’ютера або аркуш паперу, де відтворене тривимірне зображення місцевості, - це плоскі (двовимріні) поверхні. Відображення тривимірних об’єктів у комп’ютерній графіці відбувається за рахунок спеціальних перетворень двовимірних об’єктів, які зображаються під різними кутами, утворюючи грані багатовимірних фігур та зменшуються, створюючи ефект віддалення від точки спостереження. При створенні тривимірних об’єктів застосовуються декілька моделей растрової і векторної графіки. У геоінформаційних системах (ГІС) найбільшого поширення набули регулярна растрова модель GRID та нерегулярні моделі, коли зображення формується з трикутників (TIN) або багатокутників (полігони Тіссена, полігони Вороного). Процес відображення тривимірної моделі на моніторі комп’ютера складається з двох стадій: 1) геометричних обчислень, в результаті яких відбувається апроксимація тривимірного об’єкту, що буде складатися зі згаданих трикутників, багатокутників або інших поверхонь; 2) процесу рендерингу - тобто візуалізації отриманих фігур на плоскій поверхні, заповнення їх кольором чи певною текстурою, розподіл яскравості за рівнем “освітленості”. Сучасні ГІС мають достатньо розвинений апарат тривимірної графіки, що здатний з достатньою точністю відтворювати різноманітні тривимірні зображення, як от рельєф земної поверхні, топографічна ситуація з урахуванням висоти об’єктів, поверхні та об’єми верств та пластів у земних надрах тощо. Практично кожна сучасна ГІС з розряду багатоцільових має у своєму розпорядженні вбудовані або додаткові модулі для створення тривимірних карт, просторового аналізу тривимірних величин (наприклад, об’ємів, проективних покриттів) та операцій із цифровими моделями рельєфу (ЦМР). Аналогічний за типом і часом створення модуль Virtual GIS дозволив виконувати аналогічні операції в ERDAS Imagine. Згодом для багатоцільових ГІС середнього класу - ArcView та MapInfo - були розроблені модулі для тривимірного аналізу, які виявилися в деяких аспектах навіть функціональнішими та зручнішими порівняно із вище згаданими. Пакет 3D Analyst постачається як окремий модуль, що надбудовується над базовою версією ArsView (ArcGIS). Версії 3D Analyst під АrcView третього й восьмого-дев’ятого поколінь дозволяють ефективно працювати з ЦМР (DEM) - будувати карти крутизни схилів, експозиції, розраховувати покриття для систем радіозв’язку, зони затоплення тощо; разом із тим останні мають поліпшені можливості для відображення будівель різної висоти та обрисів, дерев та інших об’єктів місцевості, що зазвичай використовуються при стовренні 3D-моделей місцевості крупного масштабу при проектно-вишукувальних роботах, у містобудуванні, ландшафтній архітектурі. Модулі для стоврення 3D-зображень у MapInfo - канадський Vertical Mapper та російський Поверхность використовуються принципово іншу схему побудову растрових зображень на основі традиційного для MapInfo гріду (MIG - MapInfo GRID). Мета даної роботи: · проаналізувати ефективність алгоритмів комп’ютерної графіки, які використовуються у ГІС при створенні тривимріних моделей рельєфу; · порівняти інформативність, функціональність та хоча б у першому наближенні оцінити точність тривимірних моделей рельєфу, що створюються на основі растрових і векторних моделей, описаних вище; · відпрацювати технологію побудови 3D карт на ділянці з різко розчленованим і великою різноманітністю форм рельєфу, на основі використання програмних продуктів „ArcGIS/3D Analyst” та «MapInfo»/»Поверхность». „2,5-мірність” означає те, що тривимірний обєкт коректно моделюється в плані (осі X, Y), а по вертикалі йому задається тільки одне значення Z, що не може змінюватися в межах вільним чином. Так, будинок із двосхилим дахом не може бути змодельований системою, а будинок із плоским дахом моделюється цілком успішно. Тривимірні ГИС дозволяють створювати в середовищі тривимірного простору об’єкти будь-якої складності: рельєф в усіх деталях, архітектурні будівлі, дорожні конструкції, навіть дерева й автомобілі й т.д. Потім практично одночасно два „законодавці мод” в області ГІС - американські компанії “ESRI” і “Maplnfo Сorp”. В Україні, і в Росії для створення і аналізу моделей рельєфу також традиційно використовують систему “Surfer”, розроблену “Golden Software”. Тому компанія ESRI не тільки розробила відносно недорогу спрощену версію для обробки „двомірних даних” - ГІС „ArcView” (поточна версія - „ArcGIS / ArcView 9.2”), але й приклала до неї тривимірний модуль „3D Analyst” (вартість ліцензійного пакету 1000 доларів). Практичні тести на компютері з обсягом оперативної памяті 512 Мбайт і відеокартою, що підтримує Open GL, 128 Мбайт, показали, що одночасно можна відображати до 10 тисяч простих будинків на растрі з рельєфом, оцифрованим за сіткою 50 х 50 м. При цьому застосовуються два типи моделей - регулярна й нерегулярна. Для нерегулярної моделі (TIN) створюються поверхні у вигляді трикутників, що прилягають один до одного (тріангуляція). Всі інші тривимірні об’єкти розміщаються над моделлю рельєфу; вони повинні зада