6. Актуальные технические проблемы картографической анимации.

Передача данных по сети Интернет. Наибольшие сложности для использования анимации возникают в сети Интернет. Передача готовой растровой анимации высокого разрешения с большим чис­лом кадров по стандартным каналам связи практически невоз­можна из-за большого объема данных и низкой пропускной спо­собности, что выливается в значительные финансовые затраты. Кроме того, это длительный процесс. Более перспективным мето­дом является передача по каналам связи исходной информации и параметров ее анимирования в каком-либо стандартном и обще­принятом программном продукте. Однако в настоящее время не существует ни одного более или менее общепринятого формата данных для передачи анимации в таком виде, а также не распро­странены и программные продукты, позволяющие рядовому пользователю самостоятельно создать анимацию (предположитель­но, этих продуктов вообще не существует). Отдаленным подобием этого является формат VRML, предназначенный для передачи по сети Интернет трехмерных моделей вообще, и просматриваемый рядом бесплатных (или условно-бесплатных программ), позволя­ющих проводить поворот модели, ее масштабирование, и при­ближение к ней. Однако данный формат вообще не предназначен для картографии, очень громоздок и т.п.

Передача исходных виртуальных моделей в целях их последую­щей визуализации пользователями или специалистами-картогра­фами также весьма затруднена, поскольку несмотря на все ухищ­рения и методы оптимизации и сжатия даже весьма средняя по размерам и детальности виртуальная модель может занимать объем более 1 Гб, а наиболее крупные модели — десятки гигабайт.

Кроме того, программные пакеты обработки сложных вирту­альных моделей и трехмерной графики (ERDAS IMAGINE, 3D STUDIO MAX, MAYA, MULTIGEN) стоят десятки тысяч долла­ров, и рядовой пользователь просто не может позволить себе при­обрести их.

Сжатие анимации. В силу перечисленных причин передача кар­тографических анимаций осуществляется в 99 % случаев в виде растрового видеофайла (например, файл AVI) или последователь­ности файлов-кадров (TIFF). На практике запись видео может про­изводиться в форматы AVI, MPEG, DV и ряд других (RAM, QUICK TIME, WMV), применяющихся для картографических анимаций очень редко.

Формат AVI изначально создавался как формат без сжатия, однако на сегодняшний день в мире существует несколько десят­ков специальных драйверов-кодеков, поддерживающих различные алгоритмы сжатия, в то время как файлы с данными все равно имеют расширение *.avi.

Для записи анимации в последовательность кадров наиболее часто используется формат TIFF, далее за ним следуют JPG, BMP, TGA и т. п.

Нетрудно подсчитать, что один кадр несжатого видео разме­ром 1280x1024 пикселов с глубиной цвета 24 бита занимает 4 Мб данных. Минимальная рекомендуемая скорость показа анимации составляет 15 кадров/с (при меньшем количестве кадров начина­ет проявляться эффект «скачков» изображения), оптимальная — 25 кадров/с. При этом скорость обмена данными с жестким дис­ком должна составлять 60—100 Мб/с. Однако современные жест­кие диски способны на обработку лишь 20—28 Мб/с (здесь не рассматривается применение RAID-массивов, так как это чрез­вычайно редкая ситуация).

Поскольку полноцветные несжатые кадры и фильмы и в наше время не могут воспроизводиться на компьютере со скоростью 25 кадров/с, приходится использовать различные методики сжа­тия видеоданных, доводя поток информации до 5—10 Мб/с. Де­компрессия изображения осуществляется в режиме реального вре­мени центральным процессором (процессорами) компьютера.

Все алгоритмы сжатия информации разделяют на алгоритмы с потерей качества и алгоритмы без потери. Первые дают хорошее сжатие, но конечное изображение может сильно отличаться от оригинала. Вторые оставляют фильм неизменным, но зачастую не приводят к ощутимому сжатию.

Алгоритмы сжатия с потерей качества. К ним относится ал­горитм сжатия MPEG1, MPEG2, MPEG4, алгоритм сжатия Motion JPEG, DV, RAM, семейства кодеков для формата AVI: кодеки серий DIVX, INDEO, CINEPACK. Все они широко распростра­нены, бесплатны, удобны для использования, обеспечивают зна­чительное сжатие за счет частичной деградации изображения. Для каждого типа анимации рекомендуется попробовать применить различные алгоритмы сжатия, выбрав наилучший результат.

Следует отметить, что наиболее качественную «картинку» и (одновременно!) наилучшее сжатие обеспечивают алгоритмы се­мейства DIVX MPEG4. Отрицательной чертой их является воз­можность конфликта программ-декодировщиков с аппаратным обеспечением компьютера, что приводит к некорректному пока­зу изображения или сбою показа. Впрочем, эти случаи чрезвычай­но редки. Практически такой же результат дает использование сжатия MPEG2, причем случаи упоминавшихся конфликтов пока не отмечались. Оба алгоритма для просмотра требуют установки на компьютер драйверов кодеков, не поставляющихся в стандар­тной комплектации Windows.

Менее качественное изображение и худшую компрессию дает использование кодека CINEPACK. Однако драйверы этого кодека автоматически устанавливаются на компьютер вместе с Windows, и потому пользователь может не утруждать себя поисками необхо­димого ПО.

Все остальные алгоритмы сжатия в настоящее время доступ­ны, однако не обладают никакими преимуществами перед опи­санными, и потому применяются крайне редко.

Алгоритмы сжатия без потери качества. К этим алгоритмам относится семейство кодеков сжатия типа RLE (Run-length encoding). Алгоритм сжатия RLE основан на том, что при наличии в изображении идущих последовательно один за другим N одина­ковых пикселов цвета К кодировщик производит запись лишь числа повторений N, и значения цвета К, экономя таким образом боль­шое количество байт.

Однако сжатие возможно лишь в том случае, если в изображе­нии часто встречаются цепочки пикселов одного цвета, т.е. изоб­ражение достаточно регулярно. Как правило, к таким изображе­ниям относится большинство двухмерных анимаций, где часто применяются однородные цветовые заливки, кадры повторяют один другой (или незначительно отличаются друг от друга). В этом случае сжатие RLE дает замечательный эффект.

Однако при сжатии этим алгоритмом трехмерной графики ре­зультат оказывается практически нулевым. Происходит это из-за чрезвычайной неоднородности трехмерного изображения (нали­чие текстур, теней, быстрая смена точек обзора и т.п.).

Наиболее качественный результат дает кодек Autodesk RLE 24 bit, позволяющий сжимать этим алгоритмом анимации с глуби­ной цвета 24 бита. Широко известный кодек Microsoft RLE пред­назначен для работы только с анимациями в 256 цветов, причем даже в этом случае изображение часто и сильно загрубляется.