Трехмерные модели

Большинство ГИС хранят информацию о точках местности в виде трехмерных координат. Однако для многих приложений ГИС, таких, как построение карт, трехмерные координаты преобразуют в двухмерное представление, т.е. строят двухмерные (2D) модели.

Со второй половины 90-х гг. заметна тенденция к построению трех­мерных (3D) моделей. С одной стороны, это продиктовано решением практических задач, с другой - увеличением мощности вычислительных

ресурсов, что необходимо для трехмерного моделирования. Такая мо­дель должна соответствовать отображению трехмерной реальности, по возможности близкой к той, что видит человеческий глаз на местности.

В настоящее время существуют два основных способа представле­ния трехмерных моделей в ГИС.

Первый способ, назовем его псевдотрехмерным, основан на том, что создается структура данных, в которых значение третьей коор­динаты 2 (обычно высота) каждой точки (X, Y) записывается в качестве атрибута. При этом значение Z может быть использовано в перспектив­ных построениях для создания изображений трехмерных представле­ний. Поскольку это не истинное трехмерное представление, его часто именуют 2,5-мерным (два-с-половиной-мерным).

Такие 2,5-мерные модели дают возможность эффективного реше­ния ряда задач:

представление рельефа и других непрерывных поверхностей на базе ЦМР или TIN;

расчет перспективной модели для любой задаваемой точки обзора;

"натяжение" дополнительных слоев на поверхность с использова­ нием цвета и световых эффектов;

визуальное преобразование одних классов данных в другие (на­ пример, объемный слой промышленных выбросов преобразовать в изоб­ ражение экологической карты и результирующей карты действия на ок­ ружающую растительность);

создание динамической модели "полета" над территорией.

Второй способ - создание истинных трехмерных представле­ний - структур данных, в которых местоположение фиксируется в трех измерениях (X, У, Z). В этом случае Z- не атрибут, а элемент местополо­жения точки. Такой подход позволяет регистрировать данные в не­скольких точках с одинаковыми координатами Xи Y, например, при зон­дировании атмосферы или при определении объемов горных вырабо­ток.

Истинные трехмерные представления позволяют:

наглядно изображать (визуализировать) объемы;

решать задачи, связанные с моделированием объемов;

решать новый класс задач - разработка трехмерных ГИС;

производить синтез трехмерных структур.

Оба способа трехмерных представлений пространственной инфор­мации имеют несколько важных приложений:

• проектирование инженерных и промышленных сооружений (шах­ ты, карьеры, плотины, водохранилища);

моделирование геологических процессов;

моделирование трехмерных потоков в газообразных и жидкостных средах.

В ГИС наряду с цифровыми моделями местности, которые, как пра­вило, отражают статические свойства, широко используются динами­ческие модели, например модель явления.

Трехмерные явления характеризуются несколькими свойствами: распределение, геометрическая сложность, топологическая сложность, точность измерения, точность представления.

Распределение может быть непрерывное (например, поле поверх­ности) и дискретное (например, рудные тела).

Топологическая сложность обусловливается связями внутри объек­та. Например, составной объект состоит из таких же, но более мелких объектов одного класса. Смешанный объект включает несколько клас­сов и состоит из более мелких неоднородных объектов.

Геометрическая сложность зависит от типов кривых и геометри­ческих конструкций.

Точность представления определяет допуски при проектировании, изысканиях, научных исследованиях.

Точность измерения выражается допусками и погрешностью средств измерения.

Применение трехмерных моделей позволяет строить новые модели и расширяет возможности ГИС как системы принятия решений. С ис­пользованием методов трехмерной графики можно по-новому решать задачи проектирования жилой застройки, размещения объектов быто­вого и хозяйственного назначения в муниципальных округах, создавать новые типы трехмерных условных знаков и т.д.

Примером подобной разработки может служить ГИС Star Informatic для решения задач городского планирования и задач урбанизации, раз­работанная специалистами из Бельгии и Великобритании (фирма Star).

•

Выводы

Данные в ГИС обладают своей спецификой и не имеют прямых ана­логов в других автоматизированных системах. Они имеют множество форматов ( практически каждая ГИС - свой) и разные формы пред­ставления.

Информационная основа ГИС содержит типизированные и нети-пизированные записи, а также графические данные с двумя основными формами представления - векторной и растровой. Растровые и век­торные модели имеют свои преимущества при решении разных задач и дополняют друг друга в системе комплексной обработки данных ГИС.

Векторные данные разделяются на три основных типа: точечные, линейные и полигональные. Каждый тип характеризуется своими ме­тодами обработки.

Остается нерешенной проблема автоматизированного преобразо­вания растровых моделей в векторные.

Интеграция данных в ГИС позволяет решать задачи проекцион­ных преобразований и объемного представления трехмерных объектов, включая их динамическую визуализацию.