Лекции на тему:
Технология создания 3-х мерных виртуальных карт
Введение
В различных областях деятельности человека существует необходимость в визуализации информации об областях местности в привычном для восприятия человеком трехмерном пространстве
Визуализация – визуальное представление данных; отображение информации на экране видеоустройства (экран)
В настоящее время широкое распространение получила пространственная модель 3D- модель местности, создание средствами компьютерной графики. Это новый метод получения и представления пространственной информации об областях местности.
Формирование (машиной) компьютерной графики относится к началу 60-х годов.
В 60-е годы были сформированы принципы рисования отрезками, удаления невидимых линий, методы отображения сложных поверхностей, определены методы формирования теней, учета освещенности сюжета. Первые работы были в основном направлены на развитие векторной графики, т.е. рисование отрезками.
В 70-е годы значительное число работ было направлено на развитие методов отображения пространственных форм и объектов. Это направление принято называть - Трехмерной машинной графикой.
Математическое моделирование трехмерных сюжетов требует учета трехмерности пространства предметов, расположения в нем источников освещения и наблюдения.
В 80-е годы сфера прилежания машинной графики существенно расширилось. Появились персональные компьютеры.
Существенным шагом в расширении сферы использования 3D-моделей стала возможность создания - измерительных 3Dмоделей (в дальнейшем будем называть такие модели фотограмметрическими или 3-х мерными картинами.), т.е. представление пространственной информации в компьютере в заданной системе координат с возможностью измерения координат отдельных точек этой модели с точностью соизмеримой с точностью топографических карт.
Понятие 3-х мерной карты.
В отличие от фотограмметрической стереомодели (геометрической модели), в которой эта модель строиться на пересечении связок проектирующих лучей, 3D-модель представляет собой математическую модель, описывающую геометрические и оптические свойства поверхности объекта.
Такая модель, построенная в заданной системе координат с заданной точностью, является 3-х мерной картой. Такую модель можно разглядывать (рассматривать) с различных точек пространства и измерять координаты её отдельных точек, длины отрезков, превышения и т.д. способы построения, наблюдения и измерения пространственной модели осуществляются на основе законов аналитической геометрии. Соответствующие средства наблюдения, измерения пространственных координат точек модели и отображения объектов сцены формируются методами машинной графики. Отсюда возникает понятие «виртуальной модели».
Виртуальный (лат. Virtualis - возможный)
Виртуальная 3-х мерная карта - представление пространственных данных и математических построений в компьютере.
3-D модель, которая является основой 3-х мерной карты, создается в результате построения 3-х мерной сцены.
Трехмерной сценой - называют математическую модель пространственных объектов с источником освещения.
Под объектом будем называть совокупность точек пространства, объединенных функциональной общностью с точки зрения конкретной ценовой задачи.
Трехмерная сцена, имеет 6 составляющих:
-система координат;
- математическая модель объекта;
- наблюдательная система (т.е. ее модель);
- источник освещения;
- проектирующая система
-ориентирующая система;
в трехмерных картах добавляется ещё и измерительная система.
Системы координат 3D-моделей
Для создания и работы с 3D-моделью местности необходимо определить системы координат их три:
Мировая система координат - система координат 3-х мерной сцены Xc, Yc, Zc- правая прямоугольная система координат, общая для всех объектов сцены.
Локальная система координат - система координат объекта XYZ – правая прямоугольная система координат, связанная с объектом
Экранная система координат XYZ - левая прямоугольная система координат проекционной плоскости.
Рисунок 1 – Системы координат в трехмерной машинной графике
Наблюдательная система
При наблюдении, 3D-модель местности на экране компьютера, в отличие от стереомодели, представляет собой единое изображение на плоскости (для обоих глаз). Эффект объемности создается за счет геометрической перспективы и измерения масштаба изображаемых объектов пропорционально их удаленности и частично «загораживания» одних объектов другими.
Процесс наблюдения и вывода трехмерных объектов на экране более сложный, чем вывод соответствующей двухмерной информации. В двухмерном случае задается окно в двухмерном мировом координатном пространстве и поле вывода на двухмерную поверхность экрана. В общем случае объекты, описанные в мировых координатах, отсекаются на границе видимого объекта, а после этого преобразуются в плоскость экрана. В случае вывода трехмерных объектов на экран, видимая поверхность не имеет графического третьего измерения и несоответствие между пространственными объектами и плоскими изображениями устраняется путем введения проекции.