Лекция № 10. Визуализация данных.

1. Картографическая визуализация.

2. Изображения в неевклидовой метрике.

3. Виртуально-реальностные изображения.

4. Картографическая анимация.

1. Картографическая визуализация.

Невозможность непосредственного восприятия человеком цифровых моделей, представляющих пространственные данные в ГИС, и использование их исключительно в среде компьютера, обусловливает необходимость визуализации данных. Ни текст, ни таблица не могут дать полностью адекватного представления их пространственной сути. Его может дать только графическая визуализация данных, выражающая и отображающая данные в единстве их позиционной и непозиционной составляющих. На практике графическое воспроизведение данных приобретает черты картографического изображения, поэтому почти всегда, говоря о визуализации данных в ГИС, имеется в виду их картографическая визуализация. Ее объект чаще всего не сами данные (цифровые модели), а описываемые ими реальные пространственные объекты.

Главная функция картографической графики в ГИС — служить интерфейсом между человеком и машиной. Это своеобразный картографический интерфейс, дополняющий графический интерфейс пользователя, обычный для любого программного продукта, включая программные средства ГИС.

Электронные карты (ЭК) — это картографические изображения на видеоэкране компьютера как результат визуализации некоторых цифровых данных.

Происхождение термина «электронная карта» принято связывать с наименованием главного конструктивного элемента видеоэкрана того времени — электронно-лучевой трубки (ЭЛТ; от англ. cathode ray tube, CRT), с термином, в свое время употреблявшимся как синоним дисплея.

Генерация электронных карт поддерживается более или менее многофункциональным программным средством типа картографических визуализаторов и браузеров (просмотровщиков, обозревателей), а также визуализационными модулями ГИС.

Производители продукции электронного картографирования (ЭК или электронных атласов), а вслед за ними и пользователи этой продукции стали понимать под ними не сами изображения, а цифровые записи, предназначенные для их картографической визуализации, вместе с программным средством, ее обеспечивающим.

Под электронным атласом понимается система, включающая цифровые данные и средства генерации электронных карт. Прообразом всех электронных атласов считают широко известный в свое время британский проект «Domesday» — электронную энциклопедию Великобритании на оптических носителях с разнообразными картографическими материалами, изданную во второй половине 80-х годов. Сегодня ЭА и другие произведения и издания на компакт-дисках и в Интернете, существенный элемент содержания которых составляют электронные карты, вполне обычны.

Классификация ЭА К. Перкинса которая включает восемь групп ЭА:

1. Топографические и батиметрические карты (атласы) национального, регионального или планетарного охвата.

2. Карты и атласы навигационного назначения и обслуживающие их системы (например, электронные морские навигационные карты или карты автодорожной сети).

3. Информационно-справочные системы энциклопедического типа, включающие развитые функции картографической визуализации.

4. Национальные ЭА.

5. Атласы состояния окружающей среды.

6. Крупные наборы цифровых статистических данных (например, результатов переписи населения) с возможностями их картографической трансформации.

7. Обучающие средства.

8. Картографические БД о межгосударственных границах и сетях административно-территориального деления.

1. Топографические и батиметрические карты (атласы) национального, регионального или планетарного охвата.

Первая группа ЭА с топографическими, общегеографическими и батиметрическими картами наиболее полно представлена разнообразной многотиражной электронной продукцией.

Среди широко распространенных коммерческих ЭА мира выделяется мультимедийный атлас «Encarta World Atlas» фирмы Microsoft, первая версия которого была издана в 1996 г. Атлас поддерживал визуализацию карты мира в диапазоне масштабов 1:1000 000 - 1:500 000 в традиционном общегеографическом оформлении, включая рельеф с гипсометрией и отмывкой в масштабах не крупнее 1: 2 500 000. В основе общегеографической части атласа лежит цифровая карта-основа DCW м. 1:1 000 000. Кроме общегеографических атлас содержит ряд тематических карт с элементами содержания, сгруппированными в блоки, включая физическую географию, население, экологию и т.п. (впрочем, весьма схематичных). Вторую версию атласа 1997 г. отличала подборка детальных планов крупных городов и наличие возможности космического «полета» над 8 избранными регионами мира, что достигалось динамической генерацией трехмерных панорам, отражающих сферичность Земли.

Первый из отечественных ЭА — «Электронная политическая карта мира», изданная Роскартографией совместно с фирмой INGIT Ltd. (Ингит, Санкт Петербург) в 1996 г., имеет версии для ОС MS-DOS и MS-Windows, обеспечивает картографическую визуализацию общегеографических карт (без рельефа) в масштабе 1:50000000 и крупнее (примерно до масштаба 1:4000 000 без видимого огрубления), используя визуализационные возможности программного средства ГИС МАПМАСТЕР

Другие аналогичные издания, продолжающие эту серию, содержат общегеографические карты России, ее регионов, СНГ, Москвы и других крупных городов, автодорожные ЭК.

Анализ подобных мировых ЭА показывает, что они включают «стандартные» и дополнительные функциональные возможности и особенности:

• планы крупных городов (схематичные или достаточно детальные);

• текстовые описания (обычно государств, крупных гидрографических объектов и т.п.), сопровождающиеся подборками фотографий, видеоклипов, государственных флагов и гимнов;

• страноведческие статистические сводки с возможностями визуализации в виде статистических таблиц, которые могут быть преобразованы пользователем в элементы деловой графики, а иногда и карты (обычно в картограммы и картодиаграммы);

• механизм поиска объектов;

• планирование маршрутов авиаперелетов и т.п.

2. Карты и атласы навигационного назначения и обслуживающие их системы (например, электронные морские навигационные карты или карты автодорожной сети).

Обслуживают решение задач навигации (например, штурманского дела), контроля за перемещением транспортных средств, диспетчеризации транспортных потоков, планирования оптимальных маршрутов движения и обеспечения его безопасности.

Работы по созданию навигационных ЭК координируются Международной гидрографической организацией (IHO). Эксплуатация соответствующих систем, известных под наименованием «Информационные системы для отображения электронных карт» ECDIS (Electronic Chart Display and Information System), основана на координировании судна с помощью приемников глобальных систем позиционирования, отображении навигационной ситуации на морских навигационных ЭК, полностью идентичных по содержанию и оформлению их бумажным аналогам, решении штурманских задач с помощью специализированного программного обеспечения. Совокупность электронно-картографических данных организуется в виде глобальной базы данных ECDB (Electronic Chart Data Base). В России производством морских навигационных ЭК заняты две организации г. Санкт-Петербурга: филиал фирмы С-МАР (Норвегия) и предприятие АО «Моринтех» Гидрографической службы ВМФ МО РФ (Главное управление навигации и океанографии, ГУНИО). Библиотека ЭК в записях на CD-ROM компании С-МАР, известная как СМ93, покрывает всю акваторию мирового океана.

Развивается производство автодорожных ЭК, обслуживающих интересы двух главных областей их использования:

1) диспетчеризации транспортных потоков и контроля автомобильного парка крупными автотранспортными предприятиями (например, таксопарками) или службами экстренной помощи (полиция, скорая медицинская помощь, службы управления в чрезвычайных ситуациях);

2) индивидуальной навигации автотранспортного средства с помощью бортовой автонавигационной системы.

Расширение работ над созданием ЭК автонавигационного назначения в США, Японии и Западной Европе инициируется ведущими автомобильными компаниями, заинтересованными в оснащении значительной доли производимых моделей соответствующими системами.

3. Информационно-справочные системы энциклопедического типа, включающие развитые функции картографической визуализации.

Характеризуются наличием разнообразных таблично-статистических, текстовых, графических и иных элементов, сопровождающих визуализацию собственно картографической их составляющей. Это гибридные справочные издания энциклопедического типа, многие из которых в настоящее время оснащаются средствами мультимедиа. Чисто справочные, поисковые и визуализационные возможности таких изданий могут дополняться функциями пространственного анализа.

Из российских примеров ЭА справочного типа можно назвать Regional Explorer, опубликованный в 1996 г. Визуализация картографических материалов атласа по России в целом (несколько десятков базовых сюжетов о природе, населении и хозяйстве) и по субъектам Российской Федерации (общегеографические элементы содержания, включая районные границы) в форме векторных карт или растровых изображений в формате bitmap поддерживается простым картографическим визуализатором/браузером. Картографическая часть атласа дополняется обширной текстовой информацией о России в целом и по ее отдельным территориальным

Единицам.

К этой же группе можно отнести «справочные ГИС» (информационно-справочные картографические системы).