GIS_Lab6

Лабораторная работа №6 Создание 3D модели Волгограда

1 Цель

Получение теоретических и практических навыков создания трехмерных поверхностей при помощи ГИС Карта 2011

2 Теоретическая часть

2.1 Создание трехмерной модели

Трехмерная модель местности в ГИС "Карта 2011" представляет собой поверхность, построенную с учетом рельефа местности, на которую может быть наложено изображение векторной, растровой или матричной карты, и расположенные на ней трехмерные объекты, соответствующие объектам двухмерной карты. Она является полноценной трехмерной картой, которая позволяет выбирать объекты на модели с целью запроса информации об объекте, редактировать их внешний вид и характеристики. На трехмерной модели можно увидеть как наземные, так и подземные объекты.

2.1.1 Компоненты

Создание трехмерной модели не требует длительной подготовки, достаточно иметь двухмерную карту и матрицу высот. По этим данным можно построить трехмерную модель рельефа выбранного участка местности. Для построения объемной модели с учетом объектов, расположенных на данной карте, необходима библиотека трехмерных изображений объектов, добавляемая в классификатор любой карты. Вместе с классификаторами электронных векторных карт поставляются библиотеки трехмерных изображений для различных масштабов. Для получения объемного вида имеющихся электронных карт достаточно подключить одну или несколько библиотек к классификатору и назначить для выбранных объектов подходящее изображение. При необходимости более детального и индивидуального отображения объектов, можно создавать свои объемные изображения с помощью Редактора условных знаков.

2.1.2 Цифровой классификатор

Классификатор электронной карты - это совокупность описания слоев векторной карты, видов объектов и их условных знаков, видов

1

семантических характеристик и принимаемых ими значений, представленных в цифровом виде.

Описания слоев, объектов, семантических характеристик и некоторых видов значений характеристик должны содержать цифровой код.

Условные знаки объектов могут быть представлены в двух видах:

-для отображения карты на дисплее;

-для вывода карты на печатающие устройства.

Если описание знаков для печати карты не введено в классификатор, то при печати применяются знаки выводимые на дисплей.

Для просмотра карты в принтерных знаках на экране устанавливается соответствующий вид карты через главное меню приложения.

Классификатор карты в цифровом виде хранится в файле RSC. Файл RSC располагается в одной директории с векторной картой или в общей директории классификаторов.

Редактор классификатора может быть вызван из списка прикладных задач, а также через всплывающее по правой кнопке меню в задаче Легенда карты или диалоге Выбор объекта.

2.1.3 Редактор условных знаков

В комплекте "Профессиональной ГИС "Карта 2011" вместе с классификаторами электронных векторных карт поставляются библиотеки трехмерных изображений для различных масштабов. Для получения объемного вида имеющихся электронных карт достаточно к классификатору карты подключить одну или несколько библиотек.

2

После подключения библиотеки необходимо выбрать некоторые типы объектов и назначить им подходящее трехмерное изображение из имеющихся в библиотеки:

Такой подход дает возможность быстрой подготовки карты к отображению в трехмерном виде.

3

В зависимости от настройки трехмерного вида отдельных объектов и по степени детализации трехмерные модели местности делятся на типовые, детальные, модели внутренних помещений и тематические.

2.2 Виды трехмерных моделей местности

Типовые трехмерные модели создаются по планам городов, топографическим картам или обзорным картам. Типовые модели содержат поверхность рельефа местности, строения, объекты дорожной сети, трубопроводы, колодцы, светофоры, объекты растительности, гидрографии и другие объекты простой формы.

Построение типовой модели является самым быстрым способом получения качественной трехмерной модели местности. Типовые модели могут применяться для визуальной оценки взаимного расположения объектов с учетом особенностей рельефа и их высоты, анализа взаимного расположения кабелей электросетей и трубопроводов разного назначения.

2.2.1 Трехмерные модели детального вида

Трехмерные модели детального вида описывают местность с объектами, вид которых настраивается индивидуально, и создаются по планам городов.

4

Модели детального вида содержат поверхность рельефа местности, типовые объекты и объекты, объемное изображение которых приближается к их реальному виду на местности (архитектурные строения с подъездами, трубами, лифтовыми башенками, элементами оформления и др.).

В редакторе трехмерного вида объектов ГИС «Карта 2011» доступно импортирование знаков из формата VRML, поэтому некоторые элементы индивидуального вида объектов могут быть созданы в трехмерных редакторах сторонних разработчиков и загружены в различные шаблоны отображения этих объектов.

2.2.2 Трехмерные модели внутренних помещений

Трехмерные модели внутренних помещений позволяют описывать объемный вид интерьера и создаются на основе поэтажных планов.

При отображении трехмерных моделей внутренних помещений также могут быть использованы отдельные объекты и целые интерьеры, созданные в различных программах редактирования трехмерных изображений в VRMLформате и импортированные в библиотеку трехмерных изображений классификатора векторной карты ГИС «Карта 2011»

5

2.3 Средства для работы с трехмерными моделями местности

Трехмерные модели представляют собой полноценные трехмерные карты, которые позволяют выбирать объекты на модели с целью запроса информации об объекте редактировать их внешний вид и характеристики (семантику).

2.3.1 Навигатор 3D

Трехмерная модель местности в ГИС "Карта 2011" - это не застывшая картинка, все изменения информации можно наблюдать на модели в режиме реального времени, что позволяет решать задачи мониторинга окружающей среды, технологических объектов, моделирования ЧС, возникающих по причине природных катаклизмов и техногенных аварий. Взаимодействие Навигатора 3D с другими задачами ГИС предоставляет возможности широкого применения объемного моделирования в разнообразных областях деятельности: в обслуживании водоканалов, газовых хозяйств, теплосетей, электросетей, линий связи, в землеустроительных комитетах, при проектировании дорог и зданий, в службах МЧС, в охранной и военной деятельности и т.д.

При вызове Навигатора 3D для текущего активного окна-документа карты строится трехмерная модель прямоугольного участка местности, соответствующего всей карте или выбранному участку. Она представляет собой поверхность, построенную с учетом рельефа местности (при наличии матрицы высот в текущем документе), на которую может быть наложено изображение векторной, растровой или матричной карты, и расположенные на ней трехмерные объекты, соответствующие объектам двухмерной карты.

Процедура отображения трехмерной модели предназначена для визуальной оценки рельефа выбранного участка местности и расположенных на нем объектов.

Программа создана с использованием стандартной библиотеки OpenGL.

После первой активизации задачи для текущего активного окна-документа карты в окне Навигатора 3D строится трехмерная модель прямоугольного участка местности, соответствующего участку двухмерной карты, видимому в окне двухмерной карты.

Основным режимом работы задачи Навигатор 3D является синхронизированная работа с окном двухмерной карты. Это значит, что перемещения по обеим картам (двухмерной и трехмерной) выполняются

6

одновременно, трехмерная модель перестраивается при изменении данных в окне-документе двухмерной карты. Но при необходимости данный режим работы можно отключить в пункте меню Перемещение / Синхронизация 2D и 3D карт оболочки Навигатор 3D.

Навигатор 3D также позволяет работать как со всем отображаемым на двухмерной карте районом, так и с любым выбранным его фрагментом, причем выбор отображаемой области может производиться в любой момент непосредственно в процессе работы с Навигатором 3D.

Окно задачи состоит из рабочей области, в которой производится отображение модели, а также управляющего меню и управляющей панели.

Основные составляющие модели отображения

1 - положение наблюдателя, 2 - изображение поверхности, 3 – наблюдаемый объект (ориентир), 4 - проекция положения наблюдаемого объекта на плоскость поверхности, 5 - источник освещения.

При перемещении объекта по модели в строке сообщений показываются реальные координаты положения объекта на местности.

7

Наблюдатель может располагаться в двух положениях относительно модели:

а) «Слежение со стороны», когда наблюдатель находится на фиксированном расстоянии от ориентира. Расстояние от наблюдателя до ориентира можно сократить нажатием клавиши «>», увеличить - нажатием клавиши «<». Поворот модели производится относительно положения ориентира.

б) «Наблюдатель в центре», когда наблюдатель сам перемещается по модели. Поворот модели производится относительно наблюдателя.

На поверхность карты и окружающую территорию может быть наложена фоновая текстура земли. Фоновые текстуры земли должны лежать в директории инсталляции системы и иметь предопределенные имена (Ground256.bmp, Ground512.bmp). Цифры в имени файла фоновой текстуры земли обозначают размер выбранной в настоящее время фоновой текстуры. Параметры отображения этих текстур задаются в диалоге Параметры / Поверхность.

На поверхности неба могут быть отображены две текстуры: основная и фоновая. Фоновые текстуры неба должны лежать в директории инсталляции системы и иметь предопределенные имена (Sky.bmp, BackgSky.bmp). Каждая текстура отображается независимо от другой.

Управление ориентацией и движением по модели

Кроме показанных на рисунке управляющих клавиш, движением модели можно управлять с помощью колесика на мыши (если таковое имеется). Простым вращением колесика можно передвигаться по модели вперед и назад, а вращение при нажатой клавише Shift аналогично нажатию стрелок на клавиатуре (вращение влево и вправо).

8

Высоту подъема наблюдателя (ориентира), угол наблюдения и угол поворота модели можно изменять с помощью управляющих элементов типа «ползунок», расположенных в левой и нижней части окна Навигатора 3D.

Скорость перемещения по модели изменяется с помощью трекбара в правом нижнем углу окна 3D-навигатора. Установленная скорость движения отображается здесь же в единицах измерения км/ч.

Изменять высоту подъема наблюдателя (ориентира) можно также с помощью клавиш "PageUp"(поднять), "PageDown"(опустить). Нажатием правой клавиши мыши на линейке изменения высоты подъема вызывается всплывающее меню, с помощью которого можно установить наблюдателя (ориентир) на поверхность модели (пункт меню Установить на поверхность) и изменить максимальную высоту подъема наблюдателя над поверхностью модели (пункт меню Изменить максимум высоты, который вызывает диалог Параметры, закладка Дополнительные).

Появилась возможность управления трехмерной моделью местности только с помощью мыши:

-При нажатой левой клавиши мыши: перетаскивание модели в нужную сторону.

-При нажатой правой клавише мыши: движение мыши вперед, назад – подъем наблюдателя относительно модели вверх, вниз соответственно; движение мыши влево, вправо – перемещение по модели влево, вправо.

-Вращение колесика мыши - масштабирование модели, вращение колесика мыши при нажатой правой клавише – изменение угла наклона модели.

-Нажатие с отпусканием в одной точке: левой клавиши мыши – вывод диалога информации об объекте; правой клавиши мыши – переход в указанную точку модели.

Управляющее меню

Вид

В меню Вид можно выбрать вид отображения рельефа поверхности (карта, фон, каркасный, прозрачный, отсутствует).

Изображение карты – на поверхность соответствующе накладывается изображение двухмерной карты.

Фон – отображение поверхности модели серого цвета.

9

Каркасная модель – отображение поверхности в виде сетки.

Прозрачный вид – поверхность модели становится прозрачной, позволяя увидеть объекты, располагающиеся под землей.

Отсутствует – отображение рельефа поверхности отключается.

Вподпункте меню Рельеф можно масштабировать рельеф поверхности. Этот пункт работает при наличии в модели матрицы высот.

Вподпункте меню Шаг сетки можно изменить шаг сетки рисования поверхности. При уменьшении шага сетки возрастает степень подробности описания реального рельефа местности, но это в свою очередь приводит к замедлению отображения.

При отображении модели есть возможность задать режим отображения объектов, имеющих 3D-вид (трехмерный вид этих объектов задан в классификаторе), и, отдельно, режим отображения объектов, не имеющих 3D-вида (трехмерный вид этих объектов не задан). Объекты можно отобразить в нормальном виде, каркасном или отключить их. При этом отображаться на модели будут только те объекты, которые присутствовали в момент выбора участка карты в ее списке отображения и трехмерные изображения которых заданы в классификаторе карты.

Подпункт меню Полная дальность видимости при выбранном состоянии дает видимость всех объектов, независимо от их удаленности от наблюдателя. Выключение этого пункта уменьшает дальность видимости объектов, но увеличивает быстроту отображения 3D-модели.

Подпункт меню Автоматическое обновление при выбранном состоянии позволяет автоматически обновлять 3D-модель при изменении двухмерных и трехмерных параметров отдельных объектов, объектного состава векторной карты в целом.

Подпункт меню Видимость панелей – Левая при невыбранном состоянии убирает левую панель управления ориентацией модели, что позволяет увеличить «полезную» ширину отображения модели.

Модель

В подпункте данного меню Положение наблюдателя можно изменить положение наблюдателя относительно модели. Наблюдатель может располагаться в двух положениях относительно модели:

10