23. Геосемиотика изображений. Традиционные и инновационные свойства геоизображений.

Геосемиотика

Язык геоизображений подчинен общим законам семиотики, но имеет свои особенности. Постепенно формируется геосемиотика – научное направление, изучающее визуальные и аудиопеременные, используемые при создании геоизображений. В «большой картографии» наблюдается тенденция к синтезу графических средства, используемых для карт, объемных моделей, аэро- и космических снимков, электронных анимаций, звуковых эффектов и др. (табл. 3).

В традиционной картографии в качестве графических переменных, выступают средства, используемые для построения отдельных знаков и знаковых систем. Это форма, размер, ориентировка, цвет, насыщенность цвета и внутренняя структура знаков.

Для трехмерных геоизображений добавляются ракурс, перспектива, пластичность и распределение теней. А использование фотоизображения привносит такие графические (оптические) переменные как яркость, текстура (зернистость, полосчатость и т. п.), контраст, цвет, тон и светотень.

Но, пожалуй, самое эффектное средство формирования геоизображений - это динамические графические переменные. Компьютерные картографические анимации располагают в этом отношении разнообразным арсеналом. Среди них – продолжительность (длительность), скорость изменений, включая изменение положения и атрибутов (свойств), порядок и стадию, а также «фаза», «ритмический повтор» или «мигание» знаков. К числу динамических графических переменных относятся все эффекты визуализации, которые реализуют постепенный переход от одного объекта (или состояния) к другому. Наиболее употребительны:

-перемещение знаков (объектов) в пространстве геоизображения

-движение стрелок (векторов), указывающих направление перемещения, потоки, миграции и т. п.

-дефилирование цвета, постепенное изменение или пульсация окраски, вибрирование цвета (например, при показе ареалов опасных явлений)

-мигание знаков, привлекающее внимание к какому-либо важному объекту, например, к источнику повышенной опасности

-панорамирование изображения, изменение ракурса и перспективы.

Для виртуальных геоизображений применяются, кроме того, специфические графические средства моделирования внешней среды, такие как освещенность или затененность местности и отдельных ее участков, эффекты тумана, дождя, снегопада и т. п., а также состояние земных покровов (травяной, снежный и др.). Совмещение дизайна объекта и внешней среды – сложная задача. Например, виртуальные модели предполагают изменение гипсометрической шкалы в условиях дымки, тумана, при весеннем солнечном освещении или наличии снежного покрова.

Табл. 3

Гео семиотика: видео- и аудиопеременные

Группы	Переменные и эффекты
Картографические переменные	Форма, размер, ориентировка, цвет, светлота, внутренняя структура
Фотографические переменные	Яркость, текстура, контраст, цвет, тон, светотень
Объемные эффекты	Ракурс, перспектива, пластичность, светотень
Динамические переменные	Длительность, деформация знаков, масштабирование, панорамирование, изменение ракурса, дефилирование цвета
Эффекты внешней среды	ОсвещенностЬ / затененность, атмосферные явления, структура земного покрова
Звуковые эффекты	Речь, музыка, аудиоклипы, шумы

Наконец, к аудио-переменным можно отнести звучание речи (чтение тестовых пояснений, подсказок) и музыкальное сопровождение (например, исполнение мелодии, создающей весеннее настроение, гимна страны и т. п.). Для усиления эффекта реалистичности применяют аудиоклипы с записями грохота извергающегося вулкана, движения поездов, пения птиц. Впечатление приближающейся опасности (например, нарастание риска схода лавины) создает усиление «беспокоящего» шума вместе с появлением красноватых (алармистских) тонов и «тревожным» миганием знаков.

Особенности языка геоизображений проявляются, в частности, в том, что они нередко существует не только сами по себе (изолировано), но и в конкретной виртуальной среде. Эти новшества еще не вполне освоены и осмыслены. Глубокое их изучение позволит найти способ управлять коммуникативными свойствами геоизображений.

24. Перспективы развития геоизображений. Точки роста.

Развитие геоиконики

Современная картография представляется живым и развивающимся организмом. Многие ее разделы испытывают активный рост, разветвляются на самостоятельные направления, в них формируются новые подразделы и области комплексных исследований. К таким направлениям принадлежат геоинформационное картографирование и его отрасли. Суть этого направления составляет информационно-картографическое моделирование геосистем на основе ГИС-технологий, баз данных и баз знаний.

Ответвлением геоинформационного картографирования стало оперативное картографирование, то есть создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабах времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователей и воздействия на ход процесса. В свою очередь, от него пошло в рост анимационное картографирование, расширившее возможности отображения динамики геосистем. Сегодня мы являемся свидетелями того, как путем интеграции анимационного, трехмерного и методов изготовления ортофотокарт формируется виртуальное картографирование.

Становление и быстрый прогресс этого направления доказывает своевременность возникновения и перспективность дальнейшего развития

геоиконики как единой науки о геоизображениях. Как уже было сказано, виртуальная модель - это гипергеоизображение, которое интегрирует знаковые свойства карт, картинность фотоизображений, реалистичность блок-диаграмм и динамизм компьютерных анимаций. В этой модели соединены качества картографической, дистанционной и динамической генерализации, а кроме того, реализована особая аналитическая многоуровенная генерализация, основанная на последовательной фильтрации цифровых моделей рельефа.

Представления о геоиконике были впервые сформулированы

в 1985 году и обобщены в монографии в 1996 году. Геоиконика мыслилась как новая синтетическая отрасль научного знания, изучающая общую теорию геоизображений (карт, электронных карт, снимков, блок-диаграмм, анимаций и др.), методы их создания, преобразования и анализа, способы применения в науке и практике. За прошедшие годы идеи и принципы геоиконики получили распространение, хотя сам термин не стал общепринятым. Он явно уступает более популярному международному термину «геоматика». Правда, объемы понятий, обозначаемых этими терминами, не вполне совпадают. Значительно более повезло термину «геоизображение», который стал применяться довольно

широко. Он оказался удобен как обобщающее название всех графических моделей, используемых в геонауках - от планов и карт до голограмм.

Все геоизображения подразделяются по своей размерности на три

класса: плоские (двумерные), объемные (трехмерные) и динамические

(трех- и четырехмереные). Кроме того, существуют комбинированные

геоизображения.

Такой подход к систематизации геоизображений оказался верным. За последние полтора десятилетия, прошедших с момента создания этой системы, было изобретено много новых простых и сложных геоизображений самых разных видов и типов. Таким образом, система не только дала оптимальную группировку геоизображений, но как бы предсказала дальнейшее расширение

их разнообразия. Нашли в ней «свою нищу» и виртуальные модели, которые имеют четыре измерения - координаты, аппликаты и время.

Хорошо развитый интерфейс виртуального моделирования позволяет манипулировать не только самой моделью, но и управлять окружающей ее виртуальной средой. «Погружаясь» в эту среду, пользователь активно и как бы непосредственно контактирует с исследуемым объектом, осматривает его под разными ракурсами, выполняет измерения, запрашивает дополнительные атрибуты и т.п. Конструирование виртуальных моделей, понимание их свойств и практическое использование, по сути, опираются на принципы и методы геоиконики. Интерактивные свойства виртуальных моделей могут быть ясно представлены, исходя из триады:

виртуальная среда-человек(пользователь )-геоизображение

Пользователь взаимодействует одновременно и самим геоизображением

и с окружающей его виртуальной средой, которые тоже находятся во взаимодействии. Именно синхронная визуализация и синхронное восприятие объекта и среды определяют поведение человека и уровень решаемых задач. Все это означает «шггеллектуализацию» геоизображения, его приближение к «Разумному Геоизображению», речь о котором пойдет ниже. Анализ свойств виртуальных геоизображений возможен и целесообразен прежде всего в системе геоиконики, поскольку рамки картографии, аэрокосмических методов или компьютерной графики оказываются для них узки.

Направления дальнейших исследований

В самой недалекой перспективе следует ожидать появления методов и средств виртуального картографирования, способных отразить не только реальные, но и абстрактные объекты, ретроспективно восстановить прошлые состояния и моделировать будущие ситуации. Исследователь сможет увидеть изучаемую территорию, какой она была сотни или тысячи лет тому назад, либо виртуально прогнозировать ситуацию, которая возникнет через несколько десятилетий.

С теоретических позиций это потребует оценки гносеологических свойств виртуальных геоизображений, причем не только их достоинств, но и недостатков. Как уже отмечалось выше, предстоит самым тщательным образом исследовать вопрос о том, всегда ли целесообразно создание изображений, полностью имитирующих реальную местность и «погружение» в нее пользователя (читателя). Ведь в результате он может оказаться в положении исследователя, отправившегося «в поле» без карты. Будет ли ему легко сориентироваться на местности, получить сведения о высоте рельефа, проходимости болот, скорости течения реки и т.п.?

Конечно, хорошо иметь наглядное и вполне правдоподобное представление о ландшафте, однако хотелось бы получить сведения о его типе, генезисе, характере почвенно-растительного покрова. Отсутствие координатной сетки, системы условных знаков, иерархически построенной легенды, морфологической или генетической классификации объектов всех этих привычных атрибутов картографического изображения, не искупается реалистичностью ситуации, в которой вдруг оказался человек без карты.

Что более предпочтительно для исследователя видеть на местности «натуралъную» возвышенность или иметь ее изображение в горизонталях? Получается так, что, находясь на виртуальной местности, человек нуждается в карте не меньше, чем в реальной ситуации. Она нужна ему для прокладки маршрута обследования и облета виртуальной модели, и поэтому она выводится на экран рядом с самой трехмерной моделью местности, и по ней точно так же, как в реальных обстоятельствах, намечают трассу маршрута. Это, кстати, еще одно из доказательств того, что человеку удобно и привычно пользоваться традиционным картографическим изображением и он вряд ли когда-нибудь захочет полностьюот него отказаться.

Очевидно также, что при конструировании виртуальных геоизображений

не удастся целиком отказываться от знаковой карты, заменив ее фотопланом, «натянутым» на рельефную модель местности. По мере развитая виртуальных технологий становится все яснее, что бесконечная погоня за реалистичностью и отказ от знаковости - тупиковый путь.

Наряду с виртуальной моделью пользователь всегда хочет видеть абстрактное знаковое картографическое изображение.

И здесь возникают проблемы оптимального сочетания знаков с «реалистическими» моделями. В картографии эта проблема решена посредством изготовления аэро- и космических ортофотоизображений, сочетающих абстрактность карг с конкретностью снимков. Поэтому перспективы совершенствования виртуальных гипергеоизображеггий следует связывать с развитием знаковых систем (традиционных и динамических) и с разработкой семиотических правил виртуального моделирования.

А вслед за этим - потребуется развить метода генерализации виртуальных моделей, исходя из принципов геоиконики и опираясь на достижения картографической, дистанционной, динамической и логико-математической генерализации. На этом направлении исследован пока лишь один аспект многоуровенная генерализация цифровых моделей рельефа и текстур земного (ландшафтного) покрытия.

Наконец, актуальной задачей становится разработка методов

получения количественных характеристик по виртуальным геоизображениям. Измерения на местности, как известно, производят с помощью комплекса топографо-геодезических работ. Но сможет ли пользователь, находящийся на виртуальной местности, определять расстояния и направления, оценивать площади, не прибегая к специальным измерительным процедурам? Может быть, потребуется изобрести приемы «виртуальной топографической съемки» или, иначе сказать, топографо-геодезических работ в виртуальном пространстве? Вполне возможно, что работа с трехмерными виртуальными фото-блок-диаграммами поведет также к формированию особой «виртуальной картометрии», «виртуальной фотограмметрии» и «виртуального дешифрирования».

Киберкартографирование

Два взаимосвязанных обстоятельства особенно ярко свидетельствуютоб уровне технического прогресса в картографии. Это, с одной стороны, быстро нарастающее внедрение все более совершенных геоинформационных, телекоммуникационных, мультимедийных, виртуальных и иных компьютерных технологий, а с другой - постоянное появление геоизображений новых видов и типов.

В последнее время под влиянием головокружительных достижений глобальной компьютеризации стало формироваться представления о киберпространстве, то есть о некой глобальной коммуникационной среде, искусственном компьютерно генерированном пространстве, в котором существуют объекты виртуальной реальности, в том числе виртуальные геоизображения. Эта представления проникли и в картографию.

Базы цифровых данных и многие другие источники пространственной информации также размещены в киберпространстве, и исследователи могут перемещаться нем, пользуясь этой информацией. В киберпространстве происходит обмен знаниями и дистанционное обучение, обсуждение научных идей и проектов, распространение программных продуктов и картографических материалов.

В 1997 году известный канадский картограф Д. Тейлор попробовал ввести в употребление понятие «киберкартография» (кибернетическая картография). Он трактовал ее как интерактивную, мультимедийную картографию ближайшего будущего, охватывающую широкий круг проблем благодаря доступу к новым технологиям и телекоммуникационным сетям. В XXI веке киберкартография должна, по идее У. Тоблера, стать ядром механизма, который сможет организовывать и доводить до пользователей огромные потоки информации.

Сегодня развитие картографии во многом определяется возможностями электронных микросхем, совершенством языков программирования, технологии спутникового зондирования и пропускной способностью волоконно-оптических кабелей. Получив возможность управлять изображением на экране, картографы заставили карту двигаться, научились сами перемещаться относительно изображения, наносить на него дополнительные объекты, прослеживать траектории развития ситуаций во времени, интерактивно менять уровни генерализации, манипулировать знаками и оформлением.

Намечающиеся теперь возможности «погружения» в виртуальную среду и пребывания «внутри» нее позволяют высказать предположение, что на этом пути картографию ожидают еще многие новые впечатляющие технологические разработки. По-видимому, в недалеком будущем следует ожидать развития и внедрения в картографию виртуальных робототехнических средств.

Начальные робкие попытки роботизации картографических процессов были связаны с созданием специализированных экспертных систем, пытавшихся моделировать некоторые принципы искусственного интеллекта. Эти автоматизированные системы опираются на базы знаний, содержащие набор правил для составления карт, построения легенд, выбора знаковых систем, проведения генерализации в соответствии с заданными параметрами, проектирования компоновок и общего оформления и т.п. Такие экспертные системы содержат некоторый спектр альтернативных решений, определяемых назначением, масштабом, тематикой проектируемой карты, уровнем изученности и географическими особенностями самого картографируемого объекта. Получается, что экспертные системы и базы знаний должны брать на себя выполнение отдельных интеллектуальных операций по проектированию и составлению карт.

В случае с виртуальными геоизображениями круг задач расширяется. Необходимо не только проектировать и создавать достаточно сложные пространственно-временные модели, но и работать с ними, выполнять измерения «внутри» виртуальной среды, изучать ее структуру, оценивать взаимные связи и динамические изменения виртуальных объектов, извлекать разнообразную качественную и количественную информацию.

Виртуальное моделирование не только позволяет, но настоятельно требует внедрения искусственного интеллекта и робототехники, к которой могут полностью или частично перейти следующие функции:

• интерактивное проектирование, составление и обновление виртуальных геоизображений, в том числе дополнение их разнообразным тематическим содержанием;

• манипулирование с параметрами и свойствами окружающей виртуальной среды;

• количественный анализ виртуальных геоизображений, включая «натурные» измерения, картометрирование, вычисление морфометрических и математшсо-статистических показателей и т.п.;

• поддержка научно-исследовательских и научно-практических решений на основе анализа и виртуального моделирования.

В настоящее время нет принципиальных трудностей для того, чтобы поручить процессы создания, а главное, использования виртуальных геоизображений особым «картографическим роботам». Они станут выполнять эти процессы точнее и быстрее в режиме реального (виртуального?) времени, оставив картографу функции управления и контроля. Практика показывает, что технические сложности преодолеваются в достаточно короткие сроки. Этот оптимистический взгляд станет понятен, если принять во внимание, насколько краток в историческом масштабе времени оказался путь от гравировального резца древнего картографа до курсора, которым пользуется современный картограф-геоинформатик.