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.

Построение трехмерных (3D) моделей - это продиктовано с одной стороны, 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 коор- динаты Z (обычно высота) каждой точки (Л, Y) записывается в качестве атрибута. При этом значение Z может быть использовано в перспектив- ных построениях для создания изображений трехмерных представле- ний. Поскольку это не истинное трехмерное представление, его часто именуют 2,5-мерным (два-с-половиной-мериым).

Такие 2,5-мерные модели дают возможность эффективного реше- ния 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 представле- ний - структур данных, в которых местоположение фиксируется в трех измерениях (X, Y, Z). В этом случае Z- не атрибут, а элемент местополо- жения точки. Такой подход позволяет регистрировать данные в не- скольких точках с одинаковыми координатами Х и Y, например, при зон- дировании атмосферы или при определении объемов горных вырабо- ток.

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 инфор- мации 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 пра- вило, отражают статические свойства, широко используются динами- ческие 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 клас- сов и состоит из более мелких неоднородных объектов.

Геометрическая сложность зависит от типов кривых и геометри- ческих 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 ис- пользованием методов трехмерной графики можно по-новому решать задачи проектирования жилой застройки, размещения объектов быто- вого и хозяйственного назначения в муниципальных округах, создавать новые типы трехмерных условных знаков и т.д.

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