3. Виртуально-реальностные изображения

С виртуально-реальностными моделями современный человек сталкива­ется с раннего детства, например, используя многие компьютерные игры или наблюдая за развитием синоптических процессов по телевидению. Действи­тельно, они очень разнообразны и круг их использования весьма широк. В на­стоящее время возможно создание виртуальной модели практически любого объекта Вселенной, о котором имеется информация. Так, существуют нагляд­ные виртуально-реальностные модели атомов, человеческого организма, объек­тов живой природы (например, муравейников), отдаленных или невидимых космических объектов (например, ядра кометы Галлея), а также модели прочих объектов и систем, зачастую весьма далеких от геоинформатики.

В этом подразделе рассмотрим их на примере наиболее важной для гео­информатики разновидности - виртуальных моделей местности. Виртуальная модель местности (ВММ) - математическая модель местности, содержащая в се­бе информацию о рельефе земной поверхности, ее спектральных яркостях и объектах, расположенных на данной территории, и предназначенная для инте­рактивной визуализации и обладающая эффектом присутствия на местности.

Существующее программное обеспечение и его возможности. Для созда-

ния и визуализации виртуальной модели местности с достаточно высокой сте­пенью реалистичности требуется применение программ, способных обрабаты­вать трехмерные объекты, «драпированные» («обтянутые») текстурой (растро­выми картами либо снимками). Все существующие программы, предоставляю­щие подобные возможности, могут быть разделены на несколько типов:

A. CAD-пакеты, предназначенные для черчения или проектирования (не для картографии), содержащие встроенные функции для визуализации трехмерных объектов;

Б. Программы для создания ЗО-графики и видеоэффектов;

B. Картографические программы.

CAD-пакеты (например, AutoCAD, Microstation), как правило, не позво­ляют создавать полноценные модели местности в силу того, что они просто не предназначены для этого, однако при необходимости в них можно создать трехмерную модель рельефа, драпированную текстурой, а также добавить в мо­дель дополнительные объекты (дома, сооружения). Пакеты позволяют визуали­зировать модель с любого ракурса либо вращать ее перед наблюдателем.

Основным недостатком этих способов создания ВММ является чрезвы­чайная трудоемкость процесса, сложности с взаимным увязыванием растров, трехмерных объектов и пр. Кроме того, подобные модели очень требовательны к ресурсам компьютера, и даже небольшая модель местности (например, соот­ветствующая по размерам и детальности среднему лист/ карты масштаба 1:200 000) может оказаться чересчур громоздкой для того, чтобы обсчитывать ее на персональном компьютере. Кроме того, все эти программы ограничены в своих возможностях и предоставляемых функциях.

Программы для создания трехмерной графики и видео (такие, как 3D-Studio MAX) не столь ограничены в функциях. Можно с уверенностью утвер­ждать, что в этих пакетах можно создать любую, сколь угодно близкую к дейст­вительности модель местности, несмотря на то, что программы этого типа не предназначены для выполнения картографических функций (не поддерживает­ся привязка растров, проекции, послойное представление данных, базы данных

18

и пр.). К основным недостаткам этих пакетов относится невозможность облета местности в реальном времени, так как просчет каждого кадра может занимать от нескольких секунд до нескольких часов. Также затруднительно создание обширных детальных моделей местности (модель, соответствующая по разме­рам и детальности среднему листу карты масштаба 1: 200 000, является очень большой моделью). Следует, однако, отметить, что качество графики, получае­мой в результате, очень высоко.

Картографических программ, позволяющих создавать виртуальные моде­ли местности, немного. К ним можно отнести Virtual GIS (из комплекта Erdas Imagine), Multigen, Arc View 3D Analyst (табл. 2.5). Данные пакеты позволяют текстурировать поверхности, наносить дополнительные объекты, проводить просчет сцены в реальном времени, поддерживают картографические системы координат и проекции. Нужно отметить, что потенциальные возможности Arc-View 3D-Analyst сравнительно бедны, а качество и скорость обсчета сцен неве­лики. Из упомянутых программ наиболее богаты возможности Multigen, однако обсчет больших сложных сцен в данной программе затруднен. Возможности Virtual GIS меньше, однако на сегодняшний момент эта программа позволяет создавать наиболее крупные ВММ высокого разрешения, обсчитывая их в ре­альном времени и с хорошим качеством.

Компоненты виртуальной модели местности. В настоящее время подав­ляющее количество моделей строится в общеземных прямоугольных системах координат (например, Гаусса-Крюгера), что облегчает добавление в модель но­вых данных. Однако построение модели в этом случае требует привязки всех данных, использованных в работе. Для реалистичного представления местности современная виртуальная модель должна содержать следующую информацию:

•данные о рельефе (цифровую модель рельефа - ЦМР);

• растровые изображения земной поверхности (сканированные карты либо снимки);

•векторные данные;

•подписи;

19

•трехмерные объекты специального назначения (сложные модели, им­портированные из других программ для создания трехмерной графики);

•дополнительные растровые изображения или анимации.

Мнения о целесообразности применения виртуальных моделей и карто­графии неоднозначны. Несомненно, использование ВММ в учебном процессе оправдано и уместно, однако дальнейший рост детализации и реалистичности здесь не является необходимым. В большинстве случаев ВММ выполняет роль наглядного пособия.

Применение ВММ в демонстрационных целях и на презентациях чрезвы­чайно эффектно, и здесь степень реализма модели зависит от степени заинтересованности изготовителя модели в эффекте, который она должна произвести на потенциальных клиентов. Однако по своей сути она также недалека от прочих демонстрационных материалов, используемых на подобных

В настоящее время наиболее вероятными областями практического при­менения виртуального моделирования являются:

•создание культурно-исторических моделей, реалистично восстанавли­вающих исторические эпохи, события, ландшафты (для музеев, школ, вузов);

•обучение пилотов различных летательных аппаратов управлению и ори­ентации на незнакомой местности; особенно это важно для пилотов «малой авиации», летающих в горной местности;

•стратегическое планирование крупных хозяйственных проектов и вой­сковых операций (люди, принимающие в подобной ситуации решение, зачас­тую не обладают навыками работы с классическими картографическими мате­риалами);

• рекламно-пропагандистская деятельность.

К сожалению, указанные направления на сегодняшний момент остаются практически единственными областями применения ВММ. Трехмерное пред­ставление данных и сложность в написании алгоритмов визуализации не позво­ляют проводить сколько-нибудь серьезный ГИС-анализ на трехмерном изобра­жении.

20