44050

Создание цифровых гипсометрических карт и 3-х мерных картографических изображений

Дипломная

География, геология и геодезия

Карты допускают единовременный обзор пространства в любых пределах – от небольшого участка местности до поверхности Земли в целом. Издавна было принято определять географическую карту как уменьшенное изображение земной поверхности на плоскости. Во-первых оно справедливо и в отношении любого фотоснимка земной поверхности и в отношении пейзажа – изображения местности средствами изобразительного искусства. Во-вторых оно ограничивает задачи карты изображением земной поверхности тогда как современные карты включают в свое содержание самые...

Русский

2013-11-09

10.87 MB

29 чел.

52

Заметки для диплома

на тему:

«Создание цифровых гипсометрических карт и 3-х мерных картографических изображений»

                 

                             ВВЕДЕНИЕ

Распространение компьютерных информационных технологий в наше время повлекло за собой развитие и географических информационных технологий. В течение более чем трех десятилетий разрабатывались двумерные ГИС, в которых географические данные представляются набором плоских объектов (точечные объекты – отдельно стоящие деревья, кусты и т.п.; линейные объекты – дороги, магистрали, электрические линии, трубопроводы; полигональные объекты – массивы лесов, поля и т.д.). Но по мере того, как эта технология все шире проникает в «массы», она неизбежно выходит за рамки плоскости. К недостаткам двумерных цифровых карт можно отнести сложную систему условных обозначений. Для простого пользователя это может стать серьезным препятствием на пути с ознакомлением с конкретной географической информацией. ГИС-технология позволяет получить достойные результаты во многом за счет того, что ее инструментарий используется «экспертами». Создание 3D-моделей удобный способ передачи информации, поскольку объект может иметь на экране компьютера такой же вид, как в реальном мире. Несмотря на то, сто 3D визуализация очень актуальна, современные пользователи ГИС часто ограничиваются возможностями двумерного представления данных. Это происходит не из-за отсутствия трехмерных данных в системах -3D атрибуты очень часто присутствуют в базах данных ГИС и доступны для широкого использования. Проблема состоит в существующих инструментальных средствах. Сегодняшний инструментарий обеспечивает пользователей сравнительно простыми способами создания и взаимодействия с трехмерными ГИС, однако большинство из них требуеют высокого уровня техническиой подготовки и детального знания 3D концепций. В результате этого использование информации, содержащейся в ГИС для создания трехмерных изображений признается трудоемким и дорогостоящим процессом, а получаемое визуальное качество – невысоким и слабо интерактивным, недоступным широкому кругу пользователей. Целью данной работы является изучение и

                        Географическая информационная система

            Географическая информационная система (ГИС) – это возможность нового взгляда на окружающий нас мир. ГИС – это современная компьютерная технология для отображения и анализа объектов реального мира, также событий , происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных , такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира , с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий. Создание карт и географический анализ не являются чем-то новым. Однако технология ГИС представляет новый , более современный, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных подходах и средствах.

В настоящее время ГИС – это многомиллионная индустрия , в которую вовлечены сотни тысяч людей во всем мире. Эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности – будь то анализ глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи .

                                

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий нас объект или явление, такие как дом, в котором проживает ваш знакомый или находится нужная вам организация, где произошло землятресение или наводнение, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного пункта или дома.

Основные понятия ГИС

ГИС - автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация.

В ГИС осуществляется комплексная обработка информации - от ее сбора до хранения, обновления и представления.

Как системы управления ГИС предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским хозяйством, по управлению транспортом и розничной торговлей, использованию океанов или других пространственных объектов.При этом для принятия решений всегда используются картографические данные.

Как автоматизированные информационные системы ГИС объединяют  ряд технологий или технологических процессов известных информационных систем типа автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных справочно-информационных систем (АСИС) и др.

Как геосистемы ГИС включают технологии  (прежде всего технологии сбора информации) таких систем, как географические информационные системы (ГИС), системы картографической информации (СКИ), автоматиированные системы картографирования (АСК), автоматизированные фотограмметрические системы (АФС), земельные  информационные системы (ЗИС), автоматизированные кадастровые системы (АКС) и т.п.

Как системы моделирования ГИС используют максимальное количество методов и процессов моделирования, применяемых в других автоматизированных системах.

ГИС применяют методы автоматизированного проектирования и решают ряд специальных проектных задач, которые в типовом автоматизированном проектировании не встречаются.

Как прикладные системы ГИС не имеют себе равных по широте применения, так как используются на транспорте, в навигации, геологии, географии, военном деле, топографии, экономике, экологии, и т.д. На основе ГИС интенсивно развивается тематическое картографирование.

ГИС позволяют применять картографическую информацию на уровне деловой графики, что делает их доступными любому школьнику или бизнесмену, не только специалисту географу.

ГИС – это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку отображения и распространения пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научно-прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества.

Геоинформационная технология – технологическая основа создания ГИС, позволяющая реализовать функциональные возможности ГИС.

                                           

Цифровая карта – цифровая модель элементов картографического изображения, созданная путем цифрования картографических источников топографо-геодезических съемок или иным способом с соблюдением нормативов, определяющих геометрическую точность, нормы генерализации и дизайн, и допускающих ее реализацию в виде компьютерных электронных карт. Цифровая карта может служить источником исходных данных или результатом создания (функционирования) ГИС.

Электронная карта – один из видов продукции автоматизированной картографии, получаемая в результате визуализации цифровой карты, аэро-космических снимков  или цифровых представлений пространственных объектов в ГИС на экране дисплея, в отличие от компьютерных карт генерируемых с помощью устройства отображения на твердом носителе.

Компьютерная карта – один из видов продукции автоматизированной картографии, получаемая при помощи специализируемых устройств отображения (принтеров, плоттеров и др.), обеспечивающая графическое качество печати или вычерчивания на бумажном или ином твердом носителе, позволяющая приблизить дизайн генерируемых или компьютерных карт к традиционному облику составительских или издательских оригиналов картографических изображений в соответствии с нормативами традиционного процесса их проектирования, составления и издания.

(Картографический) объект – средство структурирования реальности, обладающее следующими свойствами:

  •  объект состоит из взаимосвязанных элементов (или частей). Связи частей объекта между собой сильнее связей с другими объектами, - внешними по отношению к данному;
  •  элементы объекта не могут иметь независимое друг от друга «время жизни», т.е. они создаются и уничтожаются одновременно кроме случаев реструктуризации объекта в результате действия законов формообразования объекта, не нарушающих его целостности;
  •  к объекту адресуются как к единому целому, а не путем индувидуальной адресации его отдельных частей;
  •  с объектом связываются допустимые типы преобразований, не позволяющие субъекту выполнять с ним операции другого, отличного от данного типа.

Растр – регулярная сетка пикселов, дискретов, которые могут принимать определенные свойства.

Растровое изображение – изображение, получаемое приданием пикселам свойств (значений), различимых субъектом (например, цвета) [2].

 При выборе программных продуктов необходимым условием является обеспечение устойчивых связей с различными системами через файловые стандарты обмена геометрическими и тематическими данными. С учетом фактора постоянной модернизации аппаратных средств информационных систем и модификации программных средств, необходимым условием функционирования систем является обеспечение сохранности и переносимости данных в новые программно-аппаратные среды.

К технологическим проблемам обеспечения работы информационных кадастровых систем относятся проектирование математической основы электронных карт, проектирование цифровой модели местности, задачи преобразования данных в цифровую форму, геометрическое моделирование пространственной информации, проблемное моделирование тематических данных и т.д.

Наибольший интерес вызывают новые ГИС-технологии, обеспечивающие оперативность, полноту и достоверность информации как о существующем состоянии городской среды в пределах той или иной территории города, так и о предлагаемых мероприятиях по ее изменению в ходе освоения и реконструкции.

В настоящее время  традиционно    применяются  литературные, статистические, картографические, аэро-  и космические материалы. Как правило, их подборка и систематизация для последующего использования осуществляется вручную. Такой путь хорошо известен. Другое направление, активно развивающееся, связано с геоинформатикой, позволяющей формализовать и реализовать в машинной среде значительную часть рутинных операций накопления, хранения, обработки и использования пространственно координатных данных с помощью средств географических информационных систем (ГИС).

По мнению А. М. Берлянта : “ Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство ... Геоинформатика  -  научная дисциплина, изучающая природные и социально  -  экономические геосиcтемы ( их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве  -  времени ) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и географических знаний. С другой стороны, геоинформатика  -  это технология ( ГИС -  технология ) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно  -  координатной информации, имеющая целью обеспечить решение задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами ... Наконец, геоинформатика, как производство       ( или геоинформационная индустрия )  -  это изготовление аппаратных средств и программных продуктов, включая создание баз и банков данных, систем управления, стандартных ( коммерческих ) ГИС разного целевого назначения и проблемной ориентации “. Добавим, что “ геоинформационная индустрия “ включает разнообразные приложения технологий ГИС , реализованных в стандартных коммерческих программных продуктах , т. е. проектирование, создание ( разработку ) и эксплуатацию ГИС в рамках выполнения территориально-, проблемно- и предметно- конкретных геоинформационных проектов.

Карта  -  один из наиболее важных источников массовых данных для формирования позиционной и содержательной части баз данных ГИС в виде цифровых карт  -  основ образующих единую основу для позиционирования объектов, и набора тематических слоев данных, совокупность которых образует общую информационную основу ГИС. Послойное представление пространственных объектов имеет прямые аналогии с поэлементным разделением тематического и общегеографического содержания карт.

Многие процедуры обработки и анализа данных в ГИС основаны на методическом аппарате, ранее разработанном в недрах отдельных отраслей картографии. К ним принадлежат операции трансформации картографических проекций и иные операции на эллипсоиде, опирающиеся на теорию и практику математической картографии и теории картографических проекций, операции вычислительной математики, позволяющие осуществлять расчет площадей, периметров, показателей форм геометрических объектов, не имеющие аналогов в карто-  и морфометрии.

В большинстве ГИС в качестве одного из основных элементов выступает блок визуализации данных, где важную роль занимают графические и картографические построения. Картографический модуль ГИС обеспечивает картографическое представление исходных, производных или результирующих данных в виде цифровых, компьютерных и электронных (видеоэкранных) карт, являясь элементом интерфейса пользователя и средством документирования итоговых результатов. Высококачественная картографическая графика, имитирующая традиционные средства картографического языка и способы картографического изображения (и некоторые возможности, доступные реализации исключительно машинными средствами, например, мультипликационные и анимационные возможности) при поддержке разнообразных устройств отображения, принадлежит к числу обязательных средств программного обеспечения ГИС.

Однако задачи ГИС выходят далеко за пределы картографии, делая их основой для интеграции частных географических и других (геологических, почвенных, экономических и т. д.) наук при комплексных системных геонаучных исследованиях.

Методический аппарат геоинформационных технологий прямо или опосредованно связан с различными областями прикладной математики (вычислительной геометрии, аналитической и дифференциальной геометрии, откуда заимствованы алгоритмические решения многих аналитических операций технологической схемы ГИС), с машинной графикой (в частности машинной реализации визуализационно  -  картографических возможностей ГИС), распознаванием образов, анализом сцен, цифровой фильтрацией, и автоматической классификацией в блоке обработки цифровых изображений растровых ГИС, геодезии и топографии (например, в модулях обработки данных топографо  -  геодезических съемок традиционными методами или с использованием глобальных навигационных систем GPS).

Карты  как пространственные модели

Карта – это модель местности, описывающая пространственно-временные отношения объектов и явлений на местности.

Карты допускают единовременный обзор пространства в любых пределах – от небольшого участка местности до поверхности Земли в целом. Они создают зрительный обзор формы, величины и взаимного положения объектов, позволяют находить их пространственные размеры: координаты, длины, площади, высоты и объемы. Карты содержат необходимые количественные и качественные характеристики этих объектов и показывают существующие между ними связи: пространственные и некоторые другие. Эти свойства объясняют значение и ценность карт для практики.

Термин «Карта» происходит от греческого слова shartes, которое означало лист из папируса для письма. Издавна было принято определять географическую карту как уменьшенное изображение земной поверхности на плоскости.  Но это определение неточно и неполно. Во-первых, оно справедливо и в отношении любого фотоснимка земной  поверхности, и в отношении пейзажа – изображения местности средствами изобразительного искусства. Во-вторых, оно ограничивает задачи карты изображением изобразительного искусства. Во-вторых, оно ограничивает задачи карты изображением земной поверхности, тогда как современные карты включают в свое содержание самые разнообразные природные и социально-экономические явления (например. Температуру и давление воздуха, национальный состав населения и т.д.), всегда показываемые относительно земной поверхности.

Три черты определяют специфику географических карт:

  1.  математически определенное построение;
  2.  использование особых знаковых систем (картографических символов);
  3.  отбор и обобщение изображаемых объектов и явлений. [1].

Математически определенное построение карт предусматривает установление

Строгой функциональной зависимости между географическими координатами точек земной поверхности и прямоугольными координатами тех же точек на плоскости. Это позволяет изучать по картам пространственные отношения и формы изображаемых объектов.

Развернуть поверхность эллипсоида на плоскости без складок и разрывов ( или без сжатия и растяжения) невозможно. Земную поверхность нельзя изобразить на плоскости без геометрических деформаций, называемых искажениями , сохраняя истинные горизонтальные очертания объектов. Поэтому для перехода от поверхности эллипсоида к плоскости используют математические способы отображения, называемые картографическими проекциями, которые устанавливают определенную функциональную зависимость между координатами точек на эллипсоиде и плоскости. Когда такая зависимость известна, можно учитывать деформацию плоского изображения и определять по карте с необходимой точностью расстояние, площади и углы.

Географические карты передают явления с помощью картографических знаков – специальных графических символов. Эти знаки создают на карте пространственный образ действительности. Смысл применения картографических знаков становится понятным при сопоставлении карты с аэрофотоснимком той же местности. Картографические знаки «стирают» многие индивидуальные черты объектов местности и тем самым обедняют изображение.

Определение. Географическими картами называют математически определенные, обобщенные образно-знаковые изображения земной поверхности на плоскости, показывающие размещение, состояние и связи различных природных и общественных явлений, отбираемых и характеризуемых в соответствии с назначением каждой конкретной карты. Географические карты принадлежат к пространственным образно-знаковым моделям – они используют язык знаков и дают пространственный образ отображаемых явлений. Вместе с тем карты можно относить к мысленным моделям, поскольку для пользования ими необходимо понимание знаков и мысленное пространственное восприятие изображенной на карте действительности.

Для создания и использования географических карт знать их свойства и особенности. В карте различают картографическое изображение, математическую основу, вспомогательное оснащение и дополнительные данные.

Картографическое изображение - главная часть географической карты – заключается в себе некоторую совокупность сведений (информацию) о показанных на карте природных и социально-экономических объектах (явлениях), их размещении, свойствах, связях, Эти сведения составляют содержание карты, которое может быть разделено на отдельные географические элементы по однородным группам показываемых на карте объектов. Комплекс элементов содержания неодинаков на разных картах. Так, главными элементами содержания тематических карт могут быть полезные ископаемые, почвы, животный мир и др. Но элемент, а именно воды (берега морей и озер, речная сеть), желателен для всякой карты; он важен для привязки других элементов ее содержания.

При анализе картографического изображения следует различать заключенное в нем содержание и форму передачи этого содержания посредством определенной системы картографических знаков и надписей.

Геометрические законы построения и геометрические свойства картографического изображения определяются его математической основой, к элементам которой принадлежат картографическая проекция и связанная с ней координатная сетка, масштаб и опорная геодезическая сеть.

Картографическая проекция, выражающая аналитическую зависимость между координатами точек поверхности земного эллипсоида и его изображения на плоскости, обязывает начинать работы по созданию карты с построением системы координатных линий – плоского изображения соответствующих линий на поверхности эллипсоида. Та или иная координатная сетка лежит в основе всякой географической карты, т.е. относится к обязательным ее элементам. Однако на некоторых картах координатные сетки отсутствуют, что допустимо, когда карта покрывает относительно небольшое пространство, не предназначена для измерений или является схемой.

В последние несколько лет в компьютерной картографии начало формироваться новое направление – виртуальное моделирование и картографирование. Английское слово «virtual» означает фактический, действительный, в смысле, близком к слову «реальный».

Визуализация виртуальной реальности опирается , прежде всего, на применение эффектов трехмерности и анимации. Именно они создают иллюзию присутствия и перемещения в объемном пространстве.

При этом реализуются четыре главных свойства:

  •  сочетание в одном геоизображении свойств карты, перспективного снимка, блок-диаграммы и анимации;
  •  возможность программного  управления этим синтезированным геоизображением;
  •  интерактиное взаимодействие с самим геоизображением и окружающей его виртуальной средой;
  •  уменьшение свойств и условности геоизображения, придание ему реалистических черт.

Цифровые модели местности

Развитие автоматизированных методов обработки пространственной информации привело к появлению нового направления в моделировании- цифрового моделирования.

Цифровая модель местности (цифровая модель рельефа – представление (модель) территории в виде представленной в компьютере совокупности связанных пространственными топологическими отношениями и связями целостных пространственных объектов.

Основной элемент цифрового моделирования- цифровая модель местности, которая может быть получена с помощью разнообразных технологий.

В отличии от других моделей данных цифровые являются формой представления для обработки на ЭВМ. Например, цифровая модель может иметь в качестве структурной основы иерархическую, реляционную, сетевую или комплексную модель.

Цифровые модели могут хранится в базах  данных или независимо в виде файловых структур. Наибольшее распространение цифровые модели нашли в ГИС, строительстве, архитектуре.

Основные свойства моделей

1.Как модель объекта конкретной предметной области она должна содержать специальную информацию о данной предметной области: элементы координированного и атрибутивного описания , характеризующие как саму предметную область, так и индивидуальные свойства моделируемых объектов.

2.Как модель вообще цифровая модель местность должна быть определена на известном классе моделей, т.е. она должна иметь вполне определенную структуру и содержать в своей основе одну из базовых моделей данных. Из этого свойства вытекает , что цифровая модель местности должна обладать общими свойствами безотносительно к предметной области. Следовательно, логическая структура ЦММ ,  с одной стороны, должна содержать индивидуальные свойства объектов, с другой – не вступать в противоречие с существующими методами описания и использования моделей данных.

3.ЦММ как модель цифровая должна быть оптимально организована и удобна при работе на ЭВМ. Полная реализация модели должна быть определена ее физическая структура .

4.Как элемент базы данных ЦММ должна быть пригодна для моделирования, многократного использования, анализа и решения различных задач. Отсюда следует, что ЦММ должна содержать дополнительную информацию для ее многократного использования. Она должна быть информативно переопределена по отношению к одиночной модели объекта, т.е. должна по возможности содержать свойства (атрибуты) подкласса (группы) объектов, а не одного объекта. Это свойство необходимо  учитывать при организации технологии систем, использующих цифровое моделирование. Оно может быть реализовано путем организации баз данных для хранения ЦММ.

Такая организация подразумевает создание базы данных не как хранилища или архива единичных ЦММ, а как проведение дополнительных исследований для выявления класса моделей, к которому принадлежит ЦММ и формирование базы данных для классов и типов цифровых моделей.

Цифровую карту можно определить как цифровую модель геоинформационной системе. Представленную в виде композиции из одного или нескольких слоев. На цифровой карте фиксируются пространственные объекты, связи и отношения между ними, а также пользовательские идентификаторы пространственных объектов, обеспечивающие связь с их атрибутивными данными.

Атрибутивные данные объектов в виде таблиц, каждая запись в которых соотносится с определенным пространственным объектом цифровой карты через пользовательский идентификатор, указанный и в записи, и в цифровой карте.

Кроме атрибутивного описания содержательная определенность объектов фиксируется в виде конкретных тематических слоев согласно принятой схемы выделения на исходной карте.

Пространственная определенность объектов на цифровой карте фиксируется в соответствующем выделении слоев цифровых карт по типу пространственных объектов (полигоны, линии, точки).

Цифровая модель карты представляет собой отображение цифровой модели местности с помощью средств компьютерной визуализации. Этот подход наглядно прослеживается в технологии работ ряда ГИС.

При сборе первичной информации получают различные первичные цифровые модели (цифровая модель первичных данных), которые представляют собой совокупность точечного, параметрического и символьного множеств. Эти наборы данных служат основой формирования полной цифровой модели. Они могут быть получены с помощью разных технологий и средств,  характеризуются большим  разбросом форматов и структур данных, в целом не являются некоей унифицированной информационной основой.

На уровне обработки и хранения эти разнообразные наборы цифровых данных преобразуются в унифицированные наборы и структуры в соответствии с требованиями хранения в базе данных и становятся элементами единой информационной модели (информационной основы).

На уровне представления происходит окончательное создание цифровой модели местности в соответствии с требованиями на проектирование( или построение) ЦММ на основе информации, хранимой в базе данных.

На этом уровне определяют внешние и внутренние ключи таблиц, устанавливают связи между таблицами, определяют метаданные. Исходная информационная основа преобразуется в систему.

В общем виде ЦММ может быть определена как совокупность множеств метрической, семантической, параметрической информации и класса операций преобразования над этими множествами.

                                        

  Свойства цифровой модели местности

Целостность. При обработке данных в базе данных недостаточно, чтобы цифровая модель местности отражала объекты реального мира. Важно, чтобы такое отражение было однозначным и непротиворечивым. В этом случае говорят, что ЦММ удовлетворяет условию целостности. Целостность ЦММ имеет два значения: как объекта базы данных и как модели реального объекта.

Перспективное изображение рельефа

Изображение рельефа принадлежит к старейшим и неизменно актуальным проблемам картографии. Если рассматривать эту  задачу как моделирование неровностей земной поверхности картографическими средствами, то в принципе для ее решения вполне пригоден один из видов изолиний – горизонталей (изогипсы), теперь обязательные на любой топографической карте. На тематических картах возникает необходимость в других количественных показателях (например, в характеристике степени горизонтальной и вертикальной расчлененности и т.д.), для которых удобны иные приемы ( в нашем примере способ количественного фона ). Для качественных характеристик рельефа (например, его генезиса, возраст и др.) используется способ качественного фона. Проблема воспроизведения рельефа заключается в поисках зрительного эффекта объемности при плоском изображении, когда при взгляде на карту возникает наглядное представление о формах рельефа, их взаимном положении и связях, о характере и степени  расчлененности поверхности.

Требования к изображению рельефа:

  1.  Пластичность изображения (т.е.выразительность объемных форм рельефа)
  2.  Измеримость рельефа (т.е.возможность измерения по карте абсолютных высот и относительных превышений точек местности, направления и крутизны скатов, объемов и других количественных показателей рельефа).

   Перспективные условные знаки рельефа располагаются в границах распространения соответствующих типов рельефа подобно тому, как на топографических картах в пределах контура располагаются знаки различных типов болот, солончаков и т.д., но с учетом действительной ориентировки форм. Перспективная передача  рельефа отчетливо отражает все многообразие его форм и потому применяется на геоморфологических картах.

Перспективная передача рельефа ,связана с плановым изображением других элементов карты: гидрографии, населенных пунктов, дорог и т.п. Наглядно отражая формы рельефа, перспективные знаки не дают точных сведений о высотах местности.

Для легкости исполнения, меньшей загрузки карты и наглядности получила широкое распространение отмывка. Отмывка позволяет подчеркнуть характерные черты рельефа - главные направления горных хребтов и возвышенностей, уступы и т.д. В качестве основного способа изображения рельефа отмывка используется на некоторых мелкомасштабных общегеографических картах, когда согласно назначению карты рельеф отводится на второй план , и на многих тематических картах , где она, давая общее представление о рельефе, не препятствует восприятию главного содержания карты.  Очень часто отмывку употребляют, как вспомогательный способ в соединении с горизонталями, что повышает пластичность изображения. Кроме того , отмывка позволяет сохранить некоторые характерные формы равнинного рельефа, например обрывы террас, не всегда отображаемые горизонталями.

В наше время используют ЭВМ для совершенствовании отмывки. При многокрасочной печати возможно воспроизводить отмывку в разных цветах на освещенных и затененных склонах. Зная положение источника света , и можно определить во многих точках карты углы наклона поверхности и ее ориентирование по отношению к источнику света, и подсчитать освещенность, пропорциональную косинусу угла между направлением световых лучей и нормалям к поверхности. Затем можно провести на карте изофоты (линии равной освещенности) и получить таким образом основу для правильного распределения теней. Раньше этот путь был совершенно нереален из-за огромной подготовительной работы.

Между тем современная техника позволяет, используя карты в горизонталях , автоматически определить(и вводить в память ЭВМ) сколь угодно близкие профили земной поверхности, по ним находить высоты угловых точек элементарных фасеток - квадратных площадок , и вычислять их освещенность.

Высотные отметки – это подписанные на карте высоты точек местности, абсолютные или относительные.

Рельеф – сложная, реальная, доступная наблюдению поверхность и потому анализ его изображения посредством изолиний имеет исключительный интерес. Главное достоинство горизонталей – возможность непосредственного определения по карте абсолютных высот, относительных превышений, направления по карте абсолютных высот, относительных превышений, направления и крутизны скатов. Вместе с тем горизонтали создают зрительное представление о формах и расчлененности рельефа.

Одна взятая горизонталь недостаточна для суждения о формах рельефа. Например, угол наклона местности для может быть определен только по двум смежным горизонталям ( при условии, что скат между ними постоянен). Для передачи сложной поверхности необходима система линий. Полнота системы горизонталей зависит от разности высот смежных горизонталей, называемой высотой сечения рельефа. Выбор сечения зависит от масштаба и назначения карты, а также от характера рельефа.

Горизонтали незаменимы для изображения рельефа, которым присуще постепенное изменение высоты. Но они не передают резких нарушений рельефа(скалистых гребней, тектонических трещин, обрывов, нависающих скал, крутостенных оврагов и т.п.),  Главная цель  ЦМР  - при минимальном числе точек модели обеспечить максимально возможную точность построения рельефа.

Цифровые модели рельефа

Цифровые модели рельефа – это дискретная модель рельефа местности (поверхности), предназначенная для компьютерного моделирования и отображения средствами компьютерной графики.

Каждую точку поверхности Земли невозможно передать в модель. Поэтому используют цифровые модели рельефа, которые передают отдельные точки. В тоже время наборы этих точек позволяют восстанавливать всю поверхность при использовании методов компьютерного моделирования.

Главная цель  ЦМР  - при минимальном числе точек модели обеспечить максимально возможную точность построения рельефа.

В простейшем случае ЦМР это набор трехмерных координат точек рельефа и информация о связях между точками и способах восстановления поверхности по данным точкам.

Точки для  ЦМР могут собираться по горизонталям, по профилям и по заданной регулярной или нерегулярной сетке.

Сетку задают плановые координаты. Регулярная сетка предпочтительнее нерегулярной тем, что она существенно (на порядки) снижает размерность матриц, необходимых при аналитическом описании и восстановлении любой точки рельефа.

Основная проблема при построении ЦМР заключается в том, что реальная поверхность является нерегулярной, т.е. имеет разрывы. Математические модели , как правило, описывают гладкую, регулярную поверхность.

Поэтому довольно часто цифровую модель рельефа строят из совокупности разных математических моделей, стыкующихся в определенных точках. Одним из таких подходов является метод Вороного-Делоне.

                                     Трехмерные модели.

   Распространение компьютерных информационных технологий в наше время повлекло за собой развитие и географических информационных технологий. Еще недавно в геоинформационных системах , как правило, применялись двумерные пространственные данные, в которых географические данные представляются набором плоских объектов трех типов (точечные объекты – дома, отдельно стоящие деревья, кусты т.п.; линейные объекты  - дороги , магистрали, электрические линии, трубопроводы; полигональные объекты – массивы лесов, поля и т.п.) и условных обозначений, идентифицирующих различные реальные объекты. Сейчас ГИС в основном работают в так называемом 2,5-мерном пространстве, когда величина Z атрибутивно привязана к точке (X ,Y), часто через цифровые модели рельефа. С недавнего времени осуществляется переход к полноценным трехмерным ГИС.

Потребность в реалистичном отображении окружающего мира увеличивает значимость трехмерного (3D) моделирования. 3D модели облегчают планирование, контроль и понятие решений во многих отраслях. Трехмерная визуализация территорий методами компьютерной графики и создание муниципальных трехмерных ГИС способны изменить технологию и практику управления городом, городского планирования окружающей среды, разработки и ведения проектов.

Однако современные аппаратные решения не позволяют реализовать 3D ГИС

в полном объеме и визуализируют географические данные более схематичено. лишь специализиронные графические рабочие станции Silicon Graphics, Sun Ultra и другие могут справиться с такого рода задачами как визуализация данных. Именно на этих рабочих станциях реализованы наиболее используемые 3D ГИС.

Основное отличие между 2D и 3D ГИС, конечно, это добавление дополнительной пространственной координаты, которое также определяет отличие в некоторых функциях. Сходств этих двух технологий очень много, поскольку основной частью геоинформационных систем являются географические данные, а не их представление. Поэтому основное сходство – это одинаковая модель данных. Только в трехмерном случае добавляются атрибуты и связи ответственные за третью координату. Также как и в 2D в 3В существует послойное разбиение данных на типы. В техмерном случае пространственная визуализация географической информации позволяет просматривать гораздо больше. Функцию скрытия с вида слоев в 3D системе играет роль прозрачности определенных типов объектов. Например, просмотр подземных коммуникаций или линий метро в   3D случае может предоставить проблему, если не реализовать данную функцию.

Двумерные ГИС бывают и векторные и растровые. Трехмерные ГИС бывают векторные и воксельные.

Трехмерная ГИС гораздо сложнее в разработке и требует очень больших аппаратных ресурсов. Стандартный персональный компьютер может не справиться с некоторыми задачами, что и ограничивает их применение.

Построение изображения в 2D ГИС реализуется довольно просто. В рамках одного слоя строятся линии и полигоны, используя различные типы линий или типы закрасок. Ограничения уелостности в таких системах –проверка на висячие вершины, на пересечение объектов, в том числе и из разных слоев, проверка некоторых типов объектов, например зданий, на перпендикулярность. Вычисление линейных размеров или расстояния между двумя точками не представляют затруднений.

Построение трехмерного изображения в любой программе реализуется непросто. В 3D ГИС должно быть реализовано множество функций работы с трехмерными объектами. Основная функция – показ изображения с разных точек и плавные переходы между ними. Ограничения целостности в данных системах такие же, как и в 2D системах, только в трехмерном варианте. Вычисление расстояния между двумя точками довольно проблематично, так как задавать конечные точки с нужной точностью с помощью указателя мыши сложно. Вообще производить замеры и вычисления в трехмерном пространстве, который визуализируется на двумерной плоскости монитора представляет собой отдельную проблему.

В настоящее время существуют два основных способа представления трехмерных моделей в ГИС.

Первый способ, называется псевдотрехмерным. Он основан на том, что создается структура данных, в которых значение третьей координаты Z (обычно высота) каждой точки (X,Y) записывается в качестве атрибута. При этом значение Z может быть использовано в перспективных построениях для создания изображений трехмерных представлений. Поскольку это не истинное трехмерное представление , его часто именуют 2,5 –мерным (два-с-половиной-мерным).

Такие 2,5–мерные модели дают возможность эффективного решения 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 использованием цвета и световых эффектов;
  •  визуальное преобразование одних классов данных в другие ( например, объемный слой промышленных выбросов преобразовывать а изображение экологической карты и результирующей карты действия на окружающую растительность);
  •  создание динамической модели “полета” над территорией.

Второй способ – создание истинных трехмерных представлений- структур данных, в которых местоположение фиксируется трех измерениях(X,Y,Z).

В этом случае  Z - не атрибут, а элемент местоположения точки. Такой подход позволяет регистрировать данные в нескольких точках с одинаковыми координатами X и Y , например, при зондировании атмосферы или при определении объемов горных выработок.

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 информации имеют несколько важных приложений:

  •  проектирование инженерных и промышленных сооружений (шахты, карьеры, плотины, водохранилища);
  •  моделирование геологических процессов;
  •  моделирование трехмерных потоков в газообразных и жидкостных средах.

     В ГИС наряду с цифровыми моделями местности, которые, как правило , отражают статистические свойства, широко используются динамические модели, например модель явления.

Трехмерные явления характеризуются несколькими свойствами: распределение, геометрическая сложность, топологическая сложность, точность измерения и точность представления.

Распределение может быть непрерывное (например, поле поверхности) и дискретное (например, рудные тела).

Топологическая сложность обусловливается связями внутри объекта.

Например, составной объект включает несколько классов и состоит из более мелких однородных объектов.

Геометрическая сложность зависит от типов кривых и геометрических конструкций.

Точность измерения выражается допусками и погрешностью средств измерения.

Применение трехмерных моделей позволяет строить новые модели и расширяет возможности ГИС как системы принятия решений. С использованием методов трехмерной графики можно по-новому решать задачи проектирования жилой застройки, размещения объектов бытового и хозяйственного назначения в муниципальных округах, создавать новые типы трехмерных условных знаков и т.д.

    Операции с трехмерными объектами

В отличие от цифровых представлений точечных, линейных и площад-
ных (полигональных) объектов, рассмотренных подробно в предыдущем
разделе, трехмерные объекты - поверхности, поля, "рельефы", к наибо-
лее распространенному типу которых принадлежит физический (топографи-
ческий) рельеф земной поверхности, требуют особых форм представления,
поскольку их пространственное положение должно описываться не только
плановыми, но и высотными координатами (аппликатами). Множественность
существующих представлений отражает актуальное многообразие техноло
гий цифрования источников, способов формализованного описания, вход
ных форматов и методов обработки соответствующих данных в условиях
разнообразия типов источников и целей цифрового моделирования рель-
ефов.

Попытаемся очертить круг основных операций по созданию и обра-
ботке цифровых моделей трехмерных объектов, ограничившись цифровыми
моделями (топографического) рельефа (ЦМР) - наиболее распространенно-
го, хорошо исследованного типа трехмерных моделей. При этом будем
иметь в виду формальную общность подходов к моделированию и исследо-
ванию морфологии "рельефов" вообще с возможной последующей дифферен-
циацией их типов на уровне операций "глубокой" обработки данных или
уровне приложений.

Одна из главных причин разнообразия способов и технологий созданная и обработки ЦМР - множественность типов источников исходных данных о рельефе, вызванная, в свою очередь, многообразием способов получения и организации первичных измерительных сведений. Среди них геодезические работы и топографическая съемка местности, стереофотограмметрическая обработка фототеодолитных, аэро- и космических снимков, альтиметрическая съемка (рельеф суши), промерные работы и эхолотирование подводного рельефа акваторий океанов и внутренних водоемов, радиолокационная съемка рельефа ледникового ложа и небесных тел. Каждый из этих типов источников включает в себя опять-таки набор различных вариантов получения и обработки исходных данных, связанных с различиями в приборно-инструментальной базе выполнения соответствующих работ. Например, полевая топографическая съемка может выполняться с использованием методов геометрического и тригонометрического нивелирования, баронивелирования, лазерных нивелиров, тахеометрии, мензульной съемки, планово-высотного координирования съемочных пикетов на основе глобальной системы позиционирования GPS и т.д. Основными источниками данных о батиметрии служат промерные работы и использование эхолотов и гидролокаторов бокового обзора, результаты которых сильно разнятся по пространственному разрешению, точности, способам регистрации, упорядочения, организации, обработки и представления измерительных данных.

Принципиально важно, что во всех перечисленных случаях окончательным видом оформления данных о рельефе являются топографические, общегеографические, гипсометрические, топобатиметрические, морские навигационные и иные карты и планы. В дальнейшем они используются для составления более мелкомасштабных генерализованных картографических изображений и служат основным (практически наиболее распространенным) типом вторичных (производных) данных о рельефе для его цифрового моделирования. Сложность представления трехмерных объектов на картах, "трехмерного картографирования" [Смирнов, 1982] исторически породила множество способов картографического изображения рельефа,  отличных от способов изображения "необъемных" объектов. На сегодняшних общегеографических картах суши рельеф представлен композицией трех средств картографической выразительности с принципиально разными условиями пространственной локализации элементов:  системой изолиний (горизонталей, изогипс), множеством отметок высот и совокупностью точечных внемасштабных, линейных и площадных знаков, дополняющих изображение рельефа горизонталями (знаки оврагов и промоин, сухих участков рек,  обрывов,  бровок,   оползней,   осыпных участков, скал,   карстовых воронок, курганов, наледей, ледников т.д.), но не всегда уточняющих ( а иногда и нарушающих) его метрику. Топографические карты лишены к тому же изображения рельефа акваторий и не дают достаточно детального рельефа ледников (как впрочем и высокогорий арийского типа вообще).Поэтому на сегодня они могут рассматриваться как безусловно основной, но   достаточно   сложный   и нетехнологичный источник цифровых данных о рельефе,  требуя, как показал опыт различных топографических   служб, совместного   использования   при   цифровании нескольких исходных слоевданных (например цветоделенных оригиналов рельефа,    гидросети и    надписей).  Это подтверждается,  например,  реализацией программы цифрового  картографирования в Швейцарии DIKART,    главной задачей которой    являлось   создание ЦМР на ее территорию на основе комбинированных растрово - векторных методов с использованием сканирующего устройства SCI TEX ,предполагающих сканирование коричневого,  черного,  голубого и зеленого оригиналов (последний исключительно для удобства ориентирования) карт масштаба 1: 25 000,   а также фотограмметрическое уточнение ЦМК высокогорий [Eidebenz,   Ferret,   1988].

Следует различать    цифровые модели картографического изображения рельефа (цифровые модели карт в части тех элементов, которые описывают рельеф или могут уточнить его описание)  и собственно ЦМР,    под которыми на практике зачастую понимаются цифровые модели высот.   Последние   создаются с использованием ограниченного набора исходных картографических данных о рельефе:   системы горизонталей и высотных отметок исчерпывающих,   однако,   подавляющее большинство требований к точности достоверности ЦМР,   предъявляемых к ним со стороны множества практических приложений.

Анализируя разнообразие первичных и вторичных источников    данных о рельефе с учетом инструментальных методов съемок,     характера фотограмметрической обработки стереомоделей и технологии цифрования карт П.Холи    [Yoeli,    1975]    предложил    классификацию   ЦМР по типам пространственной организации данных (о рельефе суши).     Он выделил системы высотных отметок рельефа в случайно расположенных точках - узлах нерегулярной сети (например в результате    тахеометрической съемки), в семи упорядоченных    множествах    точек (инженерные изыскания)  и в узлах регулярных решеток (специальные виды площадного    нивелирования), линейно упорядоченные множества точек,   получаемые путем цифрования карт (обводом линий или сканированием)  и полностью или частично упорядоченные множества точек,  генерируемые в процессе фотограмметрической  обработки стереомоделей местности.  Применительно к ЦМР    дна  океанов  Т. Пьюкером выделены 3 основные структуры данных (рис.     23):   1) точечные,  2)  линейные,   3)  ячеистые.   Д. Б. Лисицким предложена классификация моделей топографических поверхностей по характеру распределения образующих их множеств точек    местности,    включающая    4    типа [Лисицкий 1988]:    1)  геометрически упорядоченная (регулярная)   модель с заданием поверхности в вершинах правильных геометрических фигур;     2)   геометрически   упорядоченная (аналоговая)  модель с расположением точек
на горизонталях, структурных линиях и в характерных точках поверхности; 3) полурегулярная    модель    как    комбинация первых двух типов; 4) хаотическая (случайная) модель с произвольным расположением точек дискретизации  поверхности.

Подводя итог, следует сказать, что исторически выделились в альтернативные модели ЦМР, основанные на чисто регулярных (матричных) представлениях поля рельефа отметками высот, и структурные, одной из наиболее развитых форм которых являются модели на основе структурно-лингвистического представления, разработанного И.Г. Черваневым  и Б.Н.Воробьевым для геоморфологических приложений.

Рис.   23.    Различная организация данных о поверхности:    А   -равномерная    прямоугольная    сетка точек;    Б -  равномерная треугольная сетка  точек;    В - неравномерно расположенные точки;  Г -вертикальные профили;    Д - горизонтали;   Е -  равномерные прямоугольные ячейки [Пьюкер,   1988].

Однако, по-видимому, цифровое представление рельефа в виде системы высотных отметок в узлах регулярной сетки, имеющей плотность, достаточную с точки зрения приложений, останется основной формой ЦМР, образуя основу национальных и ведомственных стандартов. К примеру, стандарт на ЦМР Геологической съемки США, разработанный для Национального цифрового картографического банка данных, специфицирует ЦМР как регулярный массив высотных отметок в узлах решетки 30 м х 30 м, параллельной линиям километровой сетки, в пределах листа топографической карты масштаба 1:24 000 в универсальной поперечной цилиндрической проекции Меркатора UTM [Киреева, 1987].

 Использование ЦМР. Наиболее широкой областью приложений ЦМР продолжает оставаться картография, обслуживающая нужды общегеографического картографирования суши (универсальные и специализированные топографические карты и планы) и батиметрического картографирования акваторий (топобатиметрические, топографические карты акваторий и морские навигационные карты). Способы получения и формы представления ЦМР опираются при этом на технологии, принятые в государственных топографо -геодезических, картографических и океанографических службах, системы автоматизированного картографирования, нацеленные на автоматизацию процессов сбора и обработки топографической информации, обновление карт и их издание. Состояние работ в области картографических приложений цифрового моделирования рельефа в США, Великобритании, Германии и других странах достаточно подробно представлено в многочисленной оригинальной и обзорной литературе.

Из отечественных примеров следует сослаться на технологии    создания и использования ЦМР в рамках автоматизированной системы крупномасштабного картографирования АСК-1  НИИПГ [Лисицкий,    1988],   ЦНИИГАиК. [lammohtob,   Мительман,   1990],   Госцентра "Природа"  [Колесников,   1990]  и киргизского аэрогеодезического    предприятия    [Кузьмиченок,    1990],     а

также на обзорные работы по цифровому моделированию местности и автоматизации топографической съемки акваторий [Цифровое..., 1980; Указатель..., 1981]. Оформление цифровых картографических моделей, включая ЦМР, в виде картографических банков данных (КБД), ориентированных не только на внутренние ведомственные топографо-геодезические цели национальных картографических служб, но и на внешнее потребление - тенденция, отчетливо проявившаяся в 80-е годы и расширяющая спектр потенциальных нетопографических приложений ЦМР. Многие из региональных и национальных ГИС этого периода основаны в части базовых универсальных данных (рельеф и другие элементы цифровых карт-основ) на материалах, заимствованных непосредственно в цифровом виде из КБД.

Идея автоматизации отмывки рельефа родилась также в области топографических приложений ЦМР. Попытки использования ЦМР для автоматизации светотеневой отмывки рельефа на топографических, гипсометрических и физических картах и в качестве одного из элементов географической основы тематических карт известны с середины 60-х годов [Yoeli, 1966]. В их основе лежит использование зависимости моментальной относительной освещенности от ориентации склонов и положения источника (источников) освещения [Кошкарев, 1980], имитирующего прямое солнечное излучение или совместное влияние прямого и рассеянного освещения для воспроизведения традиционных способов пластического изображения рельефа на картах при северо-западном, вертикальном или комбинированном положении источников. В традиционной технологии составления карт эти способы реализуются путем подготовки полутонового оригинала отмывки кистью высококвалифицированного художника-составителя или фотографированием рельефной модели [Заруцкая, 1972]. В дальнейшем методы аналитической отмывки", основанные на тех или иных приемах обработки ЦМР, многократно предлагались и реализовывались различными исследователями. Известны эксперименты аналитической отмывки на карте планетарного рельефа суши и дна океанов и морей, полученной путем обработки глобальной ЦМР ЕТОР05 [Earth.., 1988; Relief..., 1986], технология отмывки рельефа топокарт геологической съемки США [Pike, The!in, 1989]. Назовем также отечественные работы, посвященные автоматизации расчетов для создания карт ориентации, формы и относительной освещенности склонов для научно-исследовательских приложений [Кошкарев, 1980, 1982; Кошкарев, Ли-цукова, Смирнова, 1978], для производственной технологии автоматизированного светотеневого изображения рельефа ледников [Кузьмиченок, 1986, 1990].

Продолжением пути прикладных направлений обработки ЦМР, связанных с ориентацией элементарных склонов, могут служить исследования по анализу динамики инсоляции и оценке пространственного распределения по физической поверхности прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации путем интегрирования ее прихода в течение года в осредненных условиях облачности, спектральной прозрачности атмосферы и свойств подстилающей поверхности в комплексных геоэкологических исследованиях [Plesnik, 1984], в агроэкологических целях [Cornier, Bourdeau, 1985], для ректификации аэрокосмических изображений пересеченного рельефа и снятия эффектов, вызванных неравноосвещенностью склонов  [Beissman, Buchroithner 1986].

Третьей крупной группой приложений ЦМР является комплекс методов их анализа и получения производных морфометрических и структурных характеристик рельефа. К ним принадлежит экстракция и анализ структурных линий и особых точек рельефа по ЦМР с плотными регулярными решетками в морфометрических целях, а также для перехода к структурным и структурно-лингвистическим цифровым представлениям рельефа [Голда, 1985; Воробьев, Костриков, 1989; Yoeli, 1982; Band, 1986; Jenson, Dominigue, 1988; Hutchinson, 1988]. Возможность экстракции сепаратрисс [Мусин, Кошель, 1990],, линий эрозионной сети, сетей тальвегов и водоразделов позволяет выполнить автоматическое выделение (оконтуривание) водосборных бассейнов как производных единиц картографирования [Band, 1986; Hutchinson, 1988]. К наиболее широко используемым операциям морфометрического анализа ЦМР относятся расчеты крутизны склонов (углов наклона) и экспозиции склонов [Кошкарев , Лицукова , Смирнова , 1978; Кошкарев , 1980, 1982; Коэ, Тикунов, Торп, 1981; Мусин, Новаковский, Сербенюк, 1987; Сербенюк, Мусин, 1989; Кузьмиченок, 1990; Biggin, 1976; De Carli, Ratto, 1984; Beisswan, Buchroithner, 1986; Koziel, 1990] , а также их формы [Кошкарев  1980; Beissman Buchroithner, 1986]. Однако более "глубокие" процедуры автоматизации традиционного морфометрического анализа, включая показатели вертикального и горизонтального расчленения, интегральные морфометрические характеристики рельефа [Белецкий, Кадетов, 1983], остаются пока редкостью, реализуясь в немногих методиках и программных продуктах [Черванев, 1982; Воробьев, Костриков, 1989].

К числу задач, обязанных своей постановке и решению именно возможностям обработки ЦМР (ввиду чрезвычайной трудоемкости или невозможности их выполнения в неавтоматизированном режиме), принадлежат процедуры расчета и визуализации зон видимости и невидимости [Floriani et al, 1986; Pavlina et al, 1990], используемые в оборонных приложениях, проектировании радиорелейных сетей, для оценки возможности индикации возникновения лесных пожаров контролируемой территории с наблюдательных вышек на основе ЦМР и лесоустроительных планов, позволивших построить цифровую картографическую модель зон видимости / невидимости при заданной высоте обзора с учетом кривизны земной поверхности, рефракции и экранирующего эффекта лесонасаждений [Pavlina et al, 1990].

Многие из существующих программных средств обработки ЦМР включают возможности трехмерного воспроизведения участка рельефа . Полученные нитяные блок-диаграмма (обычно как композиция параллельных сечений поверхности с экранированием невидимых линий, совокупность изолиний или в ином виде) используются для быстрой визуализации, контроля, корректировки поверхностей. Трехмерные модели могут служить основой визуализации нерельефных слоев данных - подобные тематические блок-диаграммы распространены в иллюстративной машинной графике и для генерации отчетных документов, обладающих повышенной наглядностью. В качестве планиметрического слоя могут выступать фрагмент аэрокосмического изображения или результаты его обработки. Эта линия развития возможностей трехмерной визуализации ЦМР получила чрезвычайно эффектное развитие в методах имитации различных ландшафтных особенностей территории, текстурных деталей поверхности, атмосферных условий видимости, освещенности, иных способов повышения степени реалистичности трехмерных дистанционных изображений. Известны примеры их использования в авиатренажерных системах [Kennie, McLaren, 1988], при проектировании лесонасаждений, когда цифровая модель насыщалась геометрическими фигурами, имитирующими полог древостоя и общий вид реконструируемого ландшафта [Smart et al, 19990].

Планетарную ЦМР ЕТОР05 в составе глобальных: баз данных, например в электронном атласе окружающей среды HOAA, GRI D и др. [Building.., 1988], планируется использовать в моделировании гидроклиматических процессов.

Результаты обработки ЦМР для целей тематической картографии в ряде случаев доведены до стадии издания. Известны японские карты топографических масштабов с панорамным изображением рельефа карта гравитационных аномалий Мирового океана в отклонениях его поверхности от референц - эллипсоида ,

построенная путем цифровой обработки спутниковых альтиметрических данных,
серия карт
c перспективными тематическими блок-диаграммами, образованными
наложением тематической нагрузки на нитяные трехмерные изображения рельефа в Атласе о.Лорд-Хау. Панорамное изображение участка альпийского высокогорья , полученное путем  преобразования космических снимков в перспек
тивные проекции  с использованием ЦМР, использовано в оформлении Гео-
химического атласа Австрии. Слой ЦМР - основа модели прогноза
риска катастрофических наводнений  в низовьях р. Хуанхэ средствами про-тивопаводочной информационной системы
YRIS в одноименном компьютерном
атласе, изданном лабораторией ГИС (
LREIS) Института географии АН КНР
в 1989 г. Раздел цифровых моделей рельефа Атласа представлен
гипсометрическими картами  с послойной окраской по ступеням высот (че-
рез 5 м) на  основе данных, полученных ручным цифрованием 220 листов
топографических карт масштаба 1 : 10 000 со снятием значений высотных
отметок (700 000) в узлах сети 100 м
x 100 м. ЦМР и ее производные
созданы при помощи модуля
TIN пакета ARC/INFO. Цифровые аналоги карт
использованы при построении производных карт затоплений на основе
гидрологических моделей. Сходная методика использована и во втором
издании атласа "Информационная система по ресурсам и окружающей среде
оз.Дунтинху” Цифровые методы обработки радиолокационных изображений
послужили основой большинства карт Атласа поверхности Венеры.
Программные средства создания и обработки ЦМР. В настоящее время существует множество программных средств для среды персональных ЭВМ
I BM PC. Одни из них специально предназначены для автоматизации отдельных операций по созданию и обработке ЦМР. К ним можно отнести разработанный в Московском университете пакет программ МАГ. Вторые входят в состав функционально более широких программных продуктов, обслуживающих , как правило, технологии ГИС или системы автоматизации тематического или топографического картографирования. Модуль, включающий главные функции обработки ЦМР, содержат , как правило, практически все коммерческие программные средства ГИС, кроме наиболее дешевых.

Рис. 25.  Исходные данные - высотные отметки в узлах регулярной квадратной сети

Рис.26. Карта восстановленного рельефа (по исходной сети высотных отметок).

             Рис. 27. Гипсометрическое представление рельефа.

Топографический рельеф, являясь наиболее распространенным и практически важным объектов трехмерного картографического моделирования, принадлежит, однако, более широкому множеству объектов такого типа. Это реальные или "мнимые” (абстрактные) поля, известные в практике цифровой обработки данных и картографирования. Для отображения нетопографических рельефов широко используется их картографическое представление в виде изолиний, описывающих реальные физические поля (например, гидрометеоэлементов), обобщенные (осредненные во-времени) производные (например, климатические) поля, а также статистические абстрактные поля, служащие средством представления дискретных по своей природе объектов и явлений (карты плотности населения, иные реализации метода “изаритм” ). Последние из них исследованы и используются в разнообразных приложениях в рамках особого направления в картографии. [Червяков, 1978].

Зачастую морфология и пространственная структура этих полей неизвестна, само представление поля инструментально зависимо и контролируется другими факторами» начиная с достоверности данных и конфигурации измерительной сети, способов пространственной организации выборки и процедур обработки. Большие сложности возникают при попытках восстановления климатических полей по значениям в точках наблюдений в неоднородной среде. Для их картографирования требуется учитывать, по крайней мере, рельеф и другие свойства гетерогенной подстилающей поверхности по методу "географической интерполяции". Поэтому при определении операционных возможностей блока ЦМР следует ориентироваться на возможности, удовлетворяющие требованиям к представлению и обработке топографических рельефов, рассмотренным выше. Учет особых условий обработки нетопографических рельефов следует вынести за пределы этой функциональной области - в область моделирующих или расширенных аналитических функций ГИС, которая не может быть специфицирована столь же детально и определенно, как базовая. Все сказанное относится к базовым операциям технологии создания и использования ЦМР. Опыт, накопленный в экспериментах с различными типами трехмерных объектов, может составить основу расширения набора базовых операций.

Рис.   28.   Карта крутизны склонов и экспозиций.

Рис.  29.    Блок-диаграмма с 3-мерным перспективным изображением рельефа в проекции,  близкой к ортографической.

Программа «Поверхность»

Версия Mapinfo 6.5  позволяет построить профиль, построить изолинии, создать поверхности и трехмерную визуализацию.

Построение поверхности методом триангуляции Делоне

Начиная с Руссой версии v 5.01? дополнительно к стандартному методу (IDW) построения тематической карты типа поверхность добавлен метод построения поверхности по триангуляционной сети методом Делоне.

Основная идея создания поверхности по триангуляционной сети, построенной методом Делоне, заключается в том, что из всего множества исходных точек создается сеть треугольников максимально близких к равносторонним. В дальнейшем , значения всех ячеек создаваемой поверхности, находящихся в пределах i-го треугольника, интерполируются либо на плоскость, описываемой вершинами данного треугольника, либо сплайном по вершинам данного треугольника и всех соседних.

Чтобы построить таблицу поверхности методом Делоне:

  •  Выполняем команду Карта  > Создать тематическую карту. Появляется диалог

«Создание тематической карты. Шаг 1 из 3». Выбираем тип тематической карты – Поверхность. Нажимаем кнопку «Далее».

  •  Во втором диалоге «Создание тематической карты – Шаг 2 из 3» выбираем таблицу и поле, на основе данных которого будем строить тематическую карту поверхности. Нажимаем кнопку «Далее».
  •  В диалоге «Создание тематической карты – Шаг 3 из 3 « выбираем в списке метод интерполяции метод Делоне

Нажимаем кнопку Варианты. Появляется диалог «Триангуляция Делоне», в котором  можно выбрать способ интерполяции- Линейный или Сплайн, а также задать размер ячейки файла поверхности, который определяет размер поверхности ( число ячеек по ширине и высоте).

нажимаем кнопку ОК, затем еще раз ОК в диалоге «Создание тематической карты – Шаг 3 из 3». Запускаем процесс создания файла поверхности.

Построение изолиний

Функция предназначена для построения изолиний (уровней равного значения) по таблице поверхности. Для выполнения данной процедуры:

Выполняем команду Программы  > Поверхность > Выполнить построение изолиний. Открывается диалог «Процедура построения изолиний». В этом диалоге задаются все необходимые параметры:

Таблица Поверхности

В списке содержатся таблицы поверхности, открытые в Mapinfo. Выбираем таблицу поверхности, на основе данных которой будет строиться файл изолиний.

Открыть таблицу

Если необходимая таблица поверхности не содержится в списке, ее можно открыть воспользовавшись кнопкой Открыть таблицу. Появляется диалог «Открыть таблицу поверхности». Выбираем таблицу и нажимаем ОК. Таблица появится в списке Таблица Поверхности.

Интервалы построения изолиний

При выборе какой-либо таблицы из списка Таблица Поверхности, в окне Интервалы автоматически отображаются шесть интервалов, вычисляемых по минимальному и максимальному значениям таблицы поверхности.

Вычислить интервалы

Нажимаем эту кнопку, открывается диалог «Новые интервалы». В этом диалоге можно создать список интервалов по новым значениям- задать новые максимальные и минимальные значения и шаг.

Настроенные интервалы можно Изменить, Добавить новое значение, Удалить. Настроенные интервалы можно сохранить с расширением LEV.

Команда «Открыть» позволяет открыть существующий файл интервалов.

Построение диаграмм Воронова

Построение диаграмм Воронова выполняется на основании таблицы, содержащей точечные объекты. Для построения:

Выполнить команду Программы  >  Поверхности >  Построение

Построение диаграмм Вороного

Построение диаграмм Вороного выполняется на основании таблицы, содержащей точечные объекты. Для этого нужно:

Выполнить команду  Программы  >  Поверхность  >  Построение диаграмм Вороного. Открывается диалог  « Построение диаграммы Вороного».

Далее нужно выбрать в списке ( в списке содержатся все открытые в MapInfo таблицы) в качестве исходных данных таблицу, по точкам которой будет выполняться построения диаграмм Вороного.

В разделе Область, ограничивающая пространство точек отображаются параметры прямоугольника, описывающего множество точек исходной таблицы и единицы измерения. Да лее необходимо задать два параметра, определяющих область, в пределах которой будет выполняться построение диаграммы Вороного:

  •  Значение, на которое будет увеличен прямоугольник по отношению к исходному.
  •  Единицы, в которых будет вычисляться данное увеличение ( в процентах от максимума ширины и высоты или в реальных величинах).

В результате создается новая таблица, в которой объекты типа «точки» заменены  на полигональные объекты.

Информация о создании в узле

В программе предусмотрена возможность получения информации о значении в конкретной ячейке поверхности. Для этого нужно:

Выполнить команду Программы  >  Поверхность  >  Информация об узле поверхности (grid). В инструментальной панели Операции появится дополнительная иконка  , при выборе которой активизируется программа представления информации о значении в ячейке поверхности.

Далее нужно подвести указатель к той точке, в которой нас интересует значение в узле поверхности. Появится информационное окно Информация о узле.

Процедура отсечения поверхности

При работе с таблицами MapInfo типа поверхность часто требуется отсечь часть поверхности по каким-либо причинам ненужную для дальнейшего использования. Для этого:

Нужно выбрать созданный ранее полигон отсечения.

Программы  >  Поверхность  >  Отсечение поверхности. Появится диалог Отсечение поверхности по выбранному контуру.

Выбираем таблицу поверхности для отсечения. Задаем имя новой таблицы, в которую заносится результат. Далее «выполнить».

После выполнения операции отсечения новая таблица отобразится на экране.

Построение профиля по поверхности

Процедура построения профиля по поверхности позволяет построить график значений ячеек поверхности вдоль выбранной линии профиля. При этом можно задать шаг и изменить единицы измерения. Кроме того, для проведения сравнительного анализа данных, на одном графике можно отобразить профили сразу по нескольким поверхностям. Так же можно строить графики и по таблице изолиний. Для этого нужно:

Выбрать линию (полилинию), по которой требуется построить график.

Выполняется команда Программы  >  Поверхность  >  Построение профиля по поверхности. Откроется диалог Построение графика по поверхности.

Выбрать из списка таблицы поверхности. В информационном пункте диалога Общая длина отображается длина профиля, по которому строится график. В поле Шаг построения графика задается шаг построения графика. Можно изменить единицы измерения, при этом осуществиться пересчет параметров. В строке Результирующая таблица графика формируется имя результирующей таблицы. К имени исходящей таблицы добавляется слово график и имя переменной, по которой вычислялась поверхность.

Построение графика по изолиниям

Процедура построения графика по изолиниям осуществляется одним из двух методов:

Выполнить построение графика по таблице изолиний, созданной по данным таблицы поверхности;

Выполнить построение графика непосредственно по таблице изолиний (данные получены другим путем).

В свою очередь существует два способа построения графика по изолиниям:

Интерполированный график (линейная интерполяция или Акима). Представляет собой стандартный график MapInfo.

График,  построенный точно по точкам профиля с изолиниями. Этот график создается в окне Карты.

Достоинства и недостатки этих способов:

В первом случае график не отображает точные значения профиля в точках пересечения профиля с изолиниями, так как выполняется интерполяция. Кроме того, на построение графика сильно влияет величина шага - чем, тем грубее график. С другой стороны,  интерполированный представляет собой стандартный график MapInfo, который поддержит широкие средства по настройке оформления.

График по точкам пересечения представляет собой результат точных вычислений значений профиля в точках пересечения с изолиниями. График строится в отдельном окне Карты, объекты которой – метки, оси, подписи осей, заголовок/подзаголовок, график (график может состоять из нескольких объектов - например,  полилинии и точек).  Работать с графиком                       ( редактировать объекты, масштабировать и т.д.) можно так же как с обычной Картой MapInfo. Кроме того, при построении графика по точкам пересечения можно настраивать масштаб для осей, что не поддерживается стандартными средствами MapInfo.

Построение интерполяционного графика

Для построения графика по изолиниям нужно:

Выбрать инструментом Стрелка линию (полилинию) профиля, вдоль которой будет строиться график. Выполняем команду Программы  >  Поверхность  > Построение графика по изолиниям   >  Интерполированный график. Появится диалог «Построение интерполированного графика».

В окне Таблица для построения графика нужно выбрать исходную таблицу , содержащие изолинии. В информационном пункте диалога Общая длина профиля, по которому строится график. В поле Шаг построения графика задается шаг построения графика. Можно изменить единицы измерения, при этом осуществится пересчет параметров. В окне Поля для построения графика требуется выбрать поле исходной таблицы, из которого будет извлекаться значение по оси Y для построения графика. В окне Метод интерполяции пользователь выбирает метод интерполяции значений при построении графика (линейная интерполяция или Акима).

После выполнения процедуры на экране отобразится на экране отобразится интерполированный график, построенный по пересеченным изолиниям.

расчет углов наклона

Процедура расчета углов наклона позволяет на основании поверхности построить новую таблицу поверхности по значению угла наклона к плоскости, рассчитанных для каждой точки.

Для выполнения вычислений углов наклона:

Выполняем команду Программы  >  Поверхность  >  Вычисления углов наклона. Откроется диалог «Вычисление углов наклона».

Из списка Таблица поверхности выберите таблицу, для которой будут выполняться расчеты.

Из списка Единицы измерения выберите градусы или проценты (от прямого угла).

В поле Результирующая таблица поверхности укажите путь и имя файла результирующей поверхности. По умолчанию имя таблицы поверхности – GridSlope. Используя кнопку Изменить путь, можно выбрать другой каталог для результирующей таблицы.

После нажатия кнопки Выполнить, открывается диалог «Вычисление числа интервалов и цвет поверхности». Используя стандартные установки или настраиваем самостоятельно число интервалов, палитру и яркость. Нажимаем ОК.

После выполнения вычислений на экране в отдельном окне карты отобразиться таблица поверхности, построенная на основании расчетов углов наклона. При указании мыши на какую-либо точку полученной поверхности отображается значение угла наклона ( в градусах или процентах).

Расчет зон видимости

Процедура Расчета зон прямой видимости позволяет построить таблицу зон видимости поверхности из конкретной точки или таблицу  зон видимости конкретной точки из любой точки поверхности. Данная возможность может использоваться для решения телекоммуникационных задач. При этом расчет выполняется без учета частной зависимости излучения, взаимодействия с поверхностью и со средой. Осуществление расчета зон видимости для карт поверхности в любых проекциях,  кроме Широта/Долгота.

Для выполнения вычисления зон видимости :

Выбираем на карте поверхности точечный объект, который хотим использовать либо как точку обзора – «пункт наблюдения всей поверхности», либо как точку просмотра с любой точки поверхности.

Из списка таблица поверхности выбираем таблицу поверхности , для которой будет выполняться расчеты зон видимости.

В разделе Параметры базовой точки можно откорректировать координаты базовой точки – X, Y, а также задать высоту точки наблюдения («антенны просмотра»). Единицами измерения высоты являются единицы измерения координат выбранной карты, настраиваемые в диалоге Режимы окна Карты.

В разделе Метод расчета выбираем способ расчета зон видимости : просмотр поверхности из выбранной точки или видимость выбранного объекта с любой точки поверхности.

В разделе Радиус  поиска можно определить величину радиуса просмотра. Этот параметр полезен в том случае, когда нет необходимости рассчитывать зоны видимости для всей поверхности( если интересует только ближайшая к точке наблюдения область). По умолчанию установлен максимальный радиус, обеспечивающий просмотр всей поверхности.

Если необходимо, можно включить флажок Поправки с учетом кривизны Земли. В поле Результирующая таблица поверхности задаем путь и имя таблицы. По умолчанию имя таблицы – GridViewShade. Если необходимо, используется кнопка Изменить путь для выбора каталога, в который будет помещена результирующая таблица.

Нажимаем кнопку Выполнить. Запускается процесс построения зон видимости. На экране отобразиться карта зон видимости.

Значение в любой точке таблицы зон, построенной по методу Из точки наблюдения, показывают величину, на которую надо поднять или опустить точку наблюдения, чтобы увидеть ‘nq точку поверхности.

Значение в любой точки таблицы зон, построенной по методу В точку наблюдения, показывает величину , на которую надо увеличить или уменьшить высоту этой точки, чтобы увидеть «антенну».

Используя команду меню Настройка тематической карты, можно изменить палитру (добавить уровни) для отображения зон видимости.

Трехмерная визуализация

Инструмент визуализации трехмерной модели позволяет строить трехмерные модели на основании таблиц поверхности в формате MapInfo, а также по значениям вертикальной компоненты картографических объектов (точек, линий и полигонов). Кроме того в трехмерном виде можно представить объекты (точки, линии, полилинии или полигоны). Можно отобразить несколько объектов, которые могут быть как простыми так и сложными (состоящими из нескольких простых). Задача трехмерной визуализации не решается корректно только в случае полигона «с дырками» внутри.

Для выполнения данной задачи:

Выполняем команду Программы  >  Поверхность  >  Трехмерная визуализация. Откроется первый диалог «трехмерная визуализация»

Из списка Тип данных выберите тип таблицы, для которой будет выполняться визуализация:

Поверхность – для таблиц поверхности в формате MapInfo;

Объекты MI – для таблиц MapInfo, содержащих поле вертикальной компоненты;

TIN –для открытия файла трехмерной модели.

В списке Таблицы для построения трехмерной поверхности отображаются таблицы соответствующих типов.

Выбираем таблицу. Этот список недоступен, если выбран тип TIN.

Для таблиц типа Объекты MI выбираем в списке Поле вертикальной компоненты поле, которое содержит третью координату.

Переключатель «Показать объекты» – включает/выключает отображение объектов (точек, линий, полилиний или полигонов) в трехмерном виде.

Переключатель доступен, если в окне Карты предварительно были выбраны объекты. Выбранные объекты могут быть сложными из нескольких простых объектов.

Исключение составляет лишь полигон «с дырками». Задача трехмерного отображения такого полигона не решается корректно.

В поле смещение по вертикали можно задать величину смещения объектов относительно поверхности. Поле доступно, если переключатель Показать объекты  включен.

В секции Размеры объектов определяется базовый размер ( соответствует единицы размера объектов MapInfo) и Шаг в процентах (% от базового размера, соответсвующий каждой последующей единице рахмера объектов MapInfo).

Нажимаем кнопку Выполнить. Запустится процесс вычисления координат – для типов Поверхность и Объекты MI. Если был выбран тип TIN, откроется диалог «Открыть TIN файл» , в котором можно выбрать ранее сохраненный файл трехмерной модели.

Слева находится окно вида , в котором отображается трехмерная модель поверхности. В окне вида при помощи левой кнопки мыши можно изменить угол наклона и поворота модели, правой – масштаб вида. В правой части диалога находятся настройки показа трехмерной модели.

Раздел «общие»

Переключатель Границы области управляет показом параллелепипеда, ограничивающего трехмерную поверхность.

Линейки точного и грубого изменения масштаба и поле ввода числового значения масштаба позволяют настроить вертикальный масштаб.

В разделе Вид можно управлять показом поверхности следующим образом:

Нажатие кнопки Центр окна приводит к совмещению центральной точки параллелепипеда, ограничивающего поверхность, с центром окна показа;

По кнопке Изменить можно изменить параметры вида – задать другие координаты для точки фокуса, изменить координаты точки наблюдения («камеры») и задать величину угла зрения для отображения поверхности в перспективе. После создания трехмерной модели по умолчанию, точкой фокуса является центральная точка параллелепипеда, а точка наблюдения находится выше ( у них отличаются только значения координаты Z).

Раздел «Поверхность».

В разделе находятся настройки, управляющие способом отображения трехмерной  модели.

При включенном переключателе Отмывка трехмерная модель окрашивается градациями цвета, выключенном – только одним цветом с учетом светотени.

При включенном переключателе Рендеринг трехмерная модель отображается  как сплошная заливка цветом ячеек поверхности с учетом светотени, выключенном – в окне вида отображается сеточная модель поверхности.

Последний переключатель Поверхность включает/выключает отображение трехмерной модели, т.е. если выбраны объекты, то можно посмотреть их трехмерное изображение без поверхности. Также данный переключатель рекомендуется использовать при большом объеме данных. При выключенном переключателе, вращение пустой рамки, ограничивающую поверхность, позволяет быстро подобрать требуемый угол обзора и масштаб трехмерной модели.

Кнопка Цвет поверхности позволяет изменить цвет отображения поверхности. В диалоге Цвет можно выбрать цвет из основной палитры или настроить дополнительные цвета.

Можно изменить палитру для отмывки, нажав кнопку Изменение палитры. Кнопка Изменение свойств открывает диалог Свойства поверхности, где настроить дополнительные свойства отображения поверхности – коэффициенты рассеивания, отражения, прозрачности.

Раздел содержит также функцию сглаживания поверхности. Определите параметры сглаживания: число итераций и степень сглаживания. При нажатии кнопки Применить, запускается процедура сглаживания поверхности. При этом отображение объектов остается неизменным. Для того, чтобы объекты «привязать» к новой сглаженной поверхности нужно выполнить команду Обновить в разделе Объект MapInfo.

На трехмерной поверхности можно отобразить множество объектов карты, для которой был создан файл  текстуры. Для отображения текстуры на трехмерной поверхности нажимаем кнопку Текстура (растр).  Выбираем созданный ранее файл текстуры. Объекты карты «натянутся» на трехмерную поверхность. Загрузка файла текстуры не мешает использовать настройки диалога «Трехмерная визуализация», так как при необходимости всегда имеется возможность выключить визуальную текстуры (флажок рядом с кнопкой Текстура).

Раздел «Объект MapInfo»

Раздел доступен, если в первом диалоге «Трехмерная визуализация» был включен переключатель Показать объекты. Раздел содержит настройки трехмерного отображения объектов (точек, линий, полилиний, или полигонов) MapInfo.

Можно изменить базовый размер объектов, заданный  в первом диалоге  «трехмерная визуализация». Можно изменить цвет для всех объектов. При создании трехмерной модели цвет точек, линий и полилиний соответствует цвету, определенному в MapInfo; цвет полигонов соответствует цвету границ полигонов, определенному в MapInfo.

Переключатель Связь с поверхностью позволяет зафиксировать масштаб объектов. При выключенном переключателе изменения масштаба в разделе «Общие» не приводит к изменению масштаба объектов. При включенном переключателе масштабов объектов меняется вместе с изменением масштабов поверхности. Переключатель Отображать объект позволяет включать/ выключать отображение объектов. Кнопка Обновить позволяет обновить отображение объектов- «привязывает» объекты к поверхности, для которой применялось/отменялось сглаживание.

Чтобы оценить параметры объектов (реальную длину полилинии, площадь полигонов, высоту точки) с учетом пространственного представления, то можно сохранить объекты в MIF-файле.

Раздел Сохранить позволяет сохранить текущий вид трехмерной модели в следующих форматах: таблица MapInfo (на самом деле сохраняется растр в формате TIFF и таблица привязки MapInfo), VRML 2.0, STL (TIN).

Создание файла текстуры позволяет создать файл текстуры (растр) для отображения на трехмерной поверхности объектов Карты (всех объектов выбранных слоев). В качестве базовой таблицы, на основании которой будет создан файл текстуры, может использоваться как объект MapInfo, содержащие поле вертикальной компоненты, так и таблица поверхности MapInfo. Для каждого типа таблицы необходимо создать свой файл текстуры. Построив на основании той же базовой таблицы трехмерную модель можно «натянуть» на нее текстуру (все объекты выбранной карты).

После создания трехмерной модели, нажимаем кнопку Текстура (растр) в разделе Поверхность диалога «Трехмерная визуализация».

Откроется диалог «Открытие файла». Выбираем созданный файл текстуры. На трехмерной поверхности будут отображены объекты выбранной Карты.

Построение TIN методом Делоне позволяет выполнить триангуляцию Делоне на основании таблиц MapInfo, содержащих поле вертикальной компоненты и сохранить/отобразить TIN-поверхность .Функция Построение TIN методом Делоне аналогична функции создания TIN в диалоге Трехмерная визуализация, но значительно повышает быстродействие выполнения триангуляции. Рекомендуется использовать команду Построение TIN методом Делоне при большом количестве входных данных.

Для выполнения триангуляции:

  •  Открываем таблицу, содержащую поле вертикальной компоненты;
  •  Выполняем команду Построение TIN методом Делоне;
  •  Открывается диалог «Выбор таблицы для выполнения триангуляции». Выбираем таблицу MapInfo и поле, содержащее вертикальную компоненту. Нажимаем кнопку Выполнить. Запускается процесс загрузки данных MapInfo.
  •  Открывается диалог «Построение триангуляции методом Делоне», в котором можно настроить дополнительные параметры:

в поле Толерантность указывается величина расстояния между точками, при котором эти точки будут представлять одну точку поверхности;

в поле Offset указывается величина для расчета радиуса поиска соседних точек. Радиус поиска определяется как R=Offset*D/2, где В- диагональ минимального прямоугольника, описывающего TIN.

  •  В разделе Информация отображаются минимальное и максимальное значение «высоты», количество точек и количество треугольников, построенных при выполнении триангуляции.

  •  Нажимаем кнопку Выполнить. С учетом описанных выше параметров выполняется триангуляция. Можно сразу сохранить TIN-поверхность (несколько вариантов с различными параметрами), нажав кнопку Сохранить TIN, или просмотреть TIN  в окне  просмотра трехмерной модели во втором диалоге «Трехмерная визуализация», нажав кнопку Показать TIN.

Создание поверхности по TIN , до сих пор мы поверхность создавали на основе таблиц MapInfo, содержащих поле вертикальной компоненты, через мастер Создания тематических карт поверхности. При этом на третьем шаге в диалоге «Настройки интерполяции» можно было задать размер ячеек для создаваемой поверхности и соответственно определить размерность поверхности. Необходимость создания поверхности из TIN возникла именно из ограничения на размер ячейки поверхности. Кроме того процедура создания поверхности из TIN осуществляется быстрее, чем создание поверхности из таблиц.

Для выполнения построения поверхности на основании TIN:

  1.  Создаем TIN одним из двух способов (используя команду Построение TIN методом Делоне или диалоги трехмерной визуализации). Если необходимо,  можно отредактировать созданный stl-файл , используя функции программы Поверхность  >  Редактирование TIN
  2.  Выполняем команду Поверхность  >  Создание поверхности TIN.Откроется диалог «Создание поверхности по TIN» .
  3.  Загружаем stl-файл .Определяем проекцию и нажимаем ОК..(необходимо точно указать проекцию, в которой создавался TIN).
  4.  В информационном разделе Параметры TIN отображаются минимальные/максимальные значения X,Y.
  5.  В разделе Параметры поверхности можно определить размер ячеек или количество колонок/строк поверхности (размерность грида). При изменении значений в полях Количество колонок или Количество строк нажимаем кнопку Размер для пересчета размера ячейки. Или наоборот, если мы меняем размер ячейки, нажимаем кнопку Число колонок/строк.
  6.  Определяем результирующую таблицу поверхности. Нажимаем кнопку Выполнить. Созданная поверхность отобразится в окне Карты.

Литература

1. Салищев К.А. Картоведение. – М.:Издательство Московского университета, 1976-438с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3303. Законність та відповідальність у державному управлінні 24.29 KB
  Досягненню зазначених цілей служать такі основні принципи здійснення юридичної відповідальності: відповідальність лише за поведінку, а не за думки; відповідальність тільки за протиправні діяння і тільки при наявності вини (презумпція невинності); законність, справедливість, доцільність і невідворотність.
3304. Внеклассное мероприятие. Суд над ядерной энергией 33.96 KB
  Внеклассное мероприятие по предмету «Физика». Тема:  «Суд над ядерной энергией». Тип мероприятия: ролевая игра Цели и задачи: • Обобщить теоретический материал по применению ядерной энергии • Показать грандиозные успехи в использовании ядерной ...
3305. Методы получения 3-амино-4-(5-R-1,3,4-оксадиазол-2-ил) фуразанов и их физико–химические свойства 197.5 KB
  Исследования в области поиска эффективных методов получения гетероциклических веществ для изучения связи «структура-свойство». 1,3,4-оксадиазольные основания вошли в практику терапии ряда патологических заболеваний вследствие их способности к образованию одного из универсальных регуляторов клеточного метаболизма – оксида азота...
3306. Внеклассное мероприятие по технологии В гостях у Золушки 30.5 KB
  Внеклассное мероприятие по технологии «В гостях у Золушки!»? 5 класс Внеклассное мероприятие по технологии «В гостях у Золушки!» среди учащихся 5-х классов. 02.03.2012г. Подготовила и провела учитель технологии Максимова Ирина Ивановна.Ведущий: Не за...
3307. Игра – соревнование бригад Скорой помощи 26.72 KB
  Внеклассное мероприятие по биологии для учащихся 8 классов. Форма проведения: Игра – соревнование бригад «Скорой помощи». Цель: Мотивировать детей к более тщательному изучению предмета, наглядно продемонстрировать значение знаний о строении и ф...
3308. Поезд здоровья 28.21 KB
  Внеклассное мероприятие в 5–7-х классах. Игра по станциям "Поезд здоровья"  Цели:  Пропаганда здорового образа жизни  Профилактика вредных привычек школьников Творческая реализация учащихся в группе  Воспитание уважите...
3309. Путешествие в мир слов 29.59 KB
  Внеклассное мероприятие по русскому языку "Путешествие в мир слов" Цель: Обратить внимание детей на свойство различных слов выражать одну и ту же мысль, закрепить знания детей об антонимах, учить детей употреблять в речи фразеологизмы. Развивать реч...
3310. Выбор наивыгоднейшего режима резания 236.5 KB
  Введение Наивыгоднейший режим резания – это такое сочетание глубины резания, подачи и скорости резания, при котором получается минимальное машинное время при обеспечении необходимой точности и чистоты обработанной поверхности детали и заданной...
3311. Разработка алгоритмов диагностирования 146.5 KB
  Задание: разработка алгоритмов диагностирования. Функционально-логическая модель объекта контроля представлена в бланке задания. Таблицу функций неисправностей принимаем из первой расчетно-графической работы. Которая представлена в Таблице 1. Таблиц...