ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.09.2020
Просмотров: 1113
Скачиваний: 5
25. Трехмерное моделирование. Источники информации для построения фотореалистической трехмерной сцены в ГИС. Задачи, решаемые при использовании трехмерного представления объектов в ГИС.
Требования к пространственной геоинформации, содержащейся в цифровых картах, географических базах данных и ГИС в целом постоянно повышаются. Потребность в реалистичном отображении окружающего мира увеличивает значимость трехмерного (3D) моделирования. 3D модели облегчают планирование, контроль и принятие решений во многих отраслях деятельности человека. В ГИС фотореалистичная 3D сцена может создаваться на основе различных источников геопространственной информации: аэро- и космической съемки местности, фото- и видеосъемки объектов, геодезических измерений, полевых обследований, лазерного сканирования, существующих картографических материалов и ГИС-данных . ГИС-объекты могут быть представлены с помощью разнообразных 3D символов, таких как дома, автомобили или нефтяные вышки для точечных объектов, текстура травянистой, водной и других поверхностей для полигональных объектов, трубопроводы и другие линейные текстуры для протяженных линейных объектов . Необходимо учитывать, что сложные модели пока еще «тяжелы» для отображения в режиме реального времени, поскольку для обработки трехмерных сцен возрастают технические требования к аппаратному обеспечению (высокое быстродействие компьютера, наличие больших объемов оперативной и специальной текстурной видеопамяти и др.). Трехмерное представление и отображение объектов и местности в ГИС значительно расширяет сферы применения геоинформационных систем. Упрощается восприятие и понимание данных и информации, быстрее принимаются решения и повышается их эффективность
Источники информации для построения фотореалистической трехмерной сцены в ГИС.Фотореалистичная 3D-сцена может создаваться на основе различных источников геопространственной информации: аэро- и космическая съёмка местности, фото- и видеосъёмка объектов, геодезические измерения, полевые обследования, лазерное сканирование, существующие картографические материалы и ГИС-данные. Результаты обработки этой информации, в том или ином виде, могут использоваться как для моделирования объектов и поверхности, так и для получения, уточнения атрибутивной информации, сохраняемой в ГИС в табличной форме. Трёхмерные модели объектов, внедряемые в виртуальную сцену, могут представляться в виде каркасных моделей, моделей с упрощенной, одноцветной текстурой или моделей с текстурами из изображений стен, крыш и прочих поверхностей, взятых с аэро- или космических снимков высокого разрешения, с фотографий конкретных объектов, или просто из библиотеки текстур аналогичных или похожих строений.
26. Географическая связка в ГИС Признаки группирования цифровых слоев в географическую связку. Цифровые слои карты.
Пространственные объекты в цифровом представлении могут быть сгруппированы в слои. Для этого необходимо, чтобы все цифровые слои имели общую картографическую проекцию, масштаб и использовали одну и ту же точку отсчета. В этом случае можно быть уверенным, что заданные координаты на любом из цифровых слоев будут указывать на одну и ту е область географического пространства.
Например, отображаются цифровые слои карты населенного пункта в режиме географической связки, иллюстрирующие рельеф, земельные участки, улицы, почвы, постройки, водные объекты и т.д
Каждый слой карты используется для отображения определенного набора данных ГИС и работы с ним. Слой ссылается на данные, хранящиеся в базе геоданных, покрытия, шейп-файлы, растры, файлы САПР и т.д., но сам слой не содержит географических данных. Таким образом, слой всегда отображает самую свежую актуальную информацию из вашей базы данных. Слой не будет отображаться на карте, если у вас нет доступа к источнику данных, на которых он базируется.
27.Этапы создания ГИС: создание векторной модели территории; наполнение семантической табличной базы данных; настройка полученной ГИС; работа с ГИС. Способы создание векторной модели территории. Тематическое картографирование. Проблемы объединения векторных карт.
Создание векторной модели территории. Векторная модель − это способ представления географических данных в базе данных ГИС в виде задания пар прямоугольных координат точек (X, Y), которые определяют начало и направление вектора (элементарную дугу). Последовательность дуг образует линейный пространственный объект базы данных ГИС. Каждый линейный объект определяется упорядоченным набором пар координат точек. В свою очередь, набор замкнутых линейных объектов образует полигон − площадной пространственный объект базы данных ГИС. В векторной модели данных ГИС реальные географические объекты представляются в виде графических примитивов. Например, определенные географические объекты могут быть представлены точками - колодец, водонапорная башня, линиями – шоссе, река, полигонами – дома, земельные участки. В развитых полнофункциональных ГИС основные виды векторных графических примитивов дополняются секциями, маршрутами, регионами. Векторная графика обрабатывается компьютером как идеальные геометрические фигуры, которые можно масштабировать, вращать и производить другие действия, при этом изменяются лишь координаты вершин отрезков и параметры кривых. К числу преимуществ представления пространственных объектов ГИС векторными моделями относятся компактная структура, качественная графика, топология
Наполнение семантической табличной базы данных. Изучению семантики данных препятствует некоторая недовыясненность сути предмета, отсутствие единых признанных подходов и терминологическая путаница. Определенные затруднения вызывает увеличение количества предметных областей, с которыми необходимо работать, и неизбежное усиление роли лингвистического и когнитивного аспектов. В языках программирования обратим внимание на необходимость выделения нескольких видов семантики: операционной (описывается в терминах перехода состояний некоторой абстрактной машины), денотационной (в языке для представления семантики используются математические структуры, позволяющие установить возможность вычисления конструкций языка посредством специализированных функций), дедуктивной (позволяет доказывать свойства программ, в первую очередь их правильность), трансляционной (использует правила перевода на язык, семантика которого известна), основанной на таблицах решений. Существует безосновательная, но устойчивая традиция выделять некоторые модели и базы данных как семантические. Модель «сущность-связь» считается семантической моделью, по-видимому, по сравнению с табличными моделями данных. Oracle11g представляется как первая семантическая база данных из-за того, что она хорошо работает с XMLи RDF и действительно расширяет семантический слой базы. Однако элементы семантики есть в любых моделях данных. В тех же табличных базах семантику определяют метаданные, например, ключи и ограничения целостности. В базах данных с декларативными языками всегда реализуется операционная семантика представляется планами исполнения. Так что можно говорить только о большей или меньшей насыщенности моделей и баз данных семантикой. Любые фрагменты семантики, которые могут быть выделены, запомнены и использованы при интерпретации данных. Смыслы данных – это частный вид элементов семантики, но не любой элемент семантики есть смысл данных. Иначе говоря, мы можем достаточно четко определить смыслы данных и показать, как их реализовывать, но не утверждаем, что других элементов семантики в информационных системах не существует. Элементы семантики, интерпретируемые программой, должны быть активны во время исполнения программы. Смыслы в базах данных это вид данных, прикрепленных к другим данным и отличающийся от обычных пассивных данных своей активностью, то есть способностью инициировать работу некоторого программного или человеко-программного интерпретатора смысла.
Способы создание векторной модели территории. Создание векторной модели территории.
Существуют различные способы создания векторной модели:
- векторизация по растровому изображению готовой карты на бумаге или пластике;
- векторизация по материалам аэрофотосъемки с помощью цифровых фотограмметрических станций в стереорежиме;
- конструирование карты по материалам полевых измерений.
Кроме того, возможны различные комбинации приведенных выше способов, например, векторизация по аэрофотоснимкам с использованием рельефа, созданного по растровому изображению обычной карты. Геоинформационная система может содержать не только векторные, но и растровые карты. Однако именно векторная основа является тем базовым каркасом, на котором строится ГИС и который используется затем для решения всевозможных задач пространственного анализа, сбора, хранения, обработки и передачи информации об объектах. Растровые же карты необходимы лишь в качестве дополнительной графической поддержки ГИС и основы для создания векторной карты и трехмерных моделей местности.
Тематическое картографирование.
Наиболее распространенные программы для проведения тематического дешифрирования – Erdas Imagine, ScanExNeRis. Качество тематического дешифрирования космических снимков во многом зависит от квалификации оператора – умения интерпретировать отдельные элементы изображения, как характерные виды растительности, грунтов, вод, антропогенные области; способности выбрать в качестве 20 образцов элементов классов самые подходящие пиксели; умения интерпретировать результаты статистического анализа и использовать их для составления оптимальных параметров классов. Полученная растровая карта – тематическая карта (как правило, растительности и грунтов), служит в дальнейшем для проведения комплексных обзорных исследований территорий, получения статистических данных о распространении отдельных видов растительности, грунтов, типов почв, антропогенных изменениях местности. Например, с помощью таких карт оценивают площадь горелых лесов, пашни, процент всхожести озимых, изменения осадочных отложений в дельтах рек и пр. Точность построения тематической карты зависит от разрешения исходного снимка, качества съемки, методики разделения пикселей на классы, количества классов, качества выборки образцов и других параметров. В любом случае, границы, разделяющие пиксели разных классов, совпадают с реальными границами ареалов лишь с некоторой вероятностью, а могут и вообще не совпадать. Количества классов, как правило, не достаточно, чтобы описать все многообразие элементов местности, поэтому некоторые мелкие и редко встречающиеся элементы неизбежно захватываются более крупными и представительными классами. Тематическая карта обладает теми же недостатками, что и любая растровая карта – каждый пиксель карты является самостоятельным объектом, совокупности одинаковых пикселей, представляющие из себя реальные площадные объекты, не выделены. Такая карта позволяет лишь получить визуальное отображение ситуации и оценить процентное содержание того или иного класса в общей совокупности. По данным тематической карты можно построить вручную или с помощью автоматических процедур векторную карту. Тем не менее, тематические карты достаточно часто используются в народном хозяйстве, например, для контроля за состоянием природных ресурсов, учета объектов лесного и сельского хозяйства, исследования морского шельфа.
Проблемы объединения векторных карт. Для создания векторной основы ГИС часто применяется объединение (сшивка) готовых векторных карт, полученных из разных источников и программных продуктов. При этом возникает множество проблем:
- Векторные карты, созданные в разных программных продуктах, могут быть представлены разными форматами данных и иметь разные классификаторы. В данном случае необходима конвертация части или всех векторных карт в нужный формат (преобразование формата представления данных, операция экспорта\импорта) и приведение к единому классификатору. Далеко не всегда это можно сделать без потери информации и ухудшения качества карты. Из-за несовершенства программ-конверторов или просто невозможности передачи некоторых параметров вследствие несовместимости форматов представления карт возможны случаи исчезновения при конвертации объектов или их характеристик. Например, в программе MapInfo ориентированные точечные объекты задаются посредством указания угла поворота условного знака, а в программе ИнГео применяется задание точки привязки, поэтому при конвертации ориентированных точечных объектов из MapInfo в ИнГео их ориентация не сохраняется. Кроме того, из-за отличия библиотек условных знаков, в разных программных продуктах при конвертации, как правило, изменяется вид отображения объектов на экране, не говоря уже о настройках масштабов видимости. Более сложные ошибки возникают при несоответствии классификаторов. Во-первых, классификаторы могут быть разных типов (послойный и объектный); во-вторых, разной сложности (в MapInfo – трехуровневый, в ИнГео – четырехуровневый); в-третьих, разделение объектов по слоям, наименование слоев и типов, количество полей семантических таблиц и их размерности могут отличаться; могут быть и другие различия, связанные с возможностями программного обеспечения (например, GeoMedia и ИнГео поддерживают множественность методов оформления объектов одного типа, а MapInfo - нет; в классификаторе ИнГео, в отличие от других программ, задаются списки топологических связей). Различия классификаторов могут привести при конвертации к потере объектов отдельных типов, переносе их в другие типы и слои, потере всех семантических данных или их части. Кроме того, разные программы могут поддерживать разные способы формирования метрики объектов. Например, в MapInfo есть объекты стандартной метрической 21 структуры: эллипсы, прямоугольники и пр., формирование которых не поддерживает программа ИнГео. Такие объекты при конвертации могут пропасть. Поэтому, прежде чем производить конвертацию, необходимо выяснить условия совместимости программных продуктов, возможности программы-конвертора, различия классификаторов векторных карт, возможные ситуации потери или изменения данных и постараться свести к минимуму риск потери информации. Однако конвертированные векторные карты все равно необходимо заново просматривать, исправлять появившиеся ошибки, оформлять, настраивать параметры визуализации и пр.