2. Картографические программы

Программа ArcGIS 3D Analyst.

ArcGIS 3D Analyst - дополнительный модуль ArcGIS для создания,

ви­зуализации и анализа трехмерных объектов и поверхностей .ArcGIS - серия программных продуктов, разработанных фирмой ESRI, Inc. (США) [21,22,5].

ArcGIS содержит более четырехсот инструментов для проведения ана­лиза, конвертации, управления данными, геокодирования, динамической сег­ментации, картографии, работы с растрами, методов интерполяции и оценки качества данных, зональной фильтрации, многофакторного анализа, растровой алгебры, построения и проверки топологии, построения графических схем и др.

Все продукты ArcGIS могут использовать дополнительные модули для обработки и анализа пространственных данных:

– АгсМар – отображения, редактирования, анализа данных, создания карт;

– ArcGIS 3D Analyst – создания, визуализации и анализа трехмерных объ­ектов и поверхностей;

– ArcCatalog – доступа к данным и управления ими;

– ArcToolbox – инструменты управления проекциями и конвертация дан­ных;

– ArcGeostatistical Analyst – для интерполяции поверхностей на основе статистического анализа пространственно распределенных данных.

ArcGIS и дополнительные модули, включая ArcGIS 3D Analyst, являются оптимальной платформой для создания трехмерных сцен больших территорий.

Рисунок 5 – Интерфейс программы ArcGIS 3D Analyst.

ArcGIS 3D Analyst предоставляет развитые инструменты для трехмерного отображения данных, средства для построения поверхностей, инструменты для редактирования данных в 3D и множество аналитических функций. С помощью модуля можно в интерактивном режиме просматривать Землю с различных точек зрения, получать информацию об объектах, определять объекты, видимые из различных местоположений на поверхности земли, создавать реалистичные представления земной поверхности. Также есть возможность анимации трехмерного изображения, и виртуального пролета над сценой. ArcGIS 3D Analyst позволяет:

– создавать трехмерное представление Земли, используя обычные ГИС данные;

– анализировать трехмерные данные, используя инструменты для расчета объемов, уклонов, построения линий горизонта – видимости, моделирования поверхностей и др;

– просматривать данные в масштабах от вида планеты до локального вида;

– перемещаться по мультимасштабным данным с рельефом и наложенными изображениями без скачков;

– проводить пространственный анализ в двухмерном или трехмерном пространстве;

– отображать результаты моделирования и анализа в трехмерном пространстве;

– использовать трехмерные модели и условные знаки для создания реалистичных сцен;

– экспортировать трехмерные анимированные представления в видео-файлы;

Области применения ArcGIS 3D Analyst: картография, геология, метеоро­логия, гидрология, археология, лесное хозяйство, сельское хозяйство, здраво­охранение, горное дело, рынок недвижимости, муниципалитеты, управление сетями магазинов и т. д.

ERDAS IMAGINE Virtual GIS.

Virtual GIS - прикладной модуль системы Erdas Imagine (ERDAS).

ERDAS IMAGINE (Earth Resources Data Analysis System) - система анализа данных дистанционного зондирования Земли, представленных в растровых форматах [21,22128].

Характерной особенностью системы является то, что она стала практиче­ски стандартной средой разработчика для написания прикладного программно­го обеспечения для обработки ДДЗ - многие фирмы (не только американские) оформляют свои разработки как модули расширения системы Erdas Imagine .

«Ядром программного обеспечения ERDAS IMAGINE является один из трех вариантов базовых пакетов: IMAGINE Essentials, IMAGINE Advantage и IMAGINE Professional. Каждый последующий пакет включает предыдущий и расширяет его функциональные возможности. Дополнительные модули расши­рения:

– обработки векторных данных (Vector);

– ортотрансформирования, интерферометрической и стереообработки ра­диолокационных снимков (Radar Mapping Suite);

– атмосферной коррекции (ATCOR);

– трехмерной ГИС (Virtual GIS);

– субпиксельной классификации (Subpixel Classifier);

– блочной триангуляции, создания цифровых моделей рельефа и ор­тотрансформирования аэрокосмических и наземных снимков, полнофункцио­нальной фотограмметрической обработки (LPS);

– разработки приложений (Developer’s ToolKit);

– радиометрической и геометрической коррекции снимков с «Ресурс-О», Линеаментного анализа LESSA».

ERDAS IMAGINE поддерживает несколько векторных форматов, в том числе векторно-топологический. Все векторные форматы переходят друг в друга без процедуры импорта-экспорта.

Модуль Virtual GIS доступен для использования с любым из трех вариан­тов базовых пакетов ERDAS IMAGINE.

Авторами дается следующее краткое описание модуля Virtual GIS и его высокая оценка: «Модуль Virtual GIS (виртуальная ГИС) представляет собой передовой край развития ГИС-технологий и обработки ДЦЗ. Идея проста: обрабатывая в реальном времени цифровую модель рельефа с наложенным на нее растровым изображением (снимком, картой), пользова­тель может «пролетать» над синтезированным, но вполне реалистичным пер­спективным изображением местности, меняя интерактивно и направление по­лета, и его скорость, и направление взгляда. Кроме того, на рельеф можно на­ложить и векторные карты в формате ARC/INFO. На трехмерном изображении с помощью специального курсора доступны как значения пикселей растра, так и атрибуты векторных данных ARC/INFO. Поскольку направление взгляда мо­жет меняться вплоть до надирного, фактически исчезает отличие между плано­вым (картографическим) и перспективным изображением, тем более что и на перспективном изображении можно проводить преобразования контраста и другую обработку».

Программа SiteBuilder 3D.

Пакет SiteBuilder 3D построен на основе известных разработок компании MultiGen - Paradigm, Inc. (США) – лидера в области трехмерной визуализации. Этот продукт реализован как программная надстройка для Arc View GIS 3.2 и для ArcGIS 8.х/9.х [212,116].

Программа Arc View разработана фирмой ESRI, Inc. (США) и входит в семейство программ ArcGIS. ArcView – мощное средство для управления, отображения и анализа пространственной информации. Используется как са­мостоятельный настольный ГИС-пакет, а также как клиентское приложение в системе ArcGIS.

Arc View состоит из трех базовых модулей: АгсМар – отображение, редак­тирование и анализ данных, создание карт; AxcCatalog – доступ к данным и управление ими; ArcToolbox – инструменты управления проекциями и конвер­тации данных.

Все продукты ArcGIS могут использовать дополнительные модули для решения специализированных задач пространственного анализа: ArcGIS Spatial Analyst, ArcGIS 3D Analyst и др.

Доступ к инструментам SiteBuilder 3D осуществляется из дополнительного меню ArcView. В качестве исходных данных используются двумерные дан­ные из слоев ArcView и дополнительная 3D информация, которая или уже со­держится в данных ArcView, или извлекается из цифровых карт, матриц высот и т. д. SiteBuilder 3D создает трехмерную подложку, представляющую мест­ность, а затем «драпирует» контуры местности наложением карты поверх нее, таким образом создавая новую трехмерную сцену. Затем с помощью специаль­ных библиотек (SiteBuilder’s 3D Features Libraries) выбираются трехмерные шаблоны для дорог, зданий, деревьев, рек, озер и т. п. Выбранные шаблоны автоматически встраиваются в трехмерную сцену. Трехмерную сцену можно просматривать как в полноэкранном режиме, так и вместе с двумерной картой в окне ArcView. В этом режиме продвижение по трехмерной сцене синхрони­зировано с продвижением по двумерной карте.

SiteBuilder 3D позволяет создавать трехмерные сцены с огромным коли­чеством объектов и высокой степенью детализации.

Для достижения нужного уровня детализации без уменьшения скорости просчета, в SiteBuilder 3D используется техника виртуальных текстур, вклю­чающая в том числе поддержку атмосферных явлений (облака, туман, смена времени суток).

Имеется возможность выбора информации для создания текстуры из мате­риалов аэрофотосъемки или спутниковой съемки либо из отображения карты в окне ArcView. В обоих случаях SiteBuilder 3D автоматически конвертирует изображение или карту в виртуальную текстуру и накладывает ее на модель рельефе. Имеется возможность добавления 3D символов (моделей, цветов, текстур т. п.) к двумерным данным для повышения реалистичности создавае­мой трехмерной сцены.

Программа ГИС КАРТА 2011 - ГИС Панорама.

Проект «Панорама» - это набор геоинформационных технологий, вклю­чающий в себя профессиональную ГИС КАРТА 2011, промышленный векто­ризатор электронных карт Панорама - Редактор, инструментальные средства разработки ГИС приложений для различных платформ GIS ToolKit, систему учета и регистрации землевладений Земля и Право, конверторы для обмена Данными с другими ГИС [25,26].

Технология построения трехмерной модели реализована на базе приложе­ний, входящих в состав ГИС КАРТА 2011. К таким приложениям относятся: Редактор карты, Редактор классификатора, Редактор библиотеки трехмерных видов объектов, Построение трехмерной модели, Редактор трехмерной карты, Измерения по трехмерной карте, Печать и Формирование презентаций.

Технология построения трехмерной модели предназначена для создания трехмерных моделей разной степени детализации и решения прикладных задач. По степени детализации модели делятся на типовые, детальные, модели внут­ренних помещений и тематические.

Технология позволяет создавать трехмерные модели территории, модели архитектурных ансамблей, интерьера внутренних помещений, надземных и подземных коммуникаций.

В КАРТА 2011 - ГИС Панорама реализован в том числе оригинальный стиль моделирования трехмерной сцены, который заключается в синтезиро­вании сцены при запуске вьювера (Навигатор 3D) из цифровой карты (пла­на), содержащей метрическую и семантическую информацию объектов. Трех­мерные виды объектов создаются по принципу конструктора из графических примитивов. Конструктор видов содержит несколько типовых видов объектов. Пользователь имеет возможность создавать новые виды.

Программа PHOTOMOD.

В настоящее время марка PHOTOMOD объединяет широкий набор программных средств цифровой фотограмметрической обработки данных ДЗЗ, позволяющих получать пространственную информацию на основе изображений практически всех коммерчески доступных съемочных систем, таких как кадровые цифровые и пленочные камеры, космические сканирующие системы высокого разрешения, а также радары с синтезированной апертурой [6].

PHOTOMOD может использоваться как локальная полнофункциональная цифровая фотограмметрическая станция, распределенная сетевая среда для реализации больших проектов, дополнительные рабочие места к имеющимся у вас фотограмметрическим системам для выполнения наиболее трудоемких процессов.

Рисунок 6 – Интерфейс программы PHOTOMOD.

Достоинства системы:

• замкнутый технологический цикл получения всех видов конечной продукции: ЦМР, 3D-векторов, ортофотопланов, цифровых карт без использования других программных продуктов;

• поддержка различных типов съемочных систем;

• широкий набор обменных форматов, обеспечивающий совместимость с другими фотограмметрическими и геоинформационными системами;

• поддержка большого числа систем координат, а также возможность задания собственной системы координат;

• автоматизация фотограмметрических процессов;

• гибкая модульная конфигурация, позволяющая подобрать оптимальную комплектацию продуктов PHOTOMOD для решения тех или иных задач;

• высокая производительность и надежность системы;

• распределенная сетевая среда для реализации больших проектов;

• контроль качества на всех стадиях технологического процесса;

• различные способы стереонаблюдения;

• поддержка различных средств ввода (3- и 5-кнопочные мыши, специализированные 3D-манипуляторы);

• простота установки и конфигурирования;

• легкость в изучении, удобство использования;

• квалифицированная и оперативная техническая поддержка;

• различные уровни обучения работе с системой;

• полная техническая документация;

• широкое распространение в России и других странах мира;

• оптимальное соотношение цена/производительность;

Программный комплекс PHOTOMOD находит область применения везде, где требуется получение максимально точной метрической информации о Земле. PHOTOMOD позволяет решать весь объем задач картографирования, кадастра, мониторинга, пространственного анализа. Система обеспечивает высокоточной картографической основой комплексные ГИС, геопорталы, картографические веб – приложения.

3. Источники данных для создания и обновления трехмерной сцены

Основными источниками данных для создания и обновления трехмерных сцен являются [49, 108]:

• дистанционного зондирования (материалы аэрокосмических съемок, лазерной локации, радиолокационной интерферометрии);

• архивных картографических материалов на бумажных носителях;

• цифровых топографических карт и планов;

• геодезии и инженерной геологии;

• дополнительной атрибутивной информации;

• наземных фотографий зданий (фототекстуры);

• библиотек трехмерных моделей различных объектов.

Современные технологии получения цифровых моделей рельефа и объектов территории предполагают использование данных дистанционного зондирования Земли. Так называемый «единый комплекс данных», формируемый единовременно, обладает наибольшей информационной ценностью и включает в себя три вида данных [87]:

• лазерно-локационные данные (облака лазерных точек);

• аэрофотосъемочные данные (цифровые аэрофотоснимки);

навигационные данные (данные GPS, ГЛОНАСС и инерциальной системы).

1 2 3

1– материалы аэрокосмических съемок; 2 – материалы лазерной локации; 3 – материалы радиолокационной интерферометрии

Рисунок 7 – изображения материалов дистанционного зондирования.

Рисунок 8 – изображения материалов цифровых топографических карт и планов.

Рисунок 9 – изображения материалов наземных фотографий зданий (фототекстуры).

Рисунок 10 – изображения материалов библиотек трехмерных моделей различных объектов.

Список используемой литературы

1. http://3d-edu.net/programa-maya/ - Программа Autodesk Maya

2. Диссертация стр. 27,30,31,69,71,71 – 1.1 Общие сведения

3. Диссертация стр. 71- 94 –1.2 Обзор ПО

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/SketchUp – Прогамма SketchUP

5. http://esri-cis.ru/products/3danalyst/detail/review/ – Программа ArcGIS 3D Analyst

6. http://www.racurs.ru/?page=3 – Программа PHOTOMOD

7. Тикунов

8. Диссертация стр. 30 – 1.3 источники данных

9. Журкин, И. Г. Технология получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок [Текст] / И. Г. Журкин, Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. − 2009. − № 8. − С. 43−48.