Создание пространственной модели местности в ГИС ArcGIS

ГУСЕВ И. А.

СОЗДАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ В ГИС ARCGIS

Аннотация. В данной статье выявлены особенности конструирования реалистичных изображений на основе интеграции трехмерных компьютерных моделей и ГИС ArcGIS. Для создания 3D-моделей пространственных объектов использовалась программа Google SketchUp 2G13.

Ключевые слова: трехмерное моделирование, 3D-модель, ГИС, ArcGIS, SketchUp, пространственная модель местности.

GUSEV I. A.

DESIGNING 3D SURFACE MODEL IN ARCGIS GIS

Abstract. The article considers the features of designing realistic images based on three-dimensional computer models and ArcGIS GIS. The authors used Google SketchUp 2G13 program for designing 3D models of spatial objects.

Keywords: three-dimensional modelling, 3D model, GIS, ArcGIS, SketchUp, 3D surface

model.

Развитие информационных и геоинформационных технологий оказывает существенное влияние на современную подготовку специалиста высшей квалификации. В научных исследованиях студентов-картографов широко применяется компьютерное картографирование, характеризующееся высокой степенью автоматизации, интерактивностью, применением мультимедиа и компьютерного дизайна, созданием новых видов изображений и т.д. [7].

Стоит отметить, что в настоящее время в связи с развитием компьютерных технологий наряду с традиционными картами самого разного направления и тематики широко применяются и другие модели действительности. Все множество карт, трехмерных моделей, снимков, анимаций и других подобных моделей, используемых в науках о Земле и обществе, можно обозначить общим термином - «геоизображения». Под геоизображением понимают любую пространственно-временную, масштабную, генерализованную модель земных (планетных) объектов или процессов, представленную в графической образной форме [1].

Одним из основных видов геоизображений являются трехмерные модели. Источниками их создания могут служить результаты полевых геодезических измерений и лазерного сканирования местности, карты и планы, аэро- и космические снимки, цифровые модели рельефа, видеосъемки объектов местности, фотографии и т.п. Часть данных

1

используется для непосредственного конструирования объектов и поверхностей, другая - в качестве дополнительного справочного материала.

Современный уровень развития геоинформационных систем (ГИС) способствует все более широкое применению пространственных моделей местности в геоинформационном картографировании. Сочетание трехмерного моделирования и ГИС значительно повышает наглядность отображаемой информации, упрощает ее понимание и восприятие.

В данной статье описан опыт создания пространственной модели местности в ГИС-пакете ArcGIS, где специализированными приложениями для трехмерного отображения данных являются ArcScene и ArcGlobe.

Пространственные (трехмерные) модели местности вместе с электронными картами являются составной частью картографического обеспечения имеющихся и создаваемых систем управления, информационно-расчетных систем [3]. Пространственные модели местности обеспечивают наглядное представление трехмерного образа местности, читаемость и распознаваемость элементов и объектов местности, визуальную оценку их взаимного пространственного расположения. Трехмерные городские модели могут быть полезными информационными ресурсами, которые могут использоваться в самых разнообразных областях [2].

В ГИС-пакете АгсОТБ можно наложить на поверхность векторные и растровые данные, вытянуть пространственные объекты по высоте, создавая эффект трехмерных фигур, и т.п. В настоящее время широкое развитие получают картографические анимации, основанные на ГИС-технологиях [8]. Реалистичные 3D-сцены легко преобразуются в анимации.

Чтобы трехмерная модель местности была яркой и реалистичной, в ArcGIS можно внедрить созданные в других приложениях 3D-объекты, поскольку они обеспечивают максимально возможное соответствие отображаемой модели реальной местности, наглядность и распознаваемость элементов содержания модели местности [6]. Для зданий и сооружений разрабатываются специальные условные знаки - трехмерные. Они бывают двух типов. Первый тип сохраняет характерные очертания реальных объектов, второй тип их обобщает (используется для типовых многоэтажных жилых домов). Виртуально-реальностные представления местности часто содержат ЗБ-объекты с наложенными на них текстурами с изображениями стен и крыш зданий. Текстуры создаются на основе фотографий конкретных объектов, космических снимков высокого разрешения или выбираются библиотеки текстур, демонстрирующих материал покрытия.

Основной проблемой трехмерных моделей является сложность и трудоемкость их создания. В нашей работе для создания 3D-модели пространственных объектов была выбрана программа Google SketchUp 2013.

Программа SketchUp имеет достаточно простой и удобный интерфейс, поэтому освоить работу с ней очень легко. Программа реализует концепцию прямого моделирования геометрии [9]. Сначала из имеющихся графических примитивов необходимо построить плоскую фигуру, служащую основанием объекта. Затем проводится его вытягивание с целью придания объема. Далее посредством перетаскивания отдельных элементов с помощью указателя мыши конструируют окончательную форму здания.

На втором этапе производится детальное оформление здания, добавляются балконы, колонны, оконные и дверные проемы, примыкающие постройки, что позволяет сформировать неповторимый и узнаваемый внешний вид здания (см. рис. 1).

В • :' vff]e 4» 7 Ч Я Н * 1 Ь » : :*»«

ItOltär XK-0FM.A lc4.0S>-»(f Л Л" 4 4 * 9 -Г » Л  »BIH

Рис. 1. Этапы создания детального внешнего вида здания.

На завершающем этапе конструирования необходимо нанести на объект соответствующую заливку или текстуру. SketchUp предлагает воспользоваться встроенными

в программу шаблонами текстур, тематика которых достаточно разнообразна. В качестве текстуры также можно использовать загруженное изображение (фотографию объекта).

Итогом работы в Sketch Up явились трехмерные модели следующих культурно-исторических объектов города Саранска:

- Площадь Тысячелетия;

- Национальная библиотека имени А. С. Пушкина;

- Государственный музыкальный театр им. И. М. Яушева Республики Мордовия;

- Республиканский дворец культуры;

- Мордовский республиканский музей изобразительных искусств имени С. Д. Эрьзи;

- Кафедральный собор святого праведного воина Феодора Ушакова;

- церковь Иоанна Богослова;

- Государственный русский драматический театр Мордовии;

- Музейно-этнографический комплекс «Мордовское подворье»;

- стадион «Старт»;

- Ледовый дворец Республики Мордовия;

- здание Администрации городского округа Саранск;

- Мордовский государственный национальный драматический театр;

- Музей мордовской народной культуры;

- часовня Александра Невского.

Отдельные сконструированные в работе модели представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Примеры SD-моделей, созданных в редакторе Google SketchUp 2013.

SketchUp поддерживает экспорт и импорт различных форматов трехмерной графики. В состав пакета включен специальный плагин (экспортный формат *.kmz), позволяющий размещать созданный ЭБ-объект в картографическом сервисе Google.

Интеграция спроектированных трехмерных моделей и картографической основы проводилась в ГИС-пакете ArcGIS [4; 10]. В качестве картографической основы был использован рельеф центральной части Саранска (формат TIFF), а также космический снимок этой же территории (формат JPEG), полученный с помощью программы SASPlanet.

Используя снимок в качестве растровой подложки, было создано несколько новых точечных тем, характеризующих размещение на местности тех объектов, для которых были построены ЭБ-модели. В ArcScene была выполнена трехмерная визуализация исходной пространственной информации. Трехмерные условные знаки отдельных зданий в формате SketchUp (*.skp) загружались как символы типа 3D-символ - Маркер. Стоит отметить, что ArcGIS поддерживает импорт объектов и в весьма популярном формате редактора 3D Studio Max (*.3ds). На вкладке 3D Маркер редактора свойств символа можно изменять размеры загруженных моделей, положение в пространстве, оси вращения. В результате на трехмерное изображение рельефа местности, совмещенное с космическим снимком, были внедрены созданные в программе SketchUp 3D-модели с правильной ориентировкой на пространственной модели местности (см. рис. Э).

Рис. 3. Интеграция 3Б-моделей в ArcScene.

Далее была создана анимация, демонстрирующая главный экскурсионный пешеходный маршрут Саранска [5].

Построенная трехмерная модель обладает достаточной наглядностью, подробностью и качеством оформления, и может использоваться в качестве демонстративного туристского пособия, также может быть полезной для работников учреждений, занимающихся организацией экскурсий по городу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Берлянт А. М. Картография: учеб. пособие для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2003. -336 с.

2. Виртуальные географические среды: пер. с англ. / под ред. В. С. Тикунова. -Смоленск: Изд-во Смолен. ун-та, 2012. - 243 с.

3. ГОСТ Р 52055-2003. Геоинформационное картографирование. Пространственные модели местности. Общие требования. - М.: Издательство стандартов, 2003. - 8 с.

4. Гусев И. А., Ивлиева Н. Г. Об опыте интеграции трехмерного компьютерного моделирования и ГИС // Картография и геодезия в современном мире: мат-лы 2-й Всерос. науч.-практ. конф., Саранск, 8 апр. 2014 г. - Саранск : Изд-во Мордов. унта. - 2014. - С. 193-197.

5. Жулина М. А., Карасев А. С., Манухов В. Ф. Использование информационных технологий в процессе разработки и реализации туристского продукта // Геодезия и картография. - 2013. - № 2. - С. 32-36.

6. Ивлиева Н. Г., Манухов В. Ф. Интеграция 3D-моделирования и ГИС // Научные труды КубГТУ: мат-лы XX Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные процессы в высшей школе» [Электронный ресурс]. - 2014. - № 4. - Режим доступа: http://ntk.kubstu.ru/.

7. Ивлиева Н. Г., Манухов В. Ф. Использование современных информационных технологий в дипломных работах // Интеграция образования. - 2008. - № 3. -С.103-107.

8. Ивлиева Н. Г., Манухов В. Ф. Современные информационные технологии и картографические анимации // Педагогическая информатика. - 2012. - № 1. -С.36-42.

9. SketchUp - первое впечатление: официальный сайт Nicoare Production. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://nikoare.com/3d-programmy/ sketchup/301 -sketchup.

10. Тесленок С. А., Чендырев А. А., Тесленок К. С. 3Б-моделирование рельефа Республики Мордовия // Геоинформационное картографирование в регионах России: мат-лы V Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж, 19-22 сентября 2013 г. -Воронеж: Научная книга, 2013. - С. 161-166.