Таким образом создание виртуального геоизображения предполагает наличие следующей информации: цифровой модели рельефа, растрового изображения местности (ортоизображения), векторных данных, дополнительных растровых изображений, аниммации, а также прочих специальных объектов.
Несомненно основой виртуальных геоизображений является цифровая модель рельефа, она определяет степень соответствия виртуальной модели и реальной местности. Чем точнее и детальнее будет ЦМР, тем реалистичнее получится виртуальное изображение. Однако, здесь также необходимо исходить из принципа оптимальности, поскольку чем подробнее ЦМР, тем больше компьютерных ресурсов она будет затрачивать. При этом нужно учитывать, что местность становится возможно без труда идентифицировать только при использовании данных масштаба 1:200 000 и крупнее. Использование более мелкого масштаба приведёт к созданию виртуального изображения лишь в общих чертах напоминающего моделируемую местность, а узнать её можно будет только при значительном от неё удалении (со значительной высоты).
Наибольшее распространение в плане обзорности получили следующие модели виртуальных изображений: просмотр трёхмерных статических рельефов, облёт местности в реальном времени, объезд местности в реальном времени, запись полёта по траектории с возможностью изменения направления полёта, запись полёта по траектории без возможности изменения. Записи полётов предполагают сохранение виртуального полёта в видеофайл с возможностью дальнейшего просмотра.
Основное применение виртуальных геоизображений - это их демонстрация в качестве учебных пособий и в виде презентации на различных мероприятиях. Более серьёзного научного применения для пространственного анализа данный вид моделирования пока не несёт, поскольку для трёхмерного представления изображений по ЦМР, их адаптация к прямоугольным координатам, добавление различных объектов и анимация, дополнительно связанны с написанием сложных алгоритмов и большими затратами компьютерных ресурсов, что не оправдывается полученными возможностями для анализа.
Виртуальные геоизображения имеют следующее практическое применение:
- культурно-историческое - воссоздание ландшафтов и событий определённой исторической эпохи;
- тренировочное - моделирование полёта авиации, поездки на автомобиле или боевой технике для тренажёров по обучению соответствующим навыкам;
- планировочное - визуализация стратегических планов хозяйственных и боевых операций;
-
рекламно-пропогандистская - для пропогандирования самих виртуальных моделей, а
также для эффектной рекламы некоторых видов продукции.
Геоинформационные системы (ГИС) - это системы, которые обеспечивают сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных.
ГИС-технологии - это программно- технические комплексы, управляемые коллективом специалистов и предназначенные для работы с цифровыми моделями пространственных объектов, процессов и явлений.
Основные процессы при построении цифровых моделей рельефа местности на основе ГИС-технологии остаются примерно такими же как описано выше, но есть некоторые особенности:
- не требуется перевода в растровые изображения, поскольку в ГИС карты уже оцифрованы;
- по ГИС-технологии карты также обычно находятся по участкам, поэтому состыковка изображений остаётся необходимой, но в для геоинформационных систем имеются специально разработанные для этого модули.
- для векторизации карт ГИС также разработаны специальные модули (например, МарЕdit), проводящие эту операцию в автоматическом режиме.
- дальнейшее формирование цифровых моделей рельефа и их визуализаци проходит таким же образом как и для обычных карт с использованием тех же методов.
Характеристики полученных ЦМР также зависят от качества данных, в частности данных ГИС, и метода их обработки.
Однако, с помощью ГИС-технологии возможно создание ЦМР с большим набором данных, чем на основании обычных карт, поскольку ГИС-технологии позволяют получить не только общую информацию о рельефе моделируемой местности, но и о некоторых конкретных её характеристиках, например, уклонах местности, составляющих местность породах, разнородности исследуемого рельефа и тому подобные.
В результате сбора такой специфической информации возможно создание ЦМР, на основе которой можно решать прикладные задачи геоизысканий или экологии, например, прогнозирование местности затопления при наводнении, оценку степени нарушенности ландшафтов и так далее.
В зависимости от поставленных задач при формировании ЦМР могут быть использованы профессиональные ГИС-технологии или специализированные. Как правило программный продукт ГИС-технологий предлагается в базовом варианте с возможностью подбора дополнительных надстроек согласно поставленной задачи. Базовый модуль содержит основные операции ГИС: программную поддержку устройств ввода-вывода, возможности экспорта и импорта данных и некоторые другие. Как правило разница между представленными возможностями программных продуктов, реализующих ГИС-технологии, у разных производителей не сильно отличается, поскольку технологические разработки обычно достаточно активно заимствуются ими друг у друга.
Рынок программных продуктов на основе ГИС-технологий в настоящее время представлен примерно 20-ю полнофункциональными ГИС-пакетами. Наиболее популярные российские системы: ГеоГраф, Панорама (Карта 2000), ПАРК, GeoLink; зарубежные: ArcView GIS, MapInfo Professioal, MicroStation.
В таких
полнофункциональных пакетах обычно реализованы такие функции как работа с
базами данных, поиск по географическим объектам, математические расчёты характеристик
объектов рельефа (длины, высоты, периметра и тому подобные), создание пространственных
объектов, электронное тематическое картографирование, построение и обработка цифровых
и электронных карт, составление характеристических баз данных по особенностям
рельефа местности, приведение картографических данных к виду, пригодному для
издания и другие.
GPS (англ. Global Positioning System - система глобального позиционирования) - спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84.
Соответственно и основные функции у GPS - это определение пространственного положения (координат) заданной точки и скорости её перемещения. При помощи специальных GPS-приёмников эти системы используются компаниями и частными лицами для позиционирования, навигации, проведения наблюдений и определения времени.
Инженерно-геодезические изыскания (ИГДИ) - это комплекс работ, направленный на получение информации о рельефе и ситуации местности; служит основой для проектирования, и для проведения других видов изысканий и обследований.
Применяется GPS и в инженерно-геодезических изысканиях. Однако, для определения не относительных (длина, высота, площадь и тому подобное), а абсолютных величин (координат заданных точек) нужно учитывать, что координаты GPS-приёмники выдают в системе координат WGS 84, и для работы в других координатах и нанесения на карты необходимо проводить перевод координат в соответствующую систему.
При проведении инженерно-геодезических изысканий GPS может применяться для уточнения координат объектов рельефа, проведения локальных топографических съёмок линейных и площадных объёктов, высокоточных геодезических работ, наблюдения за деформациями земной поверхности и прочее.
Кроме того, GPS полезно
и при составлении ЦМР, поскольку позволяет получить точные координаты точек, к
примеру не отображённых на карте ,но не необходимых для построения модели. Или
провести исследование части рельефа, не имеющего картографического описания и
не доступного для прочих средств, например, ущелья.
Лазерное сканирование - это операция определения характеристик поверхности (рельефа) и их преобразования в цифровой вид в трёхмерной системе координат с помощью специального прибора, называемого лазерный сканер, лазерная сканирующая система или трехмерный лазерный сканер.
В результате лазерного сканирования по сути получается массив данных о трёхмерной характеристике сканируемого рельефа.
Преимуществами лазерного сканирования являются: высокая скорость и точность измерений; возможность использования полученных данных для составления карт, топографических планов и чертежей, в том числе различных сечений; возможность проводить относительно дистанционно съёмку труднодоступных и опасных объектов (дальность лазерного сканера в зависимости от особенности прибора и условий проведения съёмки оставляет от 1 до 2 500 метров).
Кроме того технологии лазерного сканирования позволяют автоматически сравнивать результаты измерений одного и того же участка рельефа в разное время, что позволяет оценить произошедшие изменения.
Принцип работы прибора основан на выполнении измерений дальности до объекта съемки, с помощью лазерного безотражательного дальномера и фиксации соответствующих точке горизонтального и вертикального углов.
Для сканирования некоторого участка рельефа при помощи технологии лазерного сканирования необходимо задать поле исследования и плотность (разрешение) сканирования. После запуска процесса съёмки происходит измерение относительных координат точек исследуемой поверхности, которые формируются в общий массив данных. Полученный массив можно визуализировать в виде поверхности, которая может расцвечиваться по удалённости точек или в реальные цвета.
В комплект оборудования также может входить камера высокого разрешения. Это позволяет получать массив координат, одновременно с реальными изображениями, что является большим преимуществом при построении ЦММ и особенно виртуальных изображений на их основе.
Измерения по технологии
лазерного сканирования производятся автоматизированно с заданной плотностью и
точностью с автоматическим преобразованием координат лазерных отражений в
прямоугольные Декартовы. Всё это позволяет создать трехмерную математическую
модель объекта съемки. С полученным массивом координат очень удобно работать,
его можно использовать для пополнения баз ГИС и для построения или уточнения
ЦМР.
Фотограмметрическая съёмка (от греч. photos - свет, gramma - запись и metreo - измеряю) - это измерение объектов, записанных с помощью света (по фотографиям). С помощью фотограмметрии по соответствующим снимкам исследуемого объекта (в нашем случае части рельефа) можно определить форму, размеры, пространственное положение в заданной системе координат, площадь объём, различные сечения и их изменение между съёмками в разные моменты времени.
Для проведения фотограмметрической обработки вначале проводится фотограмметрическая съёмка при помощи фототеодолита (объединённые фотокамера и теодолит) или цифровой камеры. При этом фотографирование обного объекта производится с определённых рассчитанных точек.
Проведение фотограмметрической съёмки заключается в том, что съёмку одного объекта проводят с двух точек, находящихся на базисной линии. В результате этого получаются два снимка, являющиеся стереопарой. Соответственно при дальнейшей обработке они позволяют создать объёмную модель снимаемого объекта и рассчитать его характеристики.
Преимущества фотограмметрической съёмки и последующей обработки следующие: как и при лазерном сканировании не требуется непосредственного контакта с объектом и можно проводить съёмки труднодоступных или опасных мест; полученная информация имеет высокую точность; возможность изучения изменений рельефа со временем.
Таким образом
полученные с помощью фотограмметрической съёмки изображения и информация после
их обработки могут также быть использованы для пополнения базы ГИС, а также для
построения ЦМР.
Для проведения работ на объекте наряду с наземной геодезией, аэрофотосъёмкой и наземной фотограмметрии в настоящее время всё чаще применяются GPS-технологии. В частности GPS пользуются для топографических съёмок местности в зоне объекта; привязки имеющихся изображений местности к географическим координатам; планово-высотной привязки и тому прочего.
Для получения данных
посредством GPS пользуются следующими
методами геодезических измерений: статический - в основном для создания и
развития опорных геодезических сетей; быстростатический - для создания сетей
сгущения; кинематический Stop-and-Go для топосъемки на открытой местности с
небольшим количеством контуров; непрерывный кинематический метод - для
трассирования линейных объектов; RTK (Real Time Kinematic —«кинематика
реального времени») позволяет получать координаты с высокой точностью в режиме
реального времени, этот метод является предпочтительным при наличии достаточных
возможностей.