MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY. Prostorový model budov a místností a metody generování 3D dat

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY D I P L O M O V Á P R Á C E Prostorový model budov a místností a metody generování 3D dat B C. J ITKA H ANUŠOVÁ, 2007

2

3 Poděkování Ráda bych poděkovala vedoucímu mé diplomové práce, RNDr. Petru Glosovi za vstřícnost, ochotu a odborné rady, které přispěly k zdárnému dokončení této práce. Dále chci poděkovat panu Mgr. Petru Kroutilovi za odborné konzultace a Mgr. Janu Spurnému za podporu a pomoc při grafické úpravě. Čestné prohlášení Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracovala samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používala nebo z nich čerpala, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. V Brně, Bc. Jitka Hanušová

4 Shrnutí Cílem mé diplomové práce je ověření možností využití dat stavebního pasportu Masarykovy univerzity pro vytváření 3D modelů budov. V první části práce jsem provedla analýzu práce s 3D prostorovými daty v prostředí ArcGIS. V druhé části se zabývám rozšířením datového modelu budov a místností o 3D geometrie stavebních prvků, na jehož základu se bude vytvářet geodatabáze pro ukládání prostorových dat stavebních výkresů. Na závěr se získané informace ověří při navrhování poloautomatického zpracování stavebních výkresů a generování 3D modelů budov. Klíčová slova geografický informační systém, geografická databáze, geodatabáze, ArcGIS, budova, místnost, prostorová data, 3D model budovy, stavební pasport, výkres DWG

5 Obsah 1 Úvod Technologie pro vytvoření GIS CO JE GIS? GIS TECHNOLOGIE SPOLEČNOSTI ESRI Datový model 3D geografické databáze D DATOVÝ MODEL GEODATABÁZE BUDOV A MÍSTNOSTÍ D ROZŠÍŘENÍ DATOVÉHO MODELU GEODATABÁZE OBJEKTY S 3D GEOMETRIÍ Generování 3D modelů budov MU STAVEBNÍ PASPORT MU VYUŽITÍ DAT STAVEBNÍHO PASPORTU PŘI VYTVÁŘENÍ 3D MODELŮ BUDOV ZPRACOVÁNÍ ROZMĚRŮ STAVEBNÍCH PRVKŮ SCHODIŠTĚ A RAMPY STŘECHY VYGENEROVÁNÍ 3D MODELU BUDOVY Závěr...50 A SEZNAM ENTIT PŘIDANÝCH DO DATOVÉHO MODELU... 52

6 1 Úvod V roce 2004 byl na Masarykově univerzitě pořízen stavební pasport nemovitého majetku. Prostorová data stavebního pasportu poskytují celou škálu nejrůznějšího využití; pracují s nimi správci budov, na jejich základě se mohou vytvářet dokumentace zdolávání požáru a podobně. V neposlední řadě mohou sloužit i běžným zaměstnancům univerzity, kdy data prezentovaná vhodnými webovými službami napomáhají lepší orientaci v univerzitních prostorách. Abychom však byli schopni takové služby nabídnout, je třeba prostorová data z výkresů zpracovat a převést do formátu, jenž je již vhodný pro uložení v tzv. geodatabázích. Jedním z mnoha oddělení, jenž se touto činností (mimo jiné) zabývá, je i Oddělení geografických informačních systémů Ústavu výpočetní techniky, z jehož nitra vzešel i podnět pro zadání diplomové práce. V současnosti je možné prostorová data pasportu publikovat v půdorysné podobě. Při hledání dalších možností, jak tato data využít, vznikla myšlenka na vytvoření 3D modelů budov MU. Data stavebního pasportu obsahují u některých stavebních prvků také výšky, které mohou posloužit jako třetí souřadnice pro vytvoření těles těchto prvků. Realizaci poloautomatického generování 3D modelů budov z dat stavebního pasportu si stanovila za cíl tato diplomová práce. Dalším cílem diplomové práce je doplnění datového modelu budov a místností, který navrhla Mgr. Lenka Horáčková, o 3D objekty stavebních prvků. Na základě tohoto datového modelu se generuje geografická databáze budov a místností, do níž se budou data o budovách ukládat. Nejedná se o klasickou databázi s daty v tabulkách, do této geografické databáze se musí ukládat jak atributová část dat ze stavebních výkresů, tak také jejich geometrie.

7 2 Technologie pro vytvoření GIS 2.1 Co je GIS? Zjednodušená definice pojmu geografický informační systém může znít takto: Informační systém umožňující ukládat, spravovat, zobrazovat a analyzovat prostorová data. Prostorovými daty se rozumí data, která obsahují něco navíc prostorový kontext. Pod pojmem prostorový kontext si představme metodu či vlastnost, která objektu přiřazuje jeho tvar a umístění v prostoru. [7] Se vzrůstajícím využitím geografických informačních systémů souvisí i jejich další rozvoj a snaha rozšiřovat stávající možnosti GIS technologií. Jedním ze současných trendů je bezesporu doplňování prostorových dat o třetí souřadnice a jejich zobrazování v trojrozměrném prostoru. V této kapitole bude popsáno řešení GIS firmy ESRI z pohledu možností práce s 3D daty. Popsaná funkčnost tohoto GIS systému bude dále využita pro implementaci poloautomatického generování 3D modelů budov MU. 2.2 GIS technologie společnosti ESRI Společnost ESRI byla založena v roce V prvopočátcích působila jako konzultační skupina. Od počátku 80. let se zaměřuje na vývoj softwaru založeném na principech GIS a v současnosti patří mezi největší producenty GIS technologií. Společnost ESRI vyvíjí své produkty tak, aby je bylo možné používat jako konečnou aplikaci a zároveň nad produktem vytvářet aplikace vlastní. Mezi základní produkty společnosti ESRI patří ArcGIS Desktop, ArcIMS, ArcSDE a ArcGIS Server. Produkt ArcGIS Desktop je desktopová aplikace poskytující základní funkce GIS: správu prostorových dat, jejich zobrazování, editaci atd. Serverová technologie ArcIMS umožňuje prezentaci prostorových dat ve webovém prostředí. Aplikační server ArcSDE umožňuje ukládat prostorová data do relačních databázových systémů. ArcGIS Server je platforma pro vývoj klient server aplikací s využitím GIS funkcí z ArcGIS Desktop. Dohromady by tyto aplikace měly pokrýt potřeby práce s geografickými daty od vytváření mapy až po správu mapových služeb. Pro jednoduchost se bude souhrn všech těchto aplikací v dalším textu označovat jako ArcGIS. Tato diplomová práce se zabývá využitím dat stavebního pasportu MU k vytvoření 3D modelů budov. Ke zpracování dat i generování modelů budov se využijí možnosti produktů skupiny Arc- GIS společnosti ESRI. ArcGIS se v první řadě specializuje na práci s daty ve 2D, využívání 3D v GIS aplikacích stojí stále spíše na okraji zájmu a prioritou je 2D kartografie. Důvodem je bezesporu náročnější a nákladnější pořizování podkladů, přesto 3D pomalu ale jistě začíná získávat na důležitosti, a do budoucna se předpokládá jeho velký rozvoj. Z tohoto důvodu se tato diplomová práce využije i jako ověření možností práce se 3D daty v nástrojích ArcGIS. Následující text tedy popíše funkce ArcGIS, které byly využity pro zpracování dat stavebního pasportu MU, nebo které se zabývají daty ve třetím rozměru.

8 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS Formáty dat v produktech ArcGIS Data geografických informačních systémů jsou specifická svou strukturou a variabilitou, geografickými daty může být vektor, rastr nebo také položka v databázi. Geografický informační systém by měl podporovat možnost práce s co největším počtem těchto formátů. V dnešní době je nejrozšířenějším způsobem ukládání dat do databáze a u GIS tomu nemůže být jinak. V případě prostorových dat se do databáze musí ukládat právě i onen prostorový kontext, proto se pro tento typ dat vyvinula speciální forma databáze geodatabáze. Základní požadavek na geodatabázi se samozřejmě vztahuje k ukládání prostorového kontextu. Zároveň by však geodatabáze měla splňovat základní principy databáze, tedy ukládání dat v podobě položek v tabulce, možnost dotazování se pomocí dotazovacího jazyka a také zachování integrity dat. Geodatabáze se nejlépe popíše jako datový model pro ukládání prostorových dat. Geodatabáze dovoluje vkládat a spravovat různé formáty dat, které mají jedno společné prostorový kontext, jedná se například klasické relační tabulky, rastry, vektory, data měření, topologie, geometrické sítě, relace, metadata atd. [7]. Nejrozšířenějším formátem v geodatabázi jsou vektorová data, která se ukládají do feature class. Feature class plní funkci tříd pro objekty obohacené o prostorový kontext, položky v ní mají atributy a může se s nimi pracovat jako s klasickými řádky v tabulkách, jen mají navíc atributy s geometrií uloženou jako objekty typu BLOB. Kromě klasických feature class pro vektorové geometrie typu bod, linie a polygon lze vytvářet také feature class pro uložení specifických objektů anotací a kót. Geodatabáze podporuje víceuživatelský přístup k datům včetně editace a také evidování změn dat v databázi vytvářením různých verzí dat verzování. Z geodatabáze lze exportovat do XML nejen její datový obsah, ale i strukturu. [6] Pro ukládání geodatabáze se používají relační databáze. ArcGIS podporuje dva přístupy ukládání geodatabází: osobní geodatabáze (personal geodatabase) a víceuživatelská geodatabáze. Osobní geodatabáze ukládá data ve formátu Microsoft Jet Engine (MS Access), její velikost je shora omezena na 2 GB. Jak vyplývá z názvu, osobní geodatabáze nepodporuje víceuživatelský přístup ani verzování. Víceuživatelská geodatabáze se ukládá do relačních databázových systémů prostřednictvím aplikačního serveru ArcSDE, více v podkapitole [6] Výše uvedený popis ukládání geodatabáze do relačních databází prostřednictvím produktů firmy ESRI (osobní geodatabáze a ArcSDE) se datuje do doby vzniku této diplomové práce a zmiňuje prostředky v ní použité. V době dokončování práce přichází na trh ArcGIS verze 9.2, na kterou se předchozí text nevztahuje. O novinkách týkajících se geodatabáze v ArcGIS 9.2 se zmiňuje podkapitola Mezi další podporované formáty ArcGIS patří shapefile a coverages, jedná se o souborovou strukturu uložení geometrií. Pro ukládání vizualizovaných dat ArcGIS podporuje datový formát LYR, jedná se o vrstvu, která obsahuje odkaz na zdroj dat s prostorovým kontextem (feature class, shapefile, TIN atd.) a definici symboliky [7] ArcGIS Desktop ArcGIS Desktop představuje základní produkt ESRI pro práci s geografickými daty. Pomocí Arc- GIS Desktop se data mohou vytvářet, editovat, provádět se nad nimi analýzy, spouštět dávková zpracování, definovat vzhled map. Jedná se o soubor několika aplikací, rozšíření doplňující funkčnosti těchto aplikací a technologie automatického zpracování. Všechny nástroje obsažené v ArcGIS STRANA 8

9 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS mají jednotný vzhled a styl ovládaní. Základními aplikacemi ArcGIS Desktop jsou ArcCatalog a ArcMap, ostatní nástroje se dělí do skupin podle rozšíření, ke kterým patří. V tomto textu se bude rozebírat rozšíření ArcGIS 3D Analyst, které umožňuje práci s daty v prostoru, a rozšíření Data Interoperability. Obě zmíněná rozšíření se využívala při generování 3D modelů budov ArcCatalog Ústředním nástrojem ArcGIS Desktop je ArcCatalog, který v první řade slouží ke správě prostorových dat. ArcCatalog umožňuje data vyhledávat, vytvářet nad nimi analýzy, definovat jejich základní strukturu. V ArcCatalog lze pro prostorová data vytvářet a spravovat metadata. Pomocí něj se můžeme připojit k serverovým technologiím ESRI a prohlížet si data z geodatabáze a služby ArcIMS. Součástí aplikace je také soubor doplňujících funkcí tzv. ArcToolbox rozšiřující funkcionalitu Arc- GIS Desktop. Spouštění funkcí z ArcToolbox probíhá podobně jako dávkové zpracování, zadají se vstupní a výstupní data a funkce se provede. ModelBuilder, další součást ArcCatalog, pak umožňuje jednotlivé funkce ArcToolbox mezi sebou skládat do dataflow diagramů a provádět tak na datech jednoduše a pohodlně i složitější zpracování ArcMap Možnosti editace dat zajišťuje aplikace ArcMap. Data se musí nejprve k aplikaci připojit, což se provádí vytvořením mapové vrstvy (datový formát LYR). Pomocí vrstev lze připojit současně více dat i z různých formátů a zpracovávat je zároveň. Druhou důležitou vlastností ArcMap po editaci jsou jeho kartografické funkce. Z připojených dat je možné vytvořit plnohodnotnou mapu podle vlastních požadavků, kartografická část obsahuje širokou škálu možností jak nastavovat vzhled zobrazovaným datům. Vytvořené mapy se následně ukládají jako MXD dokumenty aplikace Arc- Map nebo po jednotlivých vrstvách jako LYR soubory se zachováním nastaveného vzhledu. Případně se mapy mohou exportovat do jiných formátů, v nabídce má ArcMap nejběžnější formáty, například PDF či PNG Rozšíření Data Interoperability Prostorová data se mohou pořizovat v různých datových formátech, kterých existuje velké množství. Některé jsou vzájemně kompatibilní nebo se dají mezi sebou převádět, některé nikoli. Geografické informační systémy by měly být schopné pracovat se širokým spektrem různých formátů. Proto se přenositelnosti dat (datové interoperabilitě) mezi různými systémy přikládá v GIS velká důležitost a implementaci co neuniverzálnějšího přístupu k prostorovým datům se věnuje nemalé úsilí. Maximální možná nezávislost systému na formátu dat je cílem každého GIS. Nejinak je tomu také v případě ArcGIS. Rozšíření Data Interoperability umožňuje pracovat s nepodporovanými datovými formáty dvěma způsoby. První možnost je realizována vytvořením přímého připojení do daného souboru v aplikaci ArcCatalog. Toto připojení slouží pouze ke čtení dat. Při vytváření připojení je možné zadávat jeho parametry a mírně tím ovlivnit formát připojených dat. Jedná se spíše o estetické změny sloužící například pro lepší orientaci v atributové části dat. Po vytvoření tohoto přímého připojení k datům v aplikaci ArcCatalog budou připojená data dostupná i v jiných aplikacích řady ArcGIS Desktop. Například po otevření ArcMap se pomocí funkce Add Data zpřístupněná data vloží do MXD dokumentu jako nová vrstva. STRANA 9

10 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS Druhým způsobem využití Data Interoperability jsou jeho funkce Quick Import a Quick Export dostupné jako součást ArcToolbox. Pomocí funkce Quick Import se data z nepodporovaného formátu dají převést na data některého z podporovaných formátů a naopak v případě funkce Quick Export. Funkcím stačí zadat formát vstupních a výstupních dat, souřadný systém, který se nastaví výstupním datům, a funkce data převede. Navíc lze převodu nastavit parametry, které data určitým způsobem upraví. Možnosti těchto parametrů jsou různé, závisí na formátu, jenž se převádí. Například datům ve formátu DWG se může specifikovat, zda se má do geodatabáze převést pouze atributové schéma, pouze geometrie nebo obojí Rozšíření ArcGIS 3D Analyst Pro podporu 3D dat v rámci ArcGIS Desktop bylo navrženo rozšíření ArcGIS 3D Analyst, pod kterým se skrývá hned několik nástrojů. V první řadě se jedná o rozšíření funkčnosti v aplikacích ArcCatalog a ArcMap, dále se pod hlavičkou tohoto rozšíření skrývají dvě aplikace umožňující zobrazovat 3D data: ArcScene a ArcGlobe. V těchto nástrojích není implementována editace dat, což je asi největším nedostatkem ArcGIS pro 3D. Klasická editace je umožněna pouze v ArcMap, který má naopak omezené možnosti vizualizace v trojrozměrném prostoru Data v trojrozměrném prostoru 3D data mají prostorový kontext doplněn o třetí souřadnici, která jej přesune z roviny do trojrozměrného prostoru. ArcGIS podporuje následující formy 3D dat: rastr, TIN, 3D feature class a 3D shapefile, pouze těmto formátům lze v ArcGIS nastavit jejich prostorovému kontextu třetí souřadnici. Rastry a TIN objektů se nejčastěji využívají k reprezentaci modelů terénu na základě naměřených výšek (třetích souřadnic). Ve 3D feature class a shapefile se ukládá prostorový kontext standardních vektorových geometrií (bod, linie, polygon) v prostoru. Vektorové geometrie jsou tvořeny lomovými body, třetí souřadnice se může nastavit pro každý lomový bod geometrie zvlášť. Ve zmíněných 3D datových formátech však nelze vytvořit těleso. Tento nedostatek nahrazuje Arc- GIS možností takovéto těleso reprezentovat pomocí vizualizace. Datům obsahujícím prostorový kontext se v aplikaci ArcScene může nastavit vzhled, který geometrii vlastně zvedne o určitou výšku a vytvoří tak iluzi tělesa. Detailněji se tyto možnosti vizualizace popisují v podkapitole D ArcCatalog V aplikaci ArcCatalog rozšiřuje 3D Analyst zobrazování dat v hlavním okně Preview o možnost 3D zobrazování. Kromě standardních pohledů na tabulku a geografickou část dat přibyly dva nové pohledy: Globe View a 3D View. Oba pohledy odpovídají základním možnostem zobrazování aplikací ArcGlobe respektive ArcScene, se kterými se váží také stejnojmenné panely nástrojů přidávající oběma pohledům funkce navigace v mapě a pohodlného spouštění aplikace ArcScene. Samozřejmostí jsou funkce týkající se správy 3D dat. Kromě klasických 2D formátů umožňuje ArcCatalog vytvářet také 3D verze formátů feature class a shapefile, taktéž lze vytvořit novou vrstvu (layer) nad 3D daty a nastavit jí základní vlastnosti. Nad těmito daty se pak mohou spouštět dávky automatického zpracování z nabídky ArcToolbox nebo v ModelBuideru. STRANA 10

11 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS D ArcMap Jak již bylo zmíněno, pomocí ArcMap se mohou 3D data vytvářet a editovat, ale možnosti jejich zobrazování jsou omezené, což při editaci 3D dat vyžaduje neustálé přepínání mezi aplikacemi ArcMap a ArcCatalog, kde se dají data poměrně rychle zobrazit. Jinak je práce se 3D v ArcMap pohodlná; po editaci dat 2D formátu lze rovnou na základě těchto dat vytvořit nový 3D formát a pokračovat v editaci. Například lze nastavovat třetí souřadnice jednotlivým lomovým bodům geometrií. Samozřejmě jsou z ArcMap dostupné funkce převodu mezi jednotlivými 3D datovými formáty (rastr, TIN, feature class) a analytické funkce, které budou podrobněji popsány v textu vztahujícím se k aplikaci ArcScene ArcGlobe Aplikace ArcGlobe má představovat vizualizaci 3D dat na reálném zemském povrchu, tedy povrchu tělesa podobnému kouli. Data se připojují podobně jako v ArcMap ve formě vrstev a opět lze využít data všech podporovaných formátů. Data se zobrazují dynamicky, aplikace je zobrazuje podle úrovně přiblížení ve vhodném měřítku [1]. Zatím se tato aplikace nachází spíše na okraji zájmu mezi aplikacemi ArcGIS, ale s přibývajícími nároky na zobrazování dat ve 3D se očekává její rozvoj. ArcGlobe je velmi specifický svými nároky na strukturu dat, proto se zatím pro vizualizace 3D dat spíše využívá aplikace ArcScene ArcScene Na rozdíl od ArcGlobe zobrazuje ArcScene data v prostoru s rovinnou základnou. ArcScene podporuje stejné datové formáty jako ArcMap a samozřejmě v něm lze prohlížet i 2D data. Aplikace dokáže zobrazit 3D datové formáty v trojrozměrném prostoru, jak již bylo řečeno, jedná se o tyto formáty definující prostorový kontext pomocí tří souřadnic: TIN, rastr, 3D feature class, 3D shapefile. Dále má ArcScene implementovány možnosti prostorové analýzy nad 3D daty, 3D data lze porovnávat mezi sebou, pro tyto účely jsou do analytických nástrojů zařazeny algebraické funkce. Například lze jednoduše získat základní data o modelovaném prostoru: obsah plochy, kterou zabírá projekce 3D prvku do roviny, velikost plochy celkového povrchu nebo objem prostoru, ve kterém je prvek umístěn [1]. Podobně jako v ostatních aplikacích má i ArcScene zavedeno vyhledávání v datech. Uživatel si může zvolit, zda bude vyhledávat podle atributů nebo podle umístění geometrie. Vybrané objekty se zvýrazní a nad tímto výběrem se mohou opět provádět další výběry nebo analýzy. S analýzami a vyhledáváním dat v prostoru se úzce váže také vizualizace dat, podrobněji se tímto tématem zabývá podkapitola TIN Pro reprezentaci povrchů má 3D Analyst implementovány tzv. TIN objekty. Jedná se vlastně o triangulace povrchů polygonů, kdy se povrch v trojrozměrném prostoru modeluje pomocí sítě trojúhelníků. Jednotlivé trojúhelníky tvoří vrcholy, které reprezentují naměřené hodnoty. Čím více existuje naměřených hodnot, tím podrobnější a přesnější je triangulační model povrchu. Triangulace je jednou z nejběžnějších metod, jak digitálně popsat povrch objektu, používá se spíše při komprimacích povrchů různých těles, ale lze ji využít i pro vytváření povrchu ze sítě bodů. V aplikaci ArcScene lze TIN objekty vytvářet z již zmíněné sítě bodů nebo je možné k vytvoření využít rastrových dat. TIN objekty také mohou posloužit jako podklad pro mapování rastrových dat do 3D. Na STRANA 11

12 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS TIN ve 3D lze namapovat 2D rastr [1]. Tato úprava rastru je však pouze dočasným nastavením vzhledu (symboliky), souřadnice se při ní nemění a výsledek se pro uchování musí uložit jako mapová vrstva (soubor LYR). Nad triangulací se v ArcScene mohou vytvářet analýzy povrchu a lze v nich také vyhledávat konkrétní hodnoty. Na rozdíl od rastru je TIN vhodný pro práci ve velkém měřítku. [1] Obrázek 2.1: Příklad triangulace [6] Rastry Rastrová reprezentace povrchů se ukládá ve formátu mřížky, což je matice buněk (pixelů) o stejné velikosti umístěných v rovině nebo v prostoru [1]. Přesnost rastru je dána velikostí buněk, které jsou v mřížce umístěny pomocí souřadnic. Každá buňka obsahuje hodnotu určující například barevnost buňky nebo hodnotu měření. Podobně jako u TIN objektů se v rastrech mohou vyhledávat nějaké konkrétní objekty nebo hodnoty. ArcGIS 3D Analyst umožňuje vytvořit rastrové reprezentace povrchu dvěma způsoby: interpolací a konverzí z TIN objektu. Konverze z TIN na rastr je jednoduše implementovaná, stačí nastavit parametry. V geometrii se interpolace používá k vytváření linií nebo polygonů prokládáním bodů. Pokud výstupem interpolace mají být rastrová data, nelze uskutečnit prokládání bodů jednoduše jako v případě vytváření jiné vektorové geometrie nebo TIN. Interpolace se musí provádět s ohledem na pravidelnost buněk v rastrové mřížce, nelze pouze pospojovat body. Předpokládá se, že se bude STRANA 12

13 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS interpolace na rastr provádět nad daty nějakého měření (výškopis, srážky, atd.), výsledek měření bude tedy v podobě sítě bodů, které v sobě nesou naměřené hodnoty. Aby se síť bodů mohla převést na rastr, musí se pixely rastru dopočítat (přiřadit jim hodnoty podle vstupní množiny vzorových bodů). Obecně se tento problém řeší pomocí takzvaných roztahovacích algoritmů, pixelům se dopočítávají hodnoty podle jejich vzdálenosti od vzorových bodů. Pro vytváření nových pixelů interpolací existuje mnoho algoritmů, některé z nich má implementován ArcGIS 3D Analyst, stačí si jen zvolit nejvhodnější. [1] Vizualizace a animace Jak již bylo zmíněno, v ArcGIS nelze namodelovat tělesa. Aplikace ArcScene však umožňuje v rámci nastavení symboliky vrstvám přidat zobrazované geometrii třetí souřadnici respektive jí nastavit výšku. Vytvoří se tak vlastně 3D symbolika pro 2D geometrie. Existují tři možnosti jak pomocí vzhledu zobrazit geometrii v prostoru a nastavit jí tím výšku. První možností je namapování 2D geometrie na 3D terén. Druhou možnost představuje nastavení výšky podle nějaké defaultní hodnoty nebo podle hodnot v atributech. Třetí možností je zvednutí geometrie do určité výšky, která se opět může získat z atributu nebo nastavit přímo. Pouze pomocí třetí možnosti jsme schopni vytvořit v ArcGIS těleso, tedy spíše iluzi tělesa. Tuto vlastnost ArcGIS označme jako Extrude. Extrude lze aplikovat také na prvky s 3D geometrií. Všechny tři zmíněné možnosti se mohou mezi sebou libovolně kombinovat. Obrázek 2.2: Aplikace funkce Extrude Vytvořené vrstvy se 3D daty lze dále upravovat pomocí kartografických funkcí, ArcScene nemá implementováno tak široké spektrum těchto funkcí jako aplikace ArcMap, pro potřeby práce s 3D objekty však jsou dostačující. U 3D dat se předpokládá, že se budou jednotlivé vrstvy v různých výškách umisťovat nad sebe (případně přímo na sebe), proto se nejvíce funkcí týká možností vzájemného rozlišování vrstev. Pro přehlednější vykreslování se objektům kromě barvy přidá také stínování, vyniknou tak kontury, odliší se tím od sebe jednotlivé stěny těles nebo plochy pod různými úhly. Úhel, ze kterého se prostor s daty začíná stínovat, lze v aplikaci měnit, nejinak je to také s intenzitou stínování. Umístění v prostoru umožňuje prohlížení objektu z mnoha úhlů. Panel nástrojů s funkcemi navigace se rozšířil o možnost libovolného rotování zobrazovaných objektů kolem své osy. Pro potřeby STRANA 13

14 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS této diplomové práce je určitě zajímavá funkce Fly, která umožní létat nejen nad nějakým povrchem ale také uvnitř budovy. Potřebám 3D se přizpůsobilo také zoomování. Všechny tyto navigační funkce se mohou využít pro vytvoření animace. Díky panelu nástrojů Animation se navigování ve 3D scéně může nahrávat a následně uložit do formátu AVI. Natočený film je pak libovolně dostupný k prohlížení bez nutnosti mít nainstalovaný GIS systém. 3D scéna se také může exportovat do VRML modelu ArcSDE V současné době je již zřejmě nemyslitelné efektivně spravovat větší objemy dat jinak než v databázi. To samozřejmě platí i pro data geografických informačních systémů, které pracují s vektorovými nebo rastrovými daty. Z tohoto důvodu vytvořila společnost ESRI aplikační server ArcSDE umožňující ukládat prostorový kontext do relačních databází (dále DBMS) a spravovat je tak, aby byly pokryty veškeré nároky na práci s prostorovými daty [5]. Samozřejmě se nesmí zapomenout ani na uchovávání dat v souborovém systému, které je dnes spíše na ústupu, ale mohou nastat situace, kdy se bez něj neobejdeme. ArcSDE podporuje obě možnosti přístupu k datům, a tedy ArcSDE jako takové tvoří vlastně dva ve své podstatě nezávislé servery: ArcSDE for DBMS a ArcSDE for Coverages. ArcSDE for DBMS podporuje čtyři relační databázové systémy Oracle, MS SQL Server, Informix, IBM DB2. Jak již bylo zmíněno, ArcSDE je aplikačním serverem samozřejmě ušitým na míru potřebám společnosti ESRI a v podstatě společně s datovým uložištěm tvoří jádro systému, který si můžeme poskládat z produktů, které nám ESRI nabízí. Plní vlastně funkci mezivrstvy ve třívrstvé architektuře klient-server a zprostředkovává data například pro ArcGIS Desktop aplikace nebo pro webové služby ArcIMS. K relační databázi může přistupovat ArcSDE přímo nebo přes aplikační server dané relační databáze. Přístup přes aplikační server přináší výhodu rychlejší komunikace s DBMS. V případě přímého přístupu k databázi ArcSDE plně nahradí její aplikační server. Tato druhá možnost usnadňuje instalaci popřípadě konfiguraci aplikačního serveru, na druhou stranu převádí část zátěže ze serveru na klienta a vyžaduje tedy vyšší výkonnost klientských stanic. V rámci správy dat stojí za zmínku možnost víceuživatelského přístupu k tabulkám databáze a verzování. Pro prostorová data geografických informačních systémů má ArcSDE implementovánu objektovou nadstavbu, která tato data uživateli zpřístupňuje vlastně ve dvou složkách. Jako tabulku s objekty se zachovanými principy práce s relační tabulkou, zejména s dotazováním. Druhou složku těchto dat pak tvoří jejich prostorový kontext. Při ukládání prostorových dat do relační databáze může ArcSDE využít objektových rozšíření databází (např. Oracle Spatial) o geometrické datové typy nebo využívá rozšíření datových typů (např. BLOB nebo uživatelské datové typy), záleží na typu DBMS. Jiným případem je ukládání rastrových dat. Rastr se nejprve rozdělí na jednotlivé buňky (metodou podobnou gridové) a do databáze se ukládají buňky jako datový typ BLOB. Na veškerá v databázi uložená data se můžeme dotazovat, protože ArcSDE dodržuje standard ISO SQL 3 MM Spatial a podporuje jak datové typy tohoto standardu, tak i typy specifikované v OGC Simple Features SQL specification. ArcSDE for Coverages slouží k zpřístupnění vektorových dat uložených v souborech (shapefiles, coverages, layers). Jedná se vlastně o unifikaci přístupu k souborovým datům, ta však jsou dostupná pouze pro čtení. Další funkcí ArcSDE je umožnění migrace mezi víceuživatelskou databází, osobní STRANA 14

15 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS geodatabází a coverages. V případě souborových dat se musí provádět export, kterým ArcSDE převádí vektorová data uložená v souborech na data uložená ve feature class v geodatabázi. I tato data můžeme pouze číst. Nástroje pro umožnění migrace nalezneme v ArcCatalogu. Výše uvedená fakta popisovala obecně možnosti ArcSDE, v dalším textu se zaměříme konkrétně na aktuální verzi ArcSDE 9.1. Verze 9.1 přinesla rozšíření podporovaných platforem (např Sun Solaris, HP-UX,...), podporu přístupu k DBMS např. OGC Simple Features SQL specification pro DB2 a Informix a přímý přístup ArcSDE k databázi pro tytéž databázové stroje. Podporované formáty rastrových dat se rozrostly o JPG Zobrazování rastrů může probíhat pyramidově, což proces vykreslování značně urychluje. Princip pyramidy spočívá v tom, že při ukládání rastru do databáze jej ArcSDE konvertuje na formát ArcSDE raster format s předem definovanou velikostí a následně se vytvoří pro tento rastr index. Postup ukládání daného rastru se opakuje s tím rozdílem, že daný rastr se ukládá stále více podrobněji (jednotlivá patra mají pro uložení nastavenu postupně se zvětšující možnou velikost souboru), nebo se rastr může rozdělovat na několik částí, kterým se opět postupně při ukládání zvětšuje podrobnost. Takto vytvořená posloupnost obrázků se také přidává do indexu. Při následném vyhledávání v mapě se indexem postupně zanořujeme do pyramidy, tedy nevykreslujeme pokaždé celý rastr, ale jen jeho menší klon nebo část. V současnosti je před dokončením nová verze ArcSDE 9.2. ArcSDE se přizpůsobilo současnému trendu na trhu databázových systémů, kde se velmi rozrostla nabídka méně robustních systémů určených omezenému množství uživatelů a s nižší cenou, než jaká je obvyklá u plně funkčního systému bez jakýchkoli omezení. Proto ArcSDE přichází s dvěma novými verzemi aplikačního serveru pro DBMS MS SQL Server 2005 Expres. Jedná se o ArcSDE Personal, které bude součástí balíku ArcGIS Desktop jako volitelná komponenta bez požadavku na zvláštní licenci. ArcSDE Workgroup se zaměřuje na použití v malých firmách, má omezen počet současně pracujících uživatelů na 10 a je licencován. Obě verze budou umožňovat provádění verzované editace, používání historie a vícestupňové replikace. Při jejich instalaci se nainstaluje i databáze SQL Server Expres. Správa databáze se bude provádět přes ArcCatalog. Další novinkou je možnost ArcSDE plně využít funkčnost, kterou nabízí datový typ Oracle Spatial a rozšířila se také podpora prostorového rozhraní Spatial SQL pro Oracle. [6] ArcObjects a geoprocessing, ArcGIS Engine Kromě klasického uživatelského přístupu k nástrojům skupiny ArcGIS je možné k práci využít vývojovou platformu ArcObjects. Systém ArcGIS je založen právě na technologii ArcObjects, proto lze pomocí ní zpřístupnit veškeré možnosti ArcGIS pro vytváření vlastních aplikací nebo rozšiřování stávající funkcionality. Využívat ArcObject se může několika způsoby. Ten nejjednodušší způsob spočívá ve vytváření dávek přímo v prostředí ArcGIS Desktop. Všechny aplikace spadající do řady ArcGIS Desktop případně jeho rozšíření mají implementovánu možnost spouštění dávek přímo v aplikaci. K tomuto účelu všechny obsahují nástroj Visual Basic Editor, ve kterém se mohou vytvářet skripty pomocí kombinace programovacího jazyka Visual Basic for Aplication (VBA) a souboru knihoven ArcObjects. Zpracovávat se mohou přímo připojené mapové vrstvy aplikace (například v ArcMap), kdy se data vyhledávají v otevřeném mapové dokumentu nebo se data vyhledají a načtou z datového uložiště. Součástí technologie ArcObjects jsou také objekty, které mohou do skriptu zakomponovat funkce již vytvořené pro ArcToolbox, například lze pomocí nich spustit funkce rozšíření Data Interoperability. STRANA 15

16 KAPITOLA 2 TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ GIS Další možnost programování pomocí ArcObjects nemusí využívat prostředí VBA, k vytváření vlastních rozšíření skupiny ArcGIS se může použít libovolné vývojové prostředí, které podporuje Microsoft Component Object Model (COM). Vlastními rozšířeními jsou myšleny například nové panely nástrojů, jejich funkce a ikony či příkazy. Vytvořené rozšíření se pak jednoduše přidá do vybrané aplikace jako knihovna DLL. Třetí možností je nespojovat vlastní programy s aplikacemi skupiny ArcGIS, ale vyvíjet je samostatně v některém z prostředí.net, Java, COM nebo C++. K tomuto účelu slouží nástroj ArcGIS Engine. Což je v podstatě soubor knihoven ArcObjects, které lze využít bez nutnosti instalace ArcGIS Desktop. Stačí pouze na vývojový stroj nainstalovat ArcGIS Engine Runtime. ArcGIS Engine obsahuje veškeré možnosti práce s prostorovými daty jako ArcObjects. ArcGIS Engine má také implementovány některé prvky uživatelského rozhraní známé z ArcGIS, nemusí se tedy znovu vytvářet, což ocení uživatelé zvyklí pracovat s ArcGIS Desktop. Podobně jako ArcGIS Engine má vývojové možnosti implementované také nástroj ArcGIS Server. V tomto případě je však soubor knihoven pro vývoj umístěn na serveru, požadavky odeslané klientem vývojářem se tedy zpracovávají přímo na serveru. [6] STRANA 16

17 3 Datový model 3D geografické databáze 3.1 2D datový model geodatabáze budov a místností V roce 2004 vypracovala Mgr. Lenka Horáčková diplomovou práci na téma: Modelování geografických databází. Hlavním cílem této diplomové práce bylo vytvoření geodatabáze budov a místností, která by obsahovala také objekty s geometrií, a tím umožňovala jejich zobrazování. V této diplomové práci se ověřovaly dva způsoby tvorby datových modelů: model s relačními vazbami mezi objekty a model s prostorovými vazbami, které se dají verifikovat na základě topologických pravidel. Modely se vytvářely v prostředí nástroje MS Visio, ve kterém lze model vyexportovat do formátu XML a na jeho základu vytvořit geodatabázi. Datový model v prostředí MS Visio je již navržen tak, aby z něj bylo možné vygenerovat geodatabázi pro prostředí nástrojů ArcGIS firmy ESRI. Entity datového modelu se vytvářely na základě dekompozice budov a místností na jednotlivé konstrukční prvky, ze kterých se budovy skládají. Analýza se opírala o definice stavebních prvků a jejich zobrazení ve stavebních výkresech, které se pořizují ve 2D. Na závěr se navržená geodatabáze ověřila na datech stavebního pasportu. [3] Součástí této diplomové práce je rozšíření datového modelu navrženého Mgr. Lenkou Horáčkovou o 3D geometrie stavebních prvků. V modelu zůstaly zachovány všechny 2D objekty, došlo pouze k přidání třetí souřadnice stavebním prvkům, třetí souřadnice je zde reprezentována výškami stavebních prvků. Do změn v modelu se promítly také odlišné pohledy autorů na budovy a stavební prvky, ze kterých se skládají. Tato diplomová práce se zaměřuje na zpracovávání konkrétních stavebních výkresů, které byly pořízeny pro potřeby Masarykovy univerzity, proto pohled na stavební prvky v budovách může být místy příliš ovlivněn zkušenostmi s konkrétními daty. Do modelu tak zasáhly drobné úpravy, jenž model přizpůsobují více stavebním výkresům zpracovávaným v této diplomové práci a také získaným zkušenostem při předchozích pracích se stavebním pasportem MU. V době vzniku diplomové práce Mgr. Lenky Horáčkové se s pracemi na stavebním pasportu teprve začínalo, proto byl původní model založen obecněji, než je tento současný. Prvním krokem procesu rozšiřování datového modelu geodatabáze budov a místností muselo být samozřejmě velmi dobré seznámení s původním 2D datovým modelem. Pochopení proč jsou které objekty takto navrženy místy nebylo snadné, protože výkresy stavebního pasportu někdy realitu příliš zjednodušovaly. Například se v datovém modelu konstrukce nedělí pouze na horizontální a vertikální jako ve výkresech stavebního pasportu MU, ale třeba také v případě vertikálních konstrukcí na nosné a příčky. Datový model se snaží maximálně odpovídat realitě, měl by tedy obsahovat všechny stavební prvky, ze kterých se budova skládá, a měl by přesně odpovídat prvkům zakresleným ve stavebních výkresech. Stavební výkresy však zobrazují i abstraktní prvky, které nejsou hmotné (otvor, prostor otevírání dveří). Tyto objekty mají většinou informativní charakter nebo slouží k orientaci uvnitř budovy. Měly by se do modelu zahrnout i tyto objekty, přestože nejsou součástí konstrukce budovy? To záleží na tom, jakou funkci plní při vytváření pomyslného modelu budovy z jednotlivých entit datového modelu. Například zobrazení prostoru otevírání dveří není konkrétní objekt část budovy a

18 KAPITOLA 3 DATOVÝ MODEL 3D GEOGRAFICKÉ DATABÁZE jeho funkce je čistě informativní, proto nebyl do datového modelu začleněn, ačkoli tento objekt má geometrii a obsahují jej také stavební výkresy. Jiným příkladem jsou otvory ve stavebních konstrukcích, měly by být zakreslovány či modelovány nebo nikoli? Otvory plní důležitou roli při vytváření stavebních konstrukcí, s konstrukcemi jsou úzce svázány. Bez nich není možné vymezit přesnou polohu výplně v konstrukci, ani přesně namodelovat tvar konstrukce, proto se tato entita zakomponuje do datového modelu D rozšíření datového modelu geodatabáze Součástí kapitoly 2 bylo seznámení s možnostmi práce s 3D objekty v prostředí ArcGIS, které jsou přece jen značně limitované. Tento fakt by se neměl odrazit v datovém modelu a návrhu geodatabáze budov a místností. V této kapitole se také mluvilo o široké variabilitě formátů vstupních dat pro geografické informační systémy. Možnosti práce s 3D prostorovými daty nabízí velké množství různých aplikací, které 3D objekty modelují různými způsoby a pomocí různých prostředků. Jaký druh 3D objektu se zvolí pro jaký stavební prvek může být velmi různorodé, proto jsem se v modelu snažila zachovat co největší všestrannost 3D geometrií. Zároveň je potřeba si uvědomit, že nejde o převedení 2D datového modelu na 3D model, ale o jeho rozšíření o 3D geometrie stavebních prvků. Nelze jednoduše nahradit jeden druh geometrie za druhý, ani ke každému objektu s geometrií v rovině přiřadit objekt s geometrií v trojrozměrném prostoru. Někdy totiž k danému stavebnímu prvku existuje pouze jedna z geometrií. V původním datovém modelu navrženém v prostředí MS Visio se pro přehlednost barevně odlišují entity bez geometrie a entity s geometrií. Entity bez geometrie jsou dědici třídy Object a zvýrazňují se zelenou barvou. Entity s geometrií dědí ze třídy Feature, označují se barvou modrou. [3] Rozlišují se dva druhy geometrií: půdorysy a obecný druh jiné než půdorysné geometrie. Tyto dva druhy geometrií se od sebe v modelu opět vizuálně odlišují, jak naznačuje Obrázek 3.1. Obrázek 3.1: Barevné rozlišení entit datového modelu STRANA 18

19 KAPITOLA 3 DATOVÝ MODEL 3D GEOGRAFICKÉ DATABÁZE Půdorys Ve stavebnictví je půdorys plán, který ukazuje rozmístění jednotlivých místností budovy v konkrétním podlaží [4]. Půdorys se podobá mapě. Je to pohled shora a znázorňuje umístění a tloušťku jednotlivých stěn a příček. Pro stavební výkresy pasportu MU byla stanovena výška 1 metr nad podlahou a tvar půdorysu se zakresloval na základě tvaru stavebního prvku v této výšce. Při striktním dodržování tohoto pravidla, by však výkresy nebyly úplné, některé důležité stavební prvky do linie 1 metru nad podlahou nemusí zasáhnout (například okna). Pokud tento případ nastane, dostává přednost zakreslení stavebního prvku. Pojem půdorys ve výše popsaném významu se používá také v Čítance stavebních výkresů [2]. Většinou se však půdorysem myslí, projekce geometrie v prostoru do roviny o nulové výšce, v případě tělesa geometrii jeho základny. V původním datovém modelu se entitami s půdorysem šetří, takže okna či příčky mají přiřazenu obecnou geometrii. Pokud se geometrie označí za půdorys, lépe se představí reálný stavební prvek, který byl předlohou pro vytvoření půdorysu. Půdorys v sobě vlastně nese konkrétnější informace o objektu. Proto se v upraveném modelu entity s geometrií typu půdorys rozšířily. Obecné 2D geometrie se použily pouze pro popis objektů, které v prostoru nejsou tvořeny jednoduchými tělesy například geometrie obložení stěn. Termín jednoduché těleso se zde zadefinuje spíše intuitivně, bude záležet na každé konkrétní geometrii stavebního prvku, zda se označí jako jednoduché těleso nebo jako obecná 3D geometrie. Jednoduchým tělesem se rozumí těleso, z jehož půdorysu (projekce do roviny) bude stále možné několika jednoduchými úpravami vytvořit opět původní těleso (nastavení třetí souřadnice půdorysu). Příklady jednoduchých těles: krychle, kvádr, krychle s jednou zkosenou stěnou, jehlan, těleso stavebního prvku rampa atd D geometrie Geometrii v prostoru nemusí být jednoduché popsat. Objekt v prostoru může nabývat různorodých tvarů. Například celá konstrukce schodiště nebo zvláštní architektonický prvek nelze popsat jednoduchou geometrií v prostoru a už vůbec je nelze popsat pouze pomocí půdorysu tak, aby bylo na první pohled jasné, co půdorys představuje. Proto se pro potřeby datového modelu zavedou pouze dvě 3D geometrie. Stavebním prvkům, které je možné popsat pomocí jednoduchého tělesa, se přiřadí entita s geometrií těleso. Ostatním stavebním prvkům se v datovém modelu přiřadí entita s geometrií obecná 3D geometrie. Obecnou geometrií v prostoru se rozumí jakýkoli objekt ve 3D, který nelze označit za jednoduché těleso. Například se pomocí této geometrie dá vytvořit zjednodušený model šikmé konstrukce, zábradlí nebo elektrické zásuvky ve smyslu vybavení místnosti. Poslední typ geometrie ve 3D je poněkud specifický, nepopisuje objekt v prostoru ale pouze jeho povrch. Jedná se o triangulaci, která by v modelu neměla chybět, jelikož má obrovskou vypovídací hodnotu. Co jiného použít pro znázornění různých obložení stěn nebo podlahových krytin. Bohužel se v současnosti nedají TIN objekty do geodatabáze v prostředí ArcGIS uložit, proto nemohou být ani součástí datového modelu. V ArcGIS verze 9.2 již bude možné TIN do geodatabáze vložit a počítá se s přizpůsobením datového modelu této skutečnosti. Všechny entity s 3D geometrií (těleso, obecná 3D geometrie) mají dědičnou vazbu na třídu Feature a barevně se odlišují (viz Obrázek 3.2). STRANA 19

20 KAPITOLA 3 DATOVÝ MODEL 3D GEOGRAFICKÉ DATABÁZE 3.3 Objekty s 3D geometrií Obrázek 3.2: Barevné rozlišení entit s 3D geometrií Největší komplikace při doplňování datového modelu způsobilo vyřešení souběžné existence geometrie v rovině i v prostoru u jednoho stavebního prvku, respektive možnost samostatné existence půdorysu stavebního prvku bez jeho tělesa. Jaký je vztah mezi těmito geometriemi? Může 2D geometrie existovat bez své prostorové předlohy? Pokud bych nebrala v úvahu to, jakými daty se bude geodatabáze vytvořená na základě tohoto datového modelu plnit, nejspíš by datový model vypadal trochu jinak. Například půdorys je projekcí tělesa do roviny, pokud stavební prvek má namodelováno své těleso, je půdorys tímto tělesem přesně definován a lze jej kdykoli z tělesa odvodit. Proto ze vztahu půdorys těleso obecně vyplývá, že půdorys nemůže bez tělesa existovat, a je vlastně jeho součástí. První vazba mezi entitami Těleso a Půdorys, která každého napadne, bude jistě kompozice. V reálném zpracování prostorových dat, by to však znamenalo, že ke každému stavebnímu prvku se nejprve pořídí jeho těleso (případně jiná prostorová geometrie) a z něj se pak odvodí jeho 2D geometrie. 1 Situace s reálnými daty je však diametrálně odlišná, do geodatabáze se vkládají nejprve 2D geometrie stavebních prvků a pak se (možná) vloží také jejich 3D geometrie. Proto se tato diplomová práce snaží o trochu nelogickou věc získání těles na základě jejich půdorysů. A činí tak navzdory jednomu zásadnímu faktu, že půdorys nemůže definovat těleso, lze z něj získat jen hrubou představu o skutečném tvaru stavebního prvku. Z tohoto důvodu nelze mezi 3D geometrií a 2D geometrií náležící jedné entitě vytvořit v datovém modelu kompozitní vazbu jedním ani druhým směrem, ačkoli jsou jinak tyto geometrie úzce spjaty a jedna vlastně může tvořit druhou, v datovém modelu je spojuje pouze příslušnost k jednomu stavebnímu prvku. Následující část kapitoly se zabývá konkrétními změnami a úvahami, které vedly k rozšíření datového modelu o 3D geometrie stavebních prvků. 1 Vztah těleso půdorys se uvažuje jako příklad vztahu mezi 3D a 2D geometrií STRANA 20

21 KAPITOLA 3 DATOVÝ MODEL 3D GEOGRAFICKÉ DATABÁZE Budova a místnosti Datový model jsem vytvářela na základě dekompozice budovy na konkrétní stavební prvky. Model budovy lze tedy poskládat z těles jednotlivých stavebních prvků, není proto třeba modelovat samotné těleso budovy. Stejný případ je i těleso podlaží, modelovat těleso jednoho podlaží opět nemá význam. Tělesa budovy a podlaží se přirozeně vymodelují pomocí ostatních stavebních prvků. Tělesa podlaží a budovy by nepodávala o svých entitách žádné relevantní informace. Naopak půdorys budovy může sloužit k výpočtu velikosti zastavěné plochy, což je podstatná informace, která určitě najde své využití. K entitám budova a podlaží se proto budou udržovat pouze jejich půdorysy. U entity místnost opět zůstane zachována geometrie půdorysů, ze kterých se mohou odvodit například plochy místností. Ačkoli existence tělesa místnosti se nejprve zdála zbytečná jako u budovy a podlaží, nakonec bylo těleso místnosti do modelu zařazeno. Těleso místnosti se využije k identifikaci místnosti při nějaké formě vyhledávání v budově nebo k zobrazení skutečného tvaru místnosti v podlaží. Zejména u vícepodlažních místností by měl jít ověřit skutečný prostor, který místnost zabírá Otvory Asi největším zásahem do původního datového modelu bylo zavedení entity Otvor. Otvorem se myslí otvor uvnitř stavební konstrukce, můžeme si jej představit jako přerušení konstrukce za nějakým účelem (k umístění okna, vytvoření průchodu, průduchu atd.). Otvorem například není prostor mezi stěnami místnosti. Rozlišují se otvory v horizontální konstrukci a ve vertikální konstrukci, toto rozdělení se zavedlo pouze pro přiřazení otvoru k dané konstrukci. Jinak mezi otvorem v horizontální a vertikální konstrukci není zásadní funkční rozdíl. Hlavní funkcí otvorů v konstrukcích je propojení prostorů ohraničených konstrukcemi (například místností), opomenout by se neměl ani vzhledový význam. Otvorem může být výklenek, prostor určený pro umístění výplně, průduch, prostor sloužící k umístění jiného druhu konstrukce atd. Podobně jako u tělesa místnosti se i v případě otvorů vytváří vlastně abstraktní stavební prvek, proto je důležité jeho existenci důkladně zvážit. U otvorů je však jejich zavedení do datového modelu potvrzené zkušenostmi se stavebními výkresy. Při generování 3D modelů budov se využijí otvory právě při vsazování oken a dveří do konstrukcí. Druhým praktickým využitím je vytváření otvorů v horizontálních konstrukcích pro umístnění schodiště, výtahové šachty nebo vícepodlažní místnosti. V těchto případech se zatím vytvářely speciální místnosti s atributem označujícím skutečnost, že nemají podlahu. Pokud by se ale podařilo zavést při pořizování prostorových dat také zakreslování otvorů, odpadlo by vytváření těchto speciálních místnost. Plány budov se obecně pořizují po podlažích, Například ve stavebních výkresech pasportu MU se u každé vícepodlažní místnosti zakresloval její půdorys do každého podlaží, do kterého tato místnost zasahovala. Skutečnost, že jedna místnost má více půdorysů, není v tomto případě vhodná. Nahrazení půdorysů této místnosti ve vyšších podlažích otvory by se problém vícepodlažní místnosti popsal přesněji, těleso by mělo pouze jeden půdorys a zároveň by se jasně označil otvor, kde se v podlaží nenachází horizontální konstrukce, jelikož v daném místě do podlaží zasahuje vícepodlažní místnost. STRANA 21

22 KAPITOLA 3 DATOVÝ MODEL 3D GEOGRAFICKÉ DATABÁZE Výplně otvorů Zvedení entity Otvor má za cíl zjednodušení práce s konstrukcemi a výplněmi otvorů v nich, jako jsou dveře a okna. Pokud existují pouze prostorová data o konstrukci a výplni bez geometrie otvorů, nemusí to stačit k přesnému zachycení reality. Geometrie výplně nemusí odpovídat geometrii otvoru, vytvoření otvoru v konstrukci na základě geometrie výplně může dopadnout úplně jinak než, když se při zakreslování stavebních výkresů v konstrukci vytvoří otvor přesně podle pořízené geometrie reálného otvoru a do něj se vsadí výplň. Nehledě na to, že v otvoru by se mohlo nacházet více výplní. Pro zachování větší obecnosti se zvolilo zařazení entity Výplň do datového modelu, tato entita je abstraktní a dědí z ní entity Dveře a Okno. V otvoru se může kromě výplně nacházet také jiná konstrukce. Tato vestavěná konstrukce se od té, ve které je umístěn otvor, liší většinou druhem svého materiálu nebo svou funkcí. Vestavěné konstrukce se nepovažují za výplně, přestože otvor vlastně vyplňují. Existence geometrie otvoru je v tomto případě nezbytná, bez něj by vlastně nešlo logicky správně namodelovat skutečnost, že se konstrukce nachází uvnitř jiné konstrukce Schodiště Projekce schodiště do roviny se podstatně liší od schodiště ve 3D. Schodiště je tvořeno dvěma základními prvky: rameny a odpočívadly. 2 Rameno schodiště se dále dělí na jednotlivé stupně, které se ve stavebních výkresech většinou zakreslují spíše z důvodu lepšího vzhledu výkresu, než aby toto zakreslení neslo nějaké důležité informace. Podstatnější je rozložení půdorysů ramen a odpočívadel než detailní zakreslení půdorysů stupňů, které se ve 2D výkresu ani nezakreslují, rameno se zvýrazňuje liniemi naznačujícími stupně. Ve 3D se však musí jednotlivé stupně vymodelovat, teprve z nich se tvoří rameno schodiště. Při zavádění stupňů do datového modelu jsem zvažovala, zda existuje těleso ramene schodiště a mám jej do modelu zařadit či nikoli. Reálné rameno schodiště vzniká vlastně zasazením jednotlivých stupňů do připravené nosné konstrukce. Pokud by se chtěla zachovat maximální realističnost, tak by se musela vytvořit entita Stupeň a také entita této šikmé nosné konstrukce. Do takových stavebních detailů však model nesahá, proto není vhodné do něj zavádět ani nosnou konstrukci schodiště. Datový model má sice odpovídat realitě, ale bez újmy na obecnosti se stavební prvky mohou do určité míry generalizovat. Z důvodu zjednodušení se tedy bude objekt ramene schodiště modelovat pouze pomocí těles jeho stupňů, do modelu se nezavede entita představující těleso ramene ani entita nosné konstrukce schodiště. 2 Součástí schodiště může být také rampa, ta se ale v Čítance stavebních výkresů [2] popisuje jako samostatný stavební prvek. STRANA 22