3D REKONSTRUKCE ZANIKLÝCH ČÁSTÍ MĚSTA DOBŘÍŠ

Transkript

1 UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Katedra aplikované geoinformatiky a kartografie Studijní program: Geografie (bakalářské studium) Studijní obor: Geografie - kartografie Lucie KOUCKÁ 3D REKONSTRUKCE ZANIKLÝCH ČÁSTÍ MĚSTA DOBŘÍŠ 3D RECONSTRUCTION OF EXTINCT PARTS IN THE DOBŘÍŠ TOWN Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Přemysl Štych, Ph.D. Praha 2011

2

3

4 Prohlášení Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracovala samostatně a že jsem uvedla všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu. V Praze dne Lucie Koucká

5 Poděkování Ráda bych poděkovala především vedoucímu své bakalářské práce RNDr. Přemyslu Štychovi, Ph.D. za věnovaný čas a také za cenné rady a připomínky, které byly zásadní pro konečnou podobu práce. Dále bych ráda poděkovala panu Průšovi z depozitáře a archivu Muzea města Dobříš za ochotu a poskytnutí historických fotografií, Ing. O. Patočkovi z Bentley Systems ČR za laskavé zapůjčení SW Bentley MicroStation V8i a Vodohospodářské společnosti Dobříš, konkrétně panu Kolaříkovi, za propůjčení leteckých snímků. Díky patří také mým přátelům a rodině za podporu a rady během zpracovávání mé bakalářské práce.

6 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš Abstrakt Hlavním předmětem této práce je rekonstrukce a následná vizualizace vícerozměrného modelu pomocí geoinformačních systémů. Práce se zabývá také problematikou související s tématem. 3D rekonstrukce se týká oblasti Mírového náměstí v Dobříši, které bylo v 2. polovině 20. století postiženo tzv. asanací. Při tvorbě 3D modelu byla snaha co nejlépe vystihnout podobu území před touto změnou. Rekonstrukce, která je tvořena zejména v ArcScene, byla provedena s využitím historických fotografií, leteckým snímků a dalších datových podkladů. V rámci modelace 3D budov jsou testovány a následně srovnávány dva softwary Bentley MicroStation a Google SketchUp. Výsledkem jsou průletové animace a obrazové výstupy, které jsou porovnávány s historickými fotografiemi. Klíčová slova: 3D rekonstrukce, DMT, ArcScene, MicroStation, SketchUp, Dobříš 3D reconstruction of extinct parts in the Dobříš town Abstract The main object of this thesis is the reconstruction and visualization of multidimensional model with using geographic information systems. The thesis deals with issues associated with the above mentioned topic as well. The 3D reconstruction relates to the Mírové square in the Dobříš town, which was affected by the redevelopment in the second half of the 20 th century. During creating the 3D model, there was an endeavour to capture the best appearence of the area before this change. The reconstruction, created mainly by ArcScene, was made by using historical photos, aerial photographs and other data. Two softwares are tested and compared during modelling of 3D buildings Bentley Microstation and Google SketchUp. Fly-by animations and pictures are the thesis results, being confronted with historical photographs. Keywords: 3D reconstruction, DTM, ArcScene, MicroStation, SketchUp, Dobříš

7 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš OBSAH Přehled použitých zkratek... 9 Seznam obrázků a tabulek Úvod Úvod do problematiky a rešeršní část Vizualizace 3D modelu a jeho význam Rekonstrukce 3D modelu města D budovy D vegetace Digitální model terénu Druhy digitálních modelů Metody interpolace Souřadnicový systém S-JTSK Geometrické transformace Charakteristika území Metodika a vstupní data Vstupní data ZABAGED Použitý software ESRI ArcGIS

8 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš Bentley MicroStation Google SketchUp Příprava vstupních dat Georeferencování leteckých snímků Tvorba DMT Vektorizace a příprava shapefile Tvorba a export 3D objektů Google SketchUp Bentley MicroStation Vizualizace v ArcScene Vytvoření modelu Import a úprava 3D objektů Výsledná vizualizace a tvorba výstupů Výsledky a diskuze Závěr Seznam zdrojů informací Seznam příloh

9 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš PŘEHLED POUŽITÝCH ZKRATEK 2D 2-Dimensional = dvourozměrný 2,5D Dvourozměrný model s přidaným třetím atributem 3D 3-Dimensional = trojrozměrný B-Rep Boundary Representation CAD Computer Aided Design CSG Constructive Solid Geometry ČÚZK Český úřad zeměměřičský a katastrální DEM Digital elevation model = digitální model reliéfu DLM Digital landscape model = digitální model území DMP Digitální model povrchu DMR Digitální model reliéfu DMT Digitální model terénu DMÚ Digitální model území DSM Digital surface model = digitální model povrchu DTM Digital terrain model = digitální model terénu ESRI Enviromental Systeme Research Institute GIS Geographic Information System = geografický informační systém GPS Global Positioning System IDW Inverse Distance Weighted LiDAR Light Detection and Ranging S-JTSK Souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální 9

10 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš SW Software TIN Triangulated Irregular Network USGS United States Geological Survey VGHMÚř Vojenský geografický a hydrometeorologický úřad VHS Vodohospodářská společnost (Dobříš) VÚGTK Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický WGS 84 World Geodetic System 1984 = Světový geodetický systém 1984 ZABAGED Základní báze geografických dat ZM 10 Základní mapa ČR 1:

11 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK Obr. 1 Znázornění původního objektu principem 2,5D Obr. 2 Ukázka zobrazení dat LiDAR - fotbalový stadion, Southampton, Velká Británie Obr. 3 Metoda B-Rep budova definovaná povrchem Obr. 4 Metoda CSG - budova složená z jednoduchých těles Obr. 5 3D strom vytvořený pomocí billboard modelu Obr. 6 Dobříš kolem r Obr. 7 Zájmové území ve měste Dobříš - modelované budovy před tzv. asanací Obr. 8 Synagoga Obr. 9 Dobříšské náměstí kolem roku Obr. 10 Budova synagogy vytvořená v Google SketchUp Obr. 11 Znázornění tvaru koule v SW Google SketchUp Obr. 12 Ukázka pohledů v software Bentley Microstation V8i Obr. 13 Funkce AccuDraw Obr. 14 Vizualizace modelu prostřednictvím Bentley MicroStation V8i Obr. 15 Umístění budovy pomocí nastavení Offset Tab. 1 Seznam modelovaných budov Tab. 2 Vybrané nástroje programu Bentley MicroStation V8i

12 Kapitola 1: Úvod 1 ÚVOD Hlavním tématem bakalářské práce je 3D rekonstrukce vybraných zaniklých budov na náměstí v Dobříši. Kromě tvorby vícerozměrného modelu bude v rámci práce popsána problematika související s daným tématem, která bude rozebrána na základě dostupné literatury. Popsány budou také data a software, které byly použity ke zpracování praktické části. 3D vizualizace v současné době patří mezi relativně nové obory. Problematika 3D se začala rozvíjet teprve nedávno, ale velmi rychle. Nyní je možné tvořit nejrůznější vícerozměrné modely zobrazující města i krajinu pomocí software, které jsou specializovány na modelování 3D či nabízejí alespoň nástroje podporující tvorbu 3D. Takto tvořené modely jsou velice efektivní a využívají se v mnoha oborech. V rámci této práce bude využita 3D rekonstrukce k vizualizaci historické podoby části města, která byla z velké části přestavěna. Význam bude tedy zejména z hlediska historického povědomí, které by bylo možné tímto způsobem snadno a srozumitelně poskytnout veřejnosti. Modelace se týká části města Dobříš, kde během 2. poloviny 20. století proběhla tzv. asanace. Jednalo se o proces vyvlastňování a následné demolice. Asanace postihla rozsáhlé množství budov zejména ve středu města a to z různých důvodů, které jsou nastíněny v rámci práce. Rekonstrukce zaniklých budov bude probíhat pomocí dvou software Bentley MicroStation a Google SketchUp. Oba tyto programy jsou k modelaci 3D objektů vhodné. Dílčím cílem práce bude programy popsat a následně porovnat z hlediska nabídky nástrojů a vhodnosti využití k modelaci 3D budov. Toto srovnání bude provedeno na příkladu jedné konkrétní vybrané budovy. Výsledný model, který bude tvořen v aplikaci ArcScene, bude prezentován prostřednictvím obrazových výstupů. Bude se jednat zejména o průletové animace, které poskytnou prostorový náhled na vizualizované území. Výstupy budou také ve formě jpg. Tyto statické obrázky umožní finální srovnání modelu s historickými i současnými fotografiemi. 12

13 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část 2 ÚVOD DO PROBLEMATIKY A REŠERŠNÍ ČÁST V této kapitole budou popsána hlavní témata týkající se bakalářské práce. Jednotlivé oblasti budou teoreticky rozebrány na základě literárních zdrojů. 2.1 Vizualizace 3D modelu a jeho význam V souvislosti s 3D vizualizací je potřeba vymezit termíny 2D, 2,5D a 3D a rozdíly mezi nimi. Zkratka 2D je definována anglickým termínem two-dimensional. Z tohoto termínu vyplývá, že 2D data jsou založena na dvou rozměrech. V případě prostorových dat se pak jedná o souřadnice x a y. Informace o výšce u těchto dat chybí. 3D data naopak informace o výšce obsahují (Cambray, 1993). Jako mezistupeň mezi 2D a 3D je uváděno 2,5D. Dle Cambray (1993) se 2,5D objekt skládá z dat 2D a přidaného atributu v podobě souřadnice z, která nese informaci o výšce (viz obr. 1). Haklay (2002) uvádí, že 2,5D je statické znázornění, které využívá perspektivu a tím poskytuje uživateli zdánlivý pocit hloubky a vzdálenosti. Obr. 1 Znázornění původního objektu (a) principem 2,5D (b) (zdroj: Cambray, 1993) 13

14 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část V moderní době se s rozvojem technologií začaly využívat vícerozměrné modely. Vizualizace ve formě 3D se stala efektivní zejména v oblasti prezentace dat široké veřejnosti, která nemá dostatečné nebo žádné znalosti ohledně geoinformačních systémů. Veřejnosti tak může být poskytnuto velké množství dat v komplexní podobě (Voženílek, 2005). Pomocí 3D modelů se začaly vizualizovat i urbánní oblasti, které byly v minulosti z hlediska odborných studií spíše opomíjeny nebo byly zkoumány pouze z pohledu politicko-ekonomického. 3D modely urbánních oblastí mohou sloužit k mnoha účelům, například mohou být využity v cestovním ruchu, ke zkoumání ekologické funkce města nebo k získání historického povědomí o dané oblasti (Oršulák, Raška, Suchevič, 2007). Rekonstrukce historické městské krajiny (sama jako efekt působení společenských hybných sil) proto může sloužit jako prostředek pochopení některých sociálně-geografických procesů (migrace, trh s nemovitostmi, charakter a fungování dopravní infrastruktury měst, aj.) (Oršulák, Raška, Suchevič, 2007, s. 349). V současnosti existuje rozsáhlé množství programů, které jsou vhodné k práci ve 3D formátu. Během nedávné doby v této oblasti došlo k výraznému posunu. Většina software GIS nyní nabízí minimálně určitý soubor 3D nástrojů. Mezi tyto software patří například Intergraph GeoMedia, MapInfo Professional, Autodesk Map nebo GE Energy Smallworld GIS. Existují také software zabývající se fotogrammetrií a zpracováním obrazu, které k získání 3D objektů využívají letecké a satelitní snímky. Do této skupiny lze zařadit produkty společnosti Leica, ERDAS, ENVI nebo PCI Geomatics (Voženílek, 2005). 2.2 Rekonstrukce 3D modelu města Město se během procesu modelace stává předmětem výzkumu v mnoha oblastech, jako je například geografie, architektura nebo ekologie. Obecně lze říci, že 3D model města je model složený z konkrétních objektů, které jsou reprezentovány prostorovými daty. Precizně vytvořený model se tak zabývá geografickými a sociálními vlastnostmi města, mezi které patří například rozložení budov, terén, vodní toky, vegetace nebo silniční síť. Jednotlivé objekty a typy krajiny je možné vytvořit pomocí interaktivních nástrojů, které jsou primárně určeny ke 3D modelování. Tato metoda je z hlediska času a práce náročná, jelikož tvorba jednotlivých objektů probíhá manuálně (Wang; Hua, 2006). Manuální tvorbě 3D objektů jsou věnovány následující podkapitoly. Mezi méně časově náročné techniky patří modelování pomocí dat získaných laserovým skenováním LiDAR. Modelování založené na těchto datech může být manuální, poloautomatické i automatické (Wang; Hua, 2006). Pomocí LiDAR lze získat digitální model povrchu, který již zahrnuje výšky jednotlivých objektů (viz obr. 2). Výsledná modelace pak závisí na správné identifikaci konkrétních objektů a povrchu. Výhodou této metody je vysoká přesnost (Smith, 2003). 14

15 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část Obr. 2 Ukázka zobrazení dat LiDAR - fotbalový stadion, Southampton, Velká Británie (zdroj: Smith, 2003) D budovy Software v dnešní době umožňuje 3D rekonstrukci budov zejména pomocí dvou hlavních metod. Jedná se o Boundary Representations (B-Rep) a Constructive Solid Geometry (CSG). V prostředí CAD jsou tyto dva principy nejběžnější (Cambray, 1993). B-Rep je metoda, která definuje objekty pomocí jejich hranice, tedy povrchu (Bak; Mill 1989). Tato hraniční plocha je charakterizována vrcholovými body a hranami, které propojují jednotlivé krajní plochy modelu. Objekty vytvořené na principu B-Rep jsou přesněji definovány než CSG a poskytují mnohem detailnější informace o každém bodu, hraně nebo ploše. Nevýhodou této metody mohou být vysoké požadavky na prostor pro uložení dat (Koussa; Koehl, 2009). Metoda B-Rep je znázorněna na obr. 3. Obr. 3 Metoda B-Rep budova definovaná povrchem (zdroj: Koussa; Koehl, 2009) Druhým způsobem je CSG. Základem této metody jsou tělesa. Budovy jsou tedy tvořené pomocí jednoduchých těles (krychle, válec, koule, kužel, atd.), které jsou sjednocovány pomocí tzv. booleanovských operací (průnik, sjednocení, rozdíl) do jednoho celku, jak je vidět na obr. 4 (Koussa; Koehl, 2009). U modelů CSG nejsou hrany a plochy přesně definovány (Bak; Mill 1989). Naproti tomu výhodou CSG je intuitivnější manipulace s tělesy oproti B-Rep, kde bez přesně nadefinovaných vrcholů, hran a ploch, je tvorba objektu komplikovanější (Koussa; Koehl, 2009). 15

16 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část Obr. 4 Metoda CSG - budova složená z jednoduchých těles (zdroj: Koussa; Koehl, 2009) D vegetace Existuje řada způsobů, kterými se dá vegetace zobrazit ve formě 3D. Patří mezi ně i B-Rep a CSG, které jsou ale v rámci krajiny zbytečně časově náročné. Nejjednodušším způsobem zobrazení vegetace je umístění textury nebo barvy na připravený digitální model. Tento princip se spíše využívá u rekonstrukce krajiny, kde se detaily vlivem větší vzdálenosti ztrácí (Pinto [et al.], 2002). Mezi oblíbené metody vizualizace patří využití textury v kombinaci s jednoduchými 3D plochami, jedná se o tzv. billboard model. Tímto způsobem může být rekonstruován strom na základě fotografie. Fotografie nebo rastr se umístí na dvě navzájem kolmé plochy ve vertikální poloze, jak je znázorněno na obr. 5. Mnoho programů používaných k vizualizaci zároveň zajišťuje rotaci billboard modelu tak, aby při změně pozice kamery byly svislé plochy nesoucí rastr vždy kolmo na osu pohledu. Problém nastává při pohledu z ptačí perspektivy, kdy se tento model zobrazí v podobě dvou navzájem kolmých linií (Muhar, 2001). Obr. 5 3D strom vytvořený pomocí billboard modelu (zdroj: 16

17 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část 2.3 Digitální model terénu Jedna z definic popisuje digitální model terénu (DMT) jako trojrozměrné vyjádření digitálních prostorových dat (USGS, 2009). Tato data popisují zkoumané území pomocí souřadnic x, y, z (Kolář, 2003). Bravený (2008) popisuje tento model jako zjednodušené znázornění skutečnosti, kterou nelze jiným způsobem vyjádřit se všemi vlastnostmi prostředí zároveň. DMT může být vytvořen na základě různých vstupních dat. Data mohou pocházet z geodetického měření, z měření GPS, z fotogrammetrie, z radarových systémů nebo mohou být získány na základě laserového skenování, digitalizace analogových podkladů, atd. (Rapant, 2006). Přesnost a následné využití DMT závisí nejen na zdroji dat, ale také na typu digitálního modelu. Bravený (2008) uvádí tři typy modelu rozdělených dle tvaru plošek: a) Rastrový model prostorová data u tohoto modelu jsou pravidelně uspořádaná v imaginární síti rastru. Data jsou uložena v podobě polygonů, které jsou v rámci rastrového modelu nazývány buňky. Každá buňka obsahuje informaci o výšce, která je shodná pro celý polygon. Buňky mohou mít různé tvary, například trojúhelníkový nebo šestiúhelníkový. V případě čtvercového nebo obdélníkového tvaru, který tvoří pravidelnou mřížovou síť, se pak mluví o tzv. gridovém modelu (Kolář, 2003). b) Plátový model povrch je tvořen ploškami trojúhelníkového nebo čtyřúhelníkového tvaru. Tyto plošky jsou uspořádány nepravidelně tak, aby přiléhaly k singularitám (zlomům) terénu a tak co nejlépe kopírovaly povrch. K popisu plošek se obvykle používají polynomické funkce (Vaníček, 2003). c) Triangulated Irregular Network (TIN) u tohoto modelu je datová struktura reprezentující povrch složená z nepravidelně uspořádaných bodů (Booth, 2000). Tyto body tvoří vrcholy trojúhelníkových plošek a tak vytváří trojúhelníkovou síť. Každý vrchol zároveň nese informaci o výšce. Výhodou tohoto modelu je nepravidelné uspořádání, které umožňuje vyšší hustotu bodů v místech, kde se vyskytují větší nerovnosti terénu (Kolář, 2003) Druhy digitálních modelů Existuje několik typů digitálních modelů, které se odlišují obsahem dat a s tím souvisejícím využitím: DMT digitální model terénu (DTM digital terrain model). DMT je digitální reprezentace zemského povrchu v paměti počítače, složená z dat a interpolačního algoritmu, který umožňuje mj. odvozovat výšky mezilehlých bodů (VÚGTK, 2011). Bravený (2008) dále DMT popisuje jako znázornění zemského povrchu bez vegetace a objektů vytvořených člověkem. Zobrazen je tedy holý povrch bez jakýchkoliv povrchových objektů, který zahrnuje pouze prvky s povrchem související. Mezi tyto prvky lze zařadit říční toky a koryta, vodní plochy a hrany terénu. DMR digitální model reliéfu (DEM digital elevation model). USGS (2009) uvádí, že DMR je digitální soubor tvořený terénními výškami, které jsou definovány pro body umístěné 17

18 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část na povrchu s pravidelnými horizontálními intervaly. DMR lze tedy definovat jako DMT, který pracuje výhradně s nadmořskými výškami (Jelének, 2010, s. 16). DMP digitální model povrchu (DSM digital surface model). DMP je digitální model, který zobrazuje terén a zároveň objekty na povrchu (VÚGTK, 2011). Jedná se tedy o formu digitálního modelu terénu, který kromě povrchu znázorňuje i střechy domů, stromy, mosty a další objekty. DMÚ digitální model území (DLM digital landscape model). Dle VÚGTK (2011) je DMÚ definován jako komplex dat a programových prostředků pro sběr, zpracování, aktualizaci a distribuci digitálních informací o území; model je strukturován pomocí katalogu druhů objektů a naplněn topologicko-vektorovými daty a atributy. Z hlediska 3D se jedná o model reliéfu, který zároveň obsahuje integrované 3D objekty (Bravený, 2008) Metody interpolace Interpolace se obecně využívá k dopočítání neznámých hodnot ze známých hodnot v okolí. V rámci rastru se pomocí interpolace získávají chybějící hodnoty jednotlivých buněk. Interpolace je vhodná k doplnění hodnot v případě nedostatečného množství dat nebo jejich nerovnoměrného uspořádání. Princip interpolace je založen na předpokladu, že prostorová data ležící blízko sebe mají podobné vlastnosti. Předpokládá se tedy jakýsi prostorový vztah mezi daty (Booth, 2000). Metody interpolace mohou být různé. Volba metody závisí především na charakteru vstupních dat a požadavku přesnosti, která závisí na uživateli. Software ArcGIS společnosti ESRI nabízí následující interpolační metody: Inverse Distance Weighted (IDW) princip interpolace IDW spočívá ve výpočtu hodnoty buňky nebo bodu na základě váženého průměru. Tento vážený průměr je počítán ze sousedních bodů, u kterých se se zvětšující vzdáleností zmenšuje vliv na hledaný bod a tím se zároveň snižuje započtená váha sousedního bodu (Wood, 1994). Výběr sousedních bodů, které budou využity k výpočtu, může být definován konkrétním počtem nebo lze definovat maximální vzdálenost sousedních bodů od hledaného (Svobodová, 2008). IDW patří mezi nejběžnější a nejjednodušší interpolační metody (Wood, 1994). Kriging tato interpolační metoda předpokládá, že vzdálenost mezi vstupními body se odráží ve vzájemných prostorových vztazích, které popisují změny průběhu povrchu (Booth, 2000). Kriging vychází z poznatku, že prostorová variabilita je příliš nepravidelná. Z tohoto důvodu není možné použít matematické funkce určené k vyhlazování. Využívá tedy průměrnou hodnotu změny, která je získána výpočtem na základě naměřených vzdáleností mezi body (Bravený, 2008). Natural Neighbour interpolace, která je stejně jako IDW založena na výpočtu s váženým průměrem. Pomocí triangulace Delauney vytváří konvexní obálky, které obklopují hledaný bod (Booth, 2000). Tyto konvexní obálky jsou známy také pod názvy Thiessenovy polygony 18

19 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část nebo Voronoiovy polygony. Konvexní obálky jsou následně využity k výpočtu hledané hodnoty, který probíhá na základě vzdáleností uvnitř polygonu (Bravený, 2008). Spline daná metoda využívá k vyjádření povrchu a následné interpolaci matematicky definovanou křivku. Spline funguje za předpokladu, že terén prochází přesně datovými body. Tato interpolace se využívá zejména u velmi hladkých povrchů a jevů, jelikož výsledkem je shlazení terénu, které u příliš velkých zlomů může způsobit nepřesnosti (Svobodová, 2008). Topo to Raster interpolace Topo to Raster je metoda, která pracuje s vrstevnicemi inteligentně. Umožňuje vkládat do výpočtů omezení, která zajišťují vytvoření hydrologicky korektního digitálního modelu. Tento digitální model je pak schopen optimálně znázorňovat říční síť (Child, 2004). Topo to Raster kombinuje výpočetní přesnost lokálních interpolačních metod jako IDW a prostorovou kontinuitu globálních interpolačních metod, jakými jsou Kriging nebo Spline (Bravený, 2008, s. 93). Trend interpolační metoda využívá pro výpočet hledaných hodnot polynomickou funkci. Zároveň používá metodu nejmenších čtverců k úpravě povrchu tak, aby ve výsledném terénu došlo k minimalizaci odchylek povrchu. Výsledný povrch nemusí procházet vstupními body a bývá velmi hladký (Booth, 2000). 2.4 Souřadnicový systém Souřadnicový systém slouží k jednoznačnému určení polohy bodu v rovině či prostoru. Tato identifikace je zajištěna geometrickými prostředky, které se liší dle typu použitého systému (VÚGTK, 2011). Rapant (2006, s. 112) uvádí, že souřadnicový systém je sada matematických pravidel pro specifikování způsobu, jakým jsou souřadnice přiřazovány k bodům v prostoru. Existuje několik souřadnicových systémů. Které se používají na území České republiky. Jedná se o World Geodetic System 1984 (WGS 84), souřadnicový systém 1942 (S-42) a souřadný systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální (S-JTSK) (Rapant, 2006). U starších dat nebo archivních map se lze také setkat se souřadnicovým systémem Gusterberg (Císařské povinné otisky stabilního katastru pro území Čech) nebo Svatý Štěpán (Císařské povinné otisky stabilního katastru pro Moravu a Slezsko) S-JTSK Souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální je definován Besselovým elipsoidem s referenčním bodem Hermannskogel, Křovákovým zobrazením (dvojité konformní kuželové zobrazení v obecné poloze), převzatými prvky sítě vojenské triangulace (orientací, rozměrem i polohou na elipsoidu) a jednotnou trigonometrickou sítí katastrální (Čada, 2007). S-JTSK byl vytvořen původně pro území bývalé Československé republiky. V závislosti na protáhlém tvaru ČSR byla zvolena vhodná poloha zobrazovacího kužele, která zajistila maximální délkové zkreslení 14 cm / 1 km (Čada, 2007). 19

20 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část 2.5 Geometrické transformace Pořízená obrazová data většinou nemají definovaný souřadný systém, který by umožnil přesné vyjádření polohy objektů v jednotném měřítku (Štych, 2008). Z tohoto důvodu jsou využívány různé druhy geometrických transformací, které pracují na odlišných principech a přináší tedy i odlišné hodnoty přesnosti. V rámci geometrických transformací je vhodné definovat několik pojmů: Rektifikace je proces, při kterém dochází k transformaci polohy všech obrazových dat z jednoho souřadného systému do jiného souřadného systému (Štych, 2008). Georeferencování je transformace, při které dochází k umístění obrazových dat do souřadnicové soustavy. Dochází tedy k definování absolutní pozice. Georeferencování probíhá většinou pomocí tzv. vlícovacích bodů, kdy jsou pixelu přiřazeny konkrétní souřadnice (Klimánek, 2008). Geokódování je proces, během kterého dochází k transformaci obrazových dat do kartografické projekce (Štych, 2008). Převzorkování dochází k vypočtení a následnému přiřazení nové hodnoty pixelu obrazu. Výpočet probíhá na základě původních dat pomocí transformačních rovnic (Klimánek, 2008). Ortorektifikace při tomto procesu zároveň dochází k odstranění geometrického zkreslení, které vzniklo na základě různých nadmořských výšek mapovaných objektů (Štych, 2008). Softwary nabízí velké množství geometrických transformací různých typů. V následujícím textu jsou popsány transformace, které byly součástí nabídky nástrojů programu ArcGIS 10: Afinní transformace Jedná se o rovinnou polynomiální transformaci 1. řádu, při které dochází ke dvěma posunům, jednomu otočení, jedné změně úhlu mezi souřadnicovými osami a dvěma změnám u měřítek. K transformaci jsou potřeba minimálně tři vlícovací body (Pavelka, 1998). Běžně se používá při transformaci mezi dvěma souřadnicovými systémy (ESRI, 2011). Polynomické transformace 2. a 3. řádu Tyto transformace se využívají zejména při lokální modifikaci obrazových dat nebo při složitějším průběhu této deformace. K výpočtu transformačních rovnic se využívají koeficienty, které jsou získány na základě metody nejmenších čtverců. K procesu polynomické transformace 2. řádu je zapotřebí minimálně šesti vlícovacích bodů, k transformaci 3. řádu pak deseti (Fajt, 2005). 20

21 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část Adjust Adjust je nereziduální transformace, která provádí ztotožnění identických bodů nezávisle na jejich počtu nebo rozmístění. Je vhodná pro transformaci lokálního charakteru, proto se často používá k odstranění odchylek po globálních transformacích (Malimánková, 2008). Zmíněná transformace požaduje minimálně tři vlícovací body (Jelének, 2010). Spline Prostřednictvím transformace Spline lze získat podobný výsledek jako u transformace Adjust. Jedná se tedy o funkci, která je vhodná pro lokální přesnost, nikoli globální. Stejně jako u Adjust zde dochází ke ztotožnění identických bodů (Jelének, 2010). Rozdílně jsou řešeny sousední pixely, které jsou transformovány na základě matematicky generovaných křivek (Malimánková, 2008). Platí pravidlo, že čím dále od vlícovacího bodu, tím menší jistota přesnosti. Celková přesnost se tedy zvyšuje s počtem vlícovacích bodů, kterých je požadováno nejméně deset (Jelének, 2010). 2.6 Charakteristika území Město Dobříš leží ve Středočeském kraji v okrese Příbram. Nachází se v nadmořské výšce 371 m n. m. a počet obyvatel města činí 7873 (Města a obce online, 2011). Daná oblast je osídlena pravděpodobně již od pravěku. Usuzováno je tak z archeologických nálezů, které pocházejí z mladší doby kamenné. Během historie se Dobříš řadila spíše mezi bohatší a významnější města. V 10. století tu například vedla tzv. Zlatá stezka jdoucí z Prahy do Bavor a v době středověku to byl oblíbený cíl českých králů, kteří sem jezdili na lov (Průša, 2005). V 2. polovině 20. století proběhla v Dobříši tzv. asanace. Během tohoto procesu, který se týkal zejména šedesátých až osmdesátých let, bylo zbouráno značné množství budov. Zbořené budovy v okolí Mírového náměstí jsou vyznačeny na obrázku 6, který znázorňuje plán Dobříše z padesátých let 20. století. Demolice domů začala zejména z důvodu výstavby nových bytů pro zaměstnance nedalekých uranových dolů (Kadlec, 2009). Další příčiny událostí z tohoto období jsou zmíněny dále. Zájmovým územím byla zvolena oblast východní poloviny Mírového náměstí, oblast ulice Pražské a ulice Plukovníka B. Petroviče. V rámci vybrané oblasti bylo 32 budov zbouraných a 36 budov, které zůstaly stát. Dohromady bylo tedy vybráno 68 staveb k modelaci (obr.7), jejich seznam s popisnými čísly je uveden v tabulce 1. Podoba 3D rekonstrukce dané oblasti byla vztažena k období před tzv. asanací, tedy k období čtyřicátých a padesátých let 20. století. Stručné objasnění průběhu demolicí v jednotlivých částech vybrané oblasti je popsáno na základě informací Kadlece (2009) v následujícím textu: 21

22 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část Severní část Mírového náměstí (U Kubátů čp. 205 U Bílků čp. 219) V této části náměstí stával rozsáhlý objekt hotelu Na Knížecí (čp. 78). Tato budova byla postavena již na konci 18. století. Součástí panství byl dům zvaný knihkupectví U Hausekra (čp. 78b). Hotel měl pestrou historii, během které byl v budově provozován hostinec, poštovní stanice, taneční sál, ubytovna pro uprchlíky ze Sudet, autobusová čekárna, holičství, kanceláře ČSAD a samozřejmě hotel. Po 2. světové válce začal hotel chátrat. Z tohoto důvodu bylo rozhodnuto o stržení objektu i s přilehlými budovami. Roku 1964 tak došlo ke zboření hotelu Na Knížecí, knihkupectví U Hausekra a sousedního statku U Kopáčků (čp. 81). Na místě nově uvolněného prostoru bylo počítáno s výstavbou nového luxusního hotelu. K tomu však nikdy nedošlo a na místě zbouraných budov byl po roce 1970 zřízen park s památníky, které byly věnovány obětem první a druhé světové války. Na severní straně stál také dům U Bubínků (čp. 82). Tato budova byla městem vykoupena a roku 1963 zbořena, Důvodem bylo vyústění nové ulice Boženy Němcové vedoucí k vystavěným bytovým domům. Obr. 6 Dobříš kolem r černě jsou vyznačeny budovy zbořené do r (zdroj: Kadlec, 2009) Jižní část Mírového náměstí (U Fleischmannů čp. 41 U Ptáčků čp. 36) Významnou budovou v této části byl hotel Heinz (čp. 37). Tento objekt prošel během historie několika úpravami, k demolici však nedošlo. Jako hotel od roku 1990 nefunguje, nyní je zde v provozu kasino. Vedle hotelu stávala budova zvaná pekařství U Ptáčků (čp. 36). Postavení této budovy je datováno k roku Roku 1977 byl zmíněný objekt odkoupen městem a následně zbořen. Příčinou byla plánovaná přístavba hotelu Heinz, ke které však nikdy nedošlo. 22

23 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část Prostor byl následně využíván až do roku 2000 jako parkoviště, kdy zde byla postavena nová budova. K demolici došlo také u objektu s názvem hostinec U Olmrů (čp. 38). Tento dům byl roku 1948 zestátněn. Do té doby zde provozovaná hospoda byla zavřena a byla zde zřízena prodejna tabáku. Roku 1975 byl dům odprodán městu již v havarijním stavu, který byl způsoben chybějícími finančními prostředky na jeho údržbu. Krátce na to byla budova zbořena kvůli plánované přístavbě k domu služeb. Přístavba nikdy neproběhla a prázdný prostor zůstal nevyužit do současné doby. Obr. 7 Zájmové území ve měste Dobříš - modelované budovy před tzv. asanací (zdroj dat: letecké snímky; historické fotografie; databáze ArcČR 500; tvorba mapy vlastní) Východní část Mírového náměstí (U Kašpra čp. 107 dům čp. 463) Na této straně náměstí byly zbourány čtyři budovy dům čp. 463, Velká panská hospoda (čp. 104), dům U Šprunglů (čp. 199) a dům U Neumannů (čp. 105). Budova čp. 463 byla po roce 1986 bez řádného stavebního povolení zbořena a jako jediná na náměstí byla během devadesátých let 20. století postavena znovu v obdobné podobě. Ostatní tři budovy stály ve střední části tohoto bloku domů. Prostor po jejich demolici byl využit k výstavbě supermarketu Penny a ke zřízení potřebného parkoviště k tomuto objektu. K demolici Velké panské hospody z roku 1739 došlo v letech Důvodem byla původně výstavba nového kulturního domu. Kvůli plánovanému kulturnímu domu byly zbourány i další dva domy. Demolice domu U Šprunglů proběhla již v roce Do té doby zde sídlil obchod se zeleninou. Tento prodej byl následně nahrazen mobilní buňkou, kde dále prodávala zeleninu 23

24 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část majitelka zbořeného domu paní Šprunglová. Poslední zbouranou budovou byl dům U Neumannů. K demolici došlo roku Dříve zde byla provozována drogerie. Ulice Pražská Vznik této ulice je datován do stejné doby jako vznik náměstí tedy někdy po roce Původně zde byly stavěny dřevěné domy. Zděná zástavba započala až po roce V Pražské ulici bylo provozováno mnoho obchodů, které prosperovaly až do 2. světové války. Po roce 1948 byla většina domů vyvlastněna nebo vyplacena. Někteří majitelé se snažili bránit soudní cestou, jako například rodina Vlčků. Výsledkem však bylo znárodnění i jejich druhého domu a následná demolice. Asanace posléze proběhla na celé jižní straně ulice. Ušetřena zůstala pouze budova lékárny U Anděla strážce (čp. 27). V roce 1968 proběhla nejdříve demolice domů čp. 28 (U Adeltů) a čp. 400 (U Pollaků). Důvodem byla výstavba nových činžovních domů. Další domy byly zbourány po roce Ty byly posléze nahrazeny velkokapacitní prodejnou Jednota. Tato nevkusná budova byla obyvateli Dobříše pojmenována jako Kravín. Tab. 1 Seznam modelovaných budov (zdroj: vlastní) čp. Budova čp. Budova čp. Budova 12 U Prusíka 84 Hruškův dům 114 Slancův dům 27 U Anděla strážce 85 U Prusíka 119 Radnice se šatlavou 28 U Adeltů 86 Lihovar 188 U Dittla 29 U Průchů 87 U Klinota 189 U Vlčků 30 U Bílků 88 U Kukačky 190 U Meislera 31 U Kolářů 89 Bezpečnost 199 U Šprunglů 32 U Drážďanských U Jarešů 33 U Novotného 95 Na Růžku 205 U Kubátů 34 U Müllera 96 U Kadleců 215 Hospoda Zajčar 36 U Ptáčků U Bílků 37 Hotel Heinz 101 U Kadleců U Olmrů 102 Antikvariát 223 Svobodův dům 39 Židovská škola 103 Kopáčkův dům 252 U Blocha 40 U Bondyů 104 Velká panská hospoda 253 Lionův dům 41 U Fleischmannů 105 U Neumannů 255 Dům Korbelové 77 U Bílého lva 106 U Frankla 263 U Tumlerů 77b Sokolovna 107 U Kašpra 400 U Pollaků 78 Hotel Na Knížecí 108 U Honzíků 461 Černohorského dům 78b U Hausekra 109 U Lederera U Kopáčků 111 U Bambase 505 U Mašků 82 U Bubínků 112 U Tichoty 559 U Pecky 83 U Rota 113 Šprunglův dům 613 Bozděchův dům 24

25 Kapitola 2: Úvod do problematiky a rešeršní část Ulice Plukovníka B. Petroviče Ulici Plk. B. Petroviče, která vznikla roku 1727, postihl podobný osud jako ulici Pražskou. Veškeré budovy na západní straně ulice byly v roce 1960 vyvlastněny nebo vykoupeny. Oblast byla vybrána pro stavbu činžovních domů Jáchymovských dolů. Demolice domů proběhla v letech 1963 a Po tomto období zbyl na západní straně ulice pouze komín lihovaru, který stál jako poslední na severním konci ulice. Komín byl následně roku 1969 stržen. Oblast byla poté zastavěna plánovanými činžovními domy. Cílem bakalářské práce bylo kromě 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš i otestování dvou softwarů vhodných k tvorbě budov a jejich následné porovnání. K tomuto účelu bylo potřeba vybrat konkrétní budovu, která byla posléze rekonstruována v SW Google SketchUp a v SW Bentley MicroStation. Vybrána byla budova synagogy, která se nachází v západní části Mírového náměstí, tedy mimo hlavní oblast zájmu. Tato stavba z roku 1904 byla architektonicky nejatraktivnější budovou na náměstí až do roku V tomto roce byla synagoga odkoupena od židovské obce národním výborem v Dobříši. Noví majitelé nechali nejdříve zazdít novorománská okna a v roce 1959 odstranili věž budovy. Synagoga byla posléze přetvořena na kulturní dům, který funguje do současnosti. Změna podoby synagogy je vidět na obr. 8. Obr. 8 Synagoga vlevo podoba z roku 1935 a vpravo z roku 2010 (zdroj: Kadlec, 2009; vlastní) 25

26 Kapitola 3: Metodika a vstupní data 3 METODIKA A VSTUPNÍ DATA Tato kapitola je zaměřena zejména k rozebrání postupu, který vedl k finální podobě vizualizace vybraného území. Popsány jsou zároveň použitá data a software. 3.1 Vstupní data Ke zpracování této práce byly využity různé datové podklady. Rekonstrukce 3D modelu byla postavena zejména na datech ZABAGED, na leteckých snímcích a historických fotografiích. Data ZABAGED, která byla použita k vytvoření digitálního modelu, byla poskytnuta Českým úřadem zeměměřičským a katastrálním (ČÚZK). ČÚZK dále poskytl císařské povinné otisky stabilního katastru. Jednalo se o mapy z let v měřítku 1 : 2880 a se souřadnicovým systémem Gusterberg (ČÚZK, 2010). Tyto mapy byly využity pouze pro získání lepší orientace mezi zaniklými budovami. Letecké snímky byly použity jako zdroj informací, který ukazoval změny zástavby na zkoumaném území. Práce tedy probíhala hlavně s historickými leteckými snímky. Pomocí nich byly také umístěny budovy na DMT. Snímky z archivu Vojenského geografického a hydrometeorologického ústavu v Dobrušce (VGHMÚř) byly poskytnuty Vodohospodářskou společností Dobříš (VHS). Získány byly snímky z let 1938, 1953, 1959, 1967, 1971, 1974, 1988, 2005 a Velmi důležitým zdrojem byly historické fotografie zachycující budovy na dobříšském náměstí a v okolních ulicích. Tyto fotografie byly poskytnuty s laskavým souhlasem depozitáře a archivu Muzea města Dobříš. Naskenované fotografie, které mapovaly celé 20. století, sloužily jako podklad k rekonstrukci budov a následně náměstí. Ukázka poskytnuté historické fotografie je vidět na obr

27 Kapitola 3: Metodika a vstupní data Obr. 9 Dobříšské náměstí kolem roku 1930 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš) ZABAGED Základní báze geografických dat České republiky (ZABAGED) je digitální geografický model území České republiky (ČR) na úrovni podrobnosti Základní mapy ČR 1: (ZM 10) (ČÚZK, 2010). ZABAGED obsahuje celkově 123 typů geografických objektů, které uchovává ve formě bezešvé databáze. Data ZABAGED jsou rozdělena na polohopisnou a výškopisnou část. Polohopisná část obsahuje dvourozměrná data, která poskytují informace například o sídlech, komunikacích, rozvodných sítích, vodstvu, územních jednotkách, chráněných územích, vegetaci nebo terénu. Výškopis je na rozdíl od polohopisu prezentován trojrozměrným souborem. Tento soubor prezentují 3D vrstevnice, které poskytují informace o prvcích terénu. Počátek databáze ZABAGED se datuje do roku 1995, kdy se začaly vektorizovat tiskové podklady ZM 10. K pokrytí celého území ČR došlo v roce Již v roce 2000 začala aktualizace dat s využitím fotogrammetrických metod a terénního šetření. Aktualizace ZABAGED probíhá neustále a postupně na celém území ČR s různými časovými intervaly (ČÚZK, 2010). 3.2 Použitý software Na trhu je celá řada programů, které se zabývají zcela nebo částečně 3D modelací a 3D vizualizací. V následujících podkapitolách jsou představeny programy, které byly dále využity k tvorbě 3D modelu zaniklých částí města Dobříš. 27

28 Kapitola 3: Metodika a vstupní data ESRI ArcGIS ArcGIS je integrovaný, škálovatelný a otevřený geografický informační systém, jehož výkonné nástroje pro editaci, analýzu a modelování spolu s bohatými možnostmi datových modelů a správy dat z něj činí nejkomplexnější GIS software na současném světovém trhu (ARCDATA PRAHA, 2002, s. 2). Společnost ESRI (Enviromental Systeme Research Institute) byla založena již roku V té době se věnovala zejména poradenské činnosti. První GIS software této firmy byl uveden na trh v roce 1981 pod názvem ARC/INFO. Během devadesátých let 20. století prodělala firma i její produkty velký rozvoj (Dobešová; Voženílek, 2004). Poslední verze - - ArcGIS 10 již obsahuje komplexní soubor GIS nástrojů. Software nyní zahrnuje aplikace ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox a ModelBuilder a také několik nadstaveb. Z nadstaveb ArcGIS lze uvést například Data Interoperability, Geostatistical Analyst, Spatial Analyst nebo 3D Analyst, který umožňuje tvorbu 3D dat a práci s těmito daty (ARCDATA PRAHA, 2011) Bentley MicroStation Software MicroStation je produktem americké společnosti Bentley Systems. Firma vznikla v roce 1984 a již její první vydaná verze programu MicroStation byla považována za jeden z nejlepších grafických editorů své doby s velmi prozíravou architekturou (Dobešová; Voženílek, 2004). Aktuální verze MicroStation V8i je charakterizována jako profesionální CAD systém, který zároveň funguje jako platforma k řešení projektů například z oblasti GIS, stavebnictví a architektury. Software, krom jiných možností, nabízí uživateli vytvářet 3D modely objektů a budov. V rámci rozšíření existuje několik profesních nadstaveb. Mezi tyto nadstavby patří například MicroStation Civil Extension orientovaný na pozemní stavitelství a 3D model terénu nebo také MicroStation Triforma zaměřený na stavebnictví a architekturu (GISoft, 2011) Google SketchUp Aplikace SketchUp byla původně produktem Last Software. Tato firma vznikla v roce 1999 v americkém státě Colorado. První verze programu byla firmou zveřejněna v roce 2000 a ve velmi krátkém čase se stala oblíbenou mezi architekty a designéry. V roce 2003 tato firma získala patent na technologii Push/Pull a následně byl celý produkt roku 2006 odkoupen společností Google (Popelka, 2008). V současnosti je software velmi oblíbený zejména u široké veřejnosti, jelikož nabízí velmi jednoduché a intuitivní ovládaní. Například tvorba modelu budovy je pro nového uživatele velmi snadná ve srovnání s jinými SW pracujícími v oblasti 3D. Nejnovější verze je dostupná ve dvou formách Google SketchUp 8 (volně stažitelný SW) a Google SketchUp 8 Pro (komerční SW). Aplikace Google SketchUp 8 Pro nabízí oproti druhé verzi programu některé nástroje navíc. Například je zde možná práce s tělesy (průnik, sjednocení ad.), přibyl 28

29 Kapitola 3: Metodika a vstupní data nástroj umožňující měření úhlů a v nabídce je také více kompatibilních formátů (Google, 2011). V rámci této práce byla testována pouze volně stažitelná verze Google SketchUp Příprava vstupních dat Kapitola se zabývá přípravou jednotlivých vstupních dat, které byly následně využity k tvorbě 3D modelu. Jedná se o přípravu leteckých snímků, ať už historických nebo současných, o tvorbu digitálního modelu a souborů shapefile, které byly pokládány na výsledný digitální model. Bylo také potřeba připravit fotografie získané z depozitáře a archivu Muzea města Dobříš. Tyto historické fotografie byly digitalizovány prostřednictvím skeneru. Skenování proběhlo ve vysokém rozlišení (400 dpi). Z časových důvodů bylo skenováno více snímků najednou, většinou se skenovalo po čtyřech fotografiích. Pro lepší manipulaci a organizaci byly původní naskenované soubory rozděleny na samostatné fotografie. Tato úprava a srovnání snímků bylo provedeno pomocí grafického SW Adobe Photoshop CS5. Vytvoření geodatabáze Před začátkem práce byla vytvořena geodatabáze, do které byly během modelace ukládány všechny výsledky. Geodatabáze byla vytvořena v aplikaci ArcCatalog (New - File Geodatabase). Pro lepší organizaci a větší přehlednost byly výstupy v geodatabázi tříděny do skupin pomocí feature dataset (New - Feature Dataset). Celá práce probíhala v souřadnicovém systému S-JTSK, který byl definován u každého datasetu (S_JTSK_krovak). Výběr modelového území Následujícím krokem byl výběr řešeného území. Území bylo vybráno tak, aby byly znázorněny oblasti, které byly nejvíce zasaženy tzv. asanací. Přesně popsané území a hlediska, které vedla k výběru, jsou popsána v kapitole 2.6. Řešená oblast byla následně vymezena pomocí nástroje Rectangle (toolbar Drawing), který vytváří grafický čtyřúhelník. Tento grafický objekt byl z důvodu další manipulace převeden pomocí Convert Graphics To Features (toolbar Drawing) na soubor shapefile a uložen do připravené geodatabáze Georeferencování leteckých snímků Letecké snímky byly získány v neupravené podobě, bylo tedy potřeba definovat souřadnicový systém (S-JTSK), aby bylo možné dále s nimi pracovat v prostředí GIS. Georeferencování historických leteckých snímků i snímků z nedávné doby proběhlo v aplikaci ArcMap. K tomuto procesu byl využit panel nástrojů Georeferencing. Aby bylo možné snímkům definovat souřadnicový systém, bylo nutné mít vhodná referenční data s již definovaným S-JTSK. K tomuto účelu posloužily polohopisná data ZABAGED, která obsahovala shapefile soubory pokrývající celé území. 29

30 Kapitola 3: Metodika a vstupní data V prvním kroku byly do aplikace ArcMap nahrány data ZABAGED a snímek určený ke georeferencování. Pomocí nástrojové lišty Georeferencing byl daný snímek zvolen k úpravě (Layer). V určitých případech bylo využito některé z funkcí Flip or Rotate, které umožnily otočení snímku o 90. Samotné georeferencování proběhlo pomocí definování vlícovacích bodů, které byly tvořeny prostřednictvím nástroje Add Control Points. K určení těchto bodů byly využívány zejména rohy budov a ulic. Vytvořené vlícovací body bylo možné sledovat v Link Table, kde byly znázorněny souřadnice bodů v S-JTSK a souřadnice v rámci modifikovaného rastru. V Link Table byla také počítána polohová chyba (Residual). Georeferencování proběhlo na základě transformace Spline, která byla nejvhodnější vzhledem k tomu, že se jednalo o velmi malé a rovinaté území. Tato transformace ovšem vykazovala nulové residuální chyby, jelikož ztotožňovala určené dvojice bodů. Z tohoto důvodu byl průběh transformace kontrolován pomocí transformace afinní (Affine). Letecké snímky byly určeny pouze k vizualizačním potřebám, nebyla tak požadována maximální přesnost rektifikace. Pro potřeby transformace bylo zapotřebí mít minimálně deset těchto bodů. Ve skutečnosti se počet vlícovacích bodů pohyboval od 24 do 38 s polohovou chybou (transformace afinní) v rozmezí od 0,2 m do 5 m. Výjimkou byl letecký snímek z roku 1959, který byl následně využit pro určení polohy budov na 3D model. U tohoto snímku bylo určeno 65 vlícovacích bodů. Polohová chyba se pak pohybovala od 0,25 m do 2,3 m. Po vytvoření dostatečného množství bodů a kontrole chyb bylo možné snímek převzorkovat pomocí funkce Rectify. Před provedením výsledné transformace bylo ještě nutné vybrat vhodnou interpolaci k přepočtu. Zvolena byla metoda Nearest Neighbor, která byla dostačující Tvorba DMT Tvorba digitálních modelů proběhla na základě výškových dat ZABAGED. Digitální modely byly potřeba vytvořit dva, jelikož byla zvolena dvě zájmová území (oblast náměstí a oblast synagogy). Obě tato území byla zpracována stejným postupem. Jak již bylo řečeno, digitální model byl vytvořen pomocí dat ZABAGED. Jelikož se jednalo o velmi malé území (400 x 372 m, respektive 75 x 75 m), byly využity vrstevnice s intervalem 2 m. Celý proces proběhl v SW ArcGIS, konkrétně v aplikaci ArcMap. Do aplikace byla nejdříve nahrána data pomocí nástroje Add Data. Data ZABAGED obsahovala vrstevnice hlavní, vedlejší a doplňkové. Nahrán byl také polygon, který definoval zájmové území. Byla zvolena interpolace Topo to Raster. Tato interpolační metoda je vhodná k interpretaci reálného povrchu a umožňuje zpracování různých dat zároveň. Po spuštění interpolace (ArcToolbox Spatial Analyst Tools Interpolation Topo to Raster) byla určena vstupní data. Vstupními daty byly všechny druhy vrstevnic ZABAGED, u těchto shapefile bylo nastaveno: Field = VYSKA; Type = Contour. Toto nastavení zaručilo správnou identifikaci atributu s nadmořskou výškou a rozpoznání vrstevnicového typu dat. Dalším vstupním 30

31 Kapitola 3: Metodika a vstupní data souborem byl polygon zájmového území, u kterého bylo posléze definováno: Field = Boundary. Tímto bylo dosaženo proběhnutí interpolace pouze v rámci definované oblasti. Následně bylo vybráno uložení výstupu rastru. Ostatní nastavení včetně velikosti výsledného pixelu (Output cell size) bylo ponecháno defaultně. Výstupní velikost pixelu byla tak definována na 1,488. Výsledný rastr interpolace byl využit k vytvoření TIN. K tomuto procesu byla použita funkce Raster to TIN (ArcToolbox 3D Analyst Tools Conversion From Raster). Zde byl zadán vstupní rastr (Input Raster) vytvořený v předchozím kroku pomocí Topo to Raster. Nadefinováno bylo uložení výstupu, tedy souboru TIN. TIN bylo také možné vytvořit přes funkci Create TIN (3D Analyst Tools TIN Management). Zvolen byl ovšem postup přes interpolaci Topo to Raster, u které bylo možné definovat charakter vstupních dat (PointElevation, Contour, Stream, Sink, Boundary, Lake) a tak optimalizovat výstup. Vytvořený TIN, který představoval digitální model, byl v této formě připravený k nahrání a k další úpravě v aplikaci ArcScene Vektorizace a příprava shapefile Vektorizace se týkala objektů, které byly určeny k vizualizaci na výsledném modelu v aplikaci ArcScene. Jednalo se o polygonové shapefile soubory komunikací, travnatých ploch a chodníků a bodové shapefily potřebné k umístění budov a stromů. Vektorizace byla prováděna nad georeferencovaným leteckým snímkem z roku Některé shapefily byly po prvotní vektorizaci ještě editovány. Jednalo se zejména o vrstvu chodníků, travnatých ploch a stromů, které z leteckého snímku nebyly dobře patrné. Aby výsledné rozmístění odpovídalo co nejvíce skutečnosti, byly tyto vrstvy posléze modifikovány na základě dostupných fotografií. Samotná vektorizace probíhala v aplikaci ArcMap, kde pomocí nástrojové lišty Editor byly modifikovány předem připravené prázdné shapefily. Vektorizování probíhalo zejména nástroji Straight Segment a Trace. Pomocí Straight Segment byly umísťovány body (vertexy), které následně definovaly polygony. Nástroj Trace umožnil snadnější a přesnější tvorbu dalších polygonů, jelikož byl schopen držet se tvaru jiného označeného polygonu a tak vytvářet polygon se shodnými hraničními vertexy. Následná úprava již vytvořených vrstev probíhala prostřednictvím nástroje Edit Vertices. 3.4 Tvorba a export 3D objektů Tvorba 3D objektů může probíhat prostřednictvím mnoha různých programů. V této práci byly testovány dva SW. Jednalo se o volně stažitelnou verzi Google SketchUp 8 a komerční Bentley MicroStation V8i. Oba tyto programy jsou vhodné k modelaci nejrůznějších 3D objektů, avšak v nabídce nástrojů a způsobem práce se liší. K testování vhodnosti využití těchto programů k 3D rekonstrukci byla zvolena budova synagogy, která leží mimo hlavní vybrané území tvořeného modelu, ale z hlediska vizualizace 31

32 Kapitola 3: Metodika a vstupní data patřila k nejatraktivnějším na Mírovém náměstí. Synagoga byla vytvořena nejdříve pomocí programu Google SketchUp a následně prostřednictvím Bentley Microstation. Modelace ostatních budov na definovaném území proběhla pouze v programu Bentley MicroStation. Oba tyto postupy jsou popsány v následujících podkapitolách Google SketchUp Google SketchUp 8 je z uživatelského hlediska velice snadno ovladatelný software. Množství nástrojů, které nabízí, není nijak rozsáhlé, ale zahrnuje téměř vše, co je k 3D modelaci potřeba. Díky malému množství nástrojů je tento program velmi přehledný a pro nového uživatele lehce zvládnutelný. Budova synagogy byla rekonstruována na základě fotografií, které mapovaly podobu budovy v první polovině 20. století. Základní půdorysné rozměry byly naměřeny na mapách katastru nemovitostí, které byly zveřejněné na webových stránkách ČÚZK (dostupné na WWW: Výška synagogy a rozměry oken byly odvozeny z fotografií na základě viditelných poměrů a již změřeného půdorysu. Velikosti ostatních objektů, například rozměry říms a sloupků, byly odhadnuty z obrazových materiálů. Ke snadnému využití a aplikaci zjištěných rozměrů byly pracovní jednotky v SW SketchUp nastaveny na centimetry (Window Model Info Units). Při rekonstrukci jakéhokoliv 3D objektu v tomto softwaru byly užitečné zobrazené osy x, y, z (Axes). Osy byly barevně odlišeny a umožnily snadnou orientaci v prostoru. Byly také často využívány při práci, jelikož program umožnil během kreslení tvarů se os přichytit. Tímto způsobem byla zajištěna tvorba objektů v požadovaném směru. Při modelaci byl také užitečný nástroj Tape Measure Tool, pomocí kterého byly tvořeny pomocné čáry dle daných rozměrů na budově. Tento software tvořil modely na principu B-Rep, definoval tedy 3D objekt pomocí povrchu. V prvním kroku tak byl vytvořen hrubý model synagogy pomocí definovaných ploch. Tyto plošné polygony byly modelovány například pomocí nástroje Rectangle, který slouží k tvorbě čtyřúhelníků. Do tohoto modelu byly postupně dokreslovány jednotlivé detaily tvořící fasádu a následně celou budovu. Pro větší přehlednost byla využita funkce Layers (Window), která umožnila jednotlivé části budovy kreslit samostatně do vrstev. Například při modelování věže tak byla viditelná pouze vrstva se základním tvarem budovy a vrstva tvořené věže. Ostatní vrstvy byly vypnuté, aby nedošlo k přichycení k nesprávné linii. Konkrétní tvary byly následně tvořeny zejména pomocí nástroje Line. Tento nástroj je schopen pomocí linie tvořit nebo naopak rozdělit polygony. Například při rekonstrukci římsy byly pomocí Line definovány rozměry na zdi budovy a následně byla ze zdi vytažena římsa pomocí nástroje Push/Pull. Push/Pull funguje i opačným způsobem, kdy 3D objekt může být vytvořen na základě zahloubení definované plošky. Této funkce bylo využito u modelování oken, kdy byl nakreslený obrys okna na stěně zatlačen do budovy. K tvorbě zaoblených tvarů sloužily dva nástroje - 32

33 Kapitola 3: Metodika a vstupní data Circle a Arc. Circle tvořil kruhové polygony o daném poloměru, Arc pouze oblouky, tedy linie. Vytvoření dojmu skutečné budovy umožnil nástroj Paint Bucket, který dal modelu výslednou podobu. Tento nástroj nabídl soubor materiálů, které mohly být aplikovány na finální stěny. Tímto způsobem byly vytvořeny například průhledná skla oken nebo byla obarvena střecha a fasáda. Výsledný model s materiály a vyznačenými nástroji, které byly použity, jsou zobrazeny na obr. 10. Obr. 10 Budova synagogy vytvořená v Google SketchUp 8 (zdroj: vlastní výtvor) Google SketchUp 8 oproti minulým verzím nabídl export modelu ve formě souboru COLLADA File (*.dae), který bylo možné snadno importovat do ArcGIS. Nebylo tedy potřeba ukládat soubor ve formátu SketchUp Version 6 (*.skp). Během práce s tímto programem se objevily kladné vlastnosti, ale i nedostatky. Výhodou se ukázalo být malé množství nástrojů, které po prvním spuštění aplikace byly snadno a rychle pochopeny. Pozitivním faktem byla také kompatibilita s programem ArcGIS, kdy export mohl být proveden pomocí dvou formátů souboru a zároveň importován v kvalitní podobě bez ztráty jakýchkoliv detailů. Nedostatečně řešená se naopak ukázala možnost kopírování jednotlivých prvků. Kopírování bylo ve výsledku velmi nepřesné a přineslo většinou spíše více práce než opakované vykreslování totožných objektů. Z tohoto důvodu byla například okna modelována jednotlivě i přes fakt, že se některé tvary oken opakovaly. Náročným procesem byla také tvorba zaoblených tvarů. Objekty ve tvaru koule se tvořily velmi složitě pomocí základních tvarů. Příklad takto vytvořeného objektu je vidět na obr

34 Kapitola 3: Metodika a vstupní data Obr. 11 Znázornění tvaru koule v SW Google SketchUp 8 (zdroj: vlastní výtvor) Bentley MicroStation Software Bentley MicroStation V8i je oproti předchozímu programu uživatelsky náročnější i protože nabízí velké množství nástrojů. Prvním krokem po spuštění programu bylo vytvoření nového výkresu, ve kterém byla budova následně tvořena. Při tvoření nového výkresu bylo potřeba změnit zakládací výkres z důvodu možnosti modelace ve 3D formátu. V původním nastavení byl zakládacím výkresem soubor seed2d.dgn, který umožňoval práci pouze s 2D objekty. Bentley poskytl v instalačních souborech i soubor seed3d.dgn. Tento soubor byl tedy použit jako zakládací. Nový výkres byl po nastavení místa uložení vytvořen ve formátu.dgn. Rozměry budov a velikosti jejich částí byly získány totožným způsobem jako při použití předchozího programu. K jejich snadné aplikaci bylo opět potřeba nastavit pracovní jednotky. Jednotky byly definovány v Nastavení výkresu (Nastavení Výkres) následovně: Hlavní jednotky metry; Vedlejší jednotky centimetry. Prostředí MicroStation nabídl pro práci několik možností pohledů. Pohledy umožnily kontrolu a větší přehled o tvořených objektech. Během práce ve 3D byla tato funkce velmi užitečná. Software nabídl defaultně čtyři pohledy Shora, Izo, Zepředu, Zprava. Možné bylo i definovat vlastní pohled. Všechny tyto pohledy pak mohly být zobrazeny najednou, jak je vidět na obr. 12. V každém pohledu se dal zároveň změnit Styl zobrazení (Atributy pohledu). Stylů zobrazení bylo v nabídce několik. Během tvorby 3D budov byly využívány zejména dva Drátový model a Hladké se stíny. Drátový model byl použit při samotné rekonstrukci, jelikož zobrazoval pouze hrany bez výplní ploch. Výsledkem byl tedy model viditelný prostřednictvím linií. Naopak u stylu Hladké se stíny byly viditelné výplně ploch i s materiály, pokud byly materiály nadefinované. Tento styl v podstatě zobrazoval finální podobu modelu, která byla následně 34

35 Kapitola 3: Metodika a vstupní data viditelná i po importu budovy do programu ArcGIS. Na horních pohledech obrázku 12 je vidět zobrazení stylu Drátový model, na spodních je pak viditelný styl Hladké se stíny. Obr. 12 Ukázka pohledů v software Bentley Microstation V8i (zdroj: vlastní výtvor) Nástroje Program společnosti Bentley poskytl velké množství nejrůznějších nástrojů a funkcí. V nabídce byly jak nástroje pracující pouze v rovině, tedy 2D, tak i v prostoru 3D. Při práci s těmito nástroji byla téměř vždy využívána funkce AccuDraw, která umožnila snazší a přesnější modelaci. Funkce AccuDraw fungovala jako kompas, pomocí něhož bylo možné zadávat rozměry a určovat zároveň jejich směr. Defaultně se nástroj otáčel pouze do rovin os x, y, z, ale nastavit se dala jednoduše i orientace odlišná. AccuDraw nepracovalo pouze s pravoúhlými souřadnicemi (x, y, z), ale i se souřadným systémem polárním. Pomocí tohoto kompasu byly tedy definovány i úhly. Vizuálně je nástroj objasněn na obr. 13. Obr. 13 Funkce AccuDraw (zdroj: vlastní výtvor) 35

36 Kapitola 3: Metodika a vstupní data Tab. 2 Vybrané nástroje programu Bentley MicroStation V8i (zdroj: vlastní výtvor) Název Funkce Využití při práci (příklady) Umístit útvar Tvoří plošné polygony. Tvorba nepravidelných podstav budovy. Vytaženo pomocí Vytáhnout těleso do 3D. Umístit pravoúhlý útvar Tvoří pravoúhlé plošné polygony. Tvorba pravidelných podstav nebo tvarů na budově. Následně vytaženo pomocí Vytáhnout těleso do 3D. Umístit kvádr Jehlan Umístit kouli Umístit válec Umístit kužel Vytáhnout těleso Kreslit na tělese Tvoří 3D krychli nebo kvádr o definovaných rozměrech. Tvoří pravoúhlé i nepravoúhlé jehlany. Možnost nastavit velikost výšky, horního i dolního poloměru. Tvoří kouli o definovaném poloměru či poměru. Tvoří válec pravoúhlý i nepravoúhlý o definovaném poloměru a výšce. Tvoří pravoúhlý i nepravoúhlý kužel. Možnost nastavit velikost výšky, horního i dolního poloměru. Tvoří vytažením z polygonu 3D těleso. Lze nadefinovat směr a vzdálenost. Pomocí kresby linií rozděluje líc tělesa na menší plochy. Tvorba hrubého náčrtu budovy. Tvorba schodů, dveří, oken, říms ad. Tvorba části sloupků na budově synagogy či části věže na budově radnice. Tvorba částí ozdobných sloupků na budově synagogy a části věže na budově radnice. Tvorba veškerých sloupků. Tvorba části věžičky na vrcholu budovy radnice. Tvorba detailů fasády z již plošně předkreslených tvarů na budově. Tvorba nových líců na budově. Následně vytaženo pomocí Vytáhnout plochu - např. vytvoření římsy. Upravit těleso Modifikuje líc, hranu nebo vrchol. Zvětšování/zmenšování objektů nebo jen posouvání samostatných bodů (vrcholů). Sjednocení tělesa Rozdíl těles Vytvořit zářez podle křivky Zaoblit hrany Zkosit hrany Vytáhnout plochu Tvoří samostatné těleso sjednocením různých těles. Tvoří nové těleso odečtením od sebe dvou těles stávajících. Vytváří otvor nebo zářez pomocí plošného tvaru a definováním směru a hloubky zahloubení. Zaoblí hrany. Lze zároveň zaoblovat navazující hrany. Zkosí hrany dle zadaných vzdáleností. Lze zároveň zkosit navazující hrany. Tvoří vytažením z líce tělesa nové 3D těleso. Lze nadefinovat směr vytažení a vzdálenost. Tvorba základního tvaru budovy sjednocením několika kvádrů. Umísťování zvlášť vytvořených oken, které se odečtením a sjednocením těles spojily s budovou. Vytvoření hvězdy na budově synagogy zahlubováním nakreslených tvarů na fasádě. Shlazení jehlanu tvořícího střechu věže radnice. Tvorba základního tvaru střechy z kvádru. Tvorba říms pomocí vytažení nově definovaného líce. 36

37 Kapitola 3: Metodika a vstupní data Během tvorby jednotlivých budov byly kombinovány 2D a 3D nástroje. Hrubý rys budovy byl vytvořen pomocí základních těles. Většinou postačilo několik kvádrů (Umístit kvádr), které byly spojeny do jednoho tělesa. Kvádr byl rovněž využit při modelování střechy, kdy byl posléze modifikován do vhodného tvaru pomocí nástroje Zkosit hrany. V případě, že se jednalo o složitější tvar půdorysu, byla podstava nakreslena například pomocí nástroje Umístit pravoúhlý útvar. Tento plošný objekt byl následně vytažen do potřebné výšky pomocí funkce Vytáhnout těleso a vytvořil tak 3D objekt. Jelikož předem odhadnuté rozměry nebyly vždy správné, byl využíván také nástroj Upravit těleso. Pomocí tohoto nástroje byly snadno modifikovány domy i v konečné podobě. Při modelování detailních částí byly využity obdobné nástroje. Krom již zmíněných byla velmi užitečná funkce Vytvořit zářez podle křivky. Tato funkce byla použita například při tvarování oken, jelikož umožnila vytvoření otvoru v tělese do požadované hloubky podle předem plošně vytvořeného tvaru. Použité nástroje a popis jejich využití je zobrazen v tabulce 2. Výhodou programu MicroStation oproti programu SketchUp byl panel nástrojů Manipulovat. Tento panel obsahoval řadu nástrojů umožňující přesné kopírování. Nebylo tak nutné modelovat například každé okno na budově zvlášť, ale pomocí některé z nabízených funkcí stačilo okno zkopírovat. Základní funkcí panelu byl nástroj Kopírování, po jehož aplikaci bylo ještě potřeba nově vytvořený objekt umístit. Velmi využívanými byly také nástroje Otočit a Zrcadlit, které umožnily praktické kopírování objektů z jedné strany budovy na stranu opačnou. Materiály MicroStation stejně jako SketchUp nabídl paletu materiálů, které byly použity k aplikaci textury na modelované budovy. K provedení této modifikace byl využit panel nástrojů Materiály, který obsahoval všechny potřebné nástroje. Aplikace MicroStation také umožnila některé materiály nově vytvořit. K tomu posloužily různé jpg soubory. Tímto způsobem byly vytvořeny například hodiny na věži radnice, které byly vyříznuty z fotografie. Nové materiály byly také tvořeny definováním barvy. Ve většině případů ovšem stačila nabídka již předdefinovaných materiálů, která poskytla rozsáhlé množství materiálů na okna, střechy či fasády. Vybrané materiály byly následně aplikovány na model. Tato aplikace probíhala dvěma způsoby. Rychlejší cestou bylo využití nástroje, který nanesl materiál na veškeré stejně obarvené plochy jedné vrstvy (Přiřadit k vrstvě a barvě). Tento nástroj nebylo možné využít vždy. Proto byl používán také nástroj Připojit, který aplikoval materiál na ručně vybrané objekty. Software nabídl také řadu funkcí k vizualizaci výsledného modelu. Ukázka renderingu je na obrázku 14. Možnosti vizualizace ovšem nebyly využity, jelikož modely budov byly dále exportovány do programu ArcGIS. 37

38 Kapitola 3: Metodika a vstupní data Obr. 14 Vizualizace modelu prostřednictvím Bentley MicroStation V8i (zdroj: vlastní výtvor) Export Kompatibilita mezi programy MicroStation a ArcGIS se v průběhu práce ukázala jako problémová. MicroStation sice poskytl k exportu celou řadu formátů, ale žádný nebyl následně vykreslen správně v aplikaci ArcScene. Například soubor Collada (.dae) se do ArcScene podařilo importovat, ale nanesené materiály se již nezobrazily. Vyexportovaný model ve formátu SketchUp (.skp) se nezobrazil vůbec, jelikož soubor nebyl ve formátu verze 6, ale verze 7. Ostatní formáty souboru nabízené programem MicroStation aplikace ArcScene také nevykreslila nebo vůbec nenačetla z důvodu nepodporovaných formátů. Tento problém byl nakonec řešen pomocí SW Google SketchUp. Nejdříve byl z programu MicroStation exportován model ve formátu SketchUp (.skp), který byl následně otevřen v software Google SketchUp. Dále probíhal export obdobně jako u modelu vytvořeného v tomto programu. U exportovaného souboru ve formátu COLLADA File (.dae) se v aplikaci ArcScene zobrazovaly neprůhledná okna budov. Z tohoto důvodu byl k uložení nakonec použit formát SketchUp Version 6 (.skp), který byl v ArcScene vykreslen správně. 38

39 Kapitola 3: Metodika a vstupní data 3.5 Vizualizace v ArcScene Výsledná vizualizace rekonstruovaného modelu proběhla v aplikaci ArcScene, která umožnila vícerozměrné zobrazení všech vytvořených objektů. Pomocí této aplikace byly následně vytvořeny průletové animace a další obrazové výstupy Vytvoření modelu K vytvoření základního modelu bylo potřeba zkombinovat připravené shapefile soubory s TIN. V prvním kroku byl do aplikace ArcScene nahrán soubor TIN a všechny shapefily pokrývající území. Nahrání dat proběhlo prostřednictvím nástroje Add Data. TIN představující povrch byl ponechán v původní podobě, nebyl tedy převýšen. Došlo pouze ke snížení polohy vrstvy na hodnotu 0,996 (Layer Properties Base Heights Factor to convert layer elevation values to scene units). Toto nastavení zajistilo odstranění konfliktu se shapefily, které zůstaly na vyšší nebo původní úrovni, tedy na hodnotě 1. Mezi nahranými shapefile soubory byly vrstvy obsahující silnice, chodníky a trávník a vrstvy připravené pro stromy a budovy. V nastavení těchto souborů bylo nutné nadefinovat přichycení k TIN, které zaručilo stejné výškové poměry (Layer Properties Base Heights Elevation from surfaces Floating on a custom surface). U vrstvy chodníků a trávníku byla navíc nastavena hodnota Extrusion value (Layer Properties Extrusion). Tímto krokem bylo dosaženo vytažení polygonů do výšky, které podpořilo výsledný trojrozměrný efekt. Hodnoty Extrusion byly u chodníku nastaveny na 0,35 a u trávníku na 0,2. Jelikož bylo zároveň nastaveno snížení (Layer Properties Base Heights Factor to convert layer elevation values to scene units) těchto vrstev na hodnotu 0,9992 respektive na 0,9997, bylo výsledným efektem vystupování trávníku nad chodník. Finální úpravou vrstev bylo určení barvy polygonů. Barva byla vybrána ručně, nebo byla použita textura z nabídky ESRI, tak aby co nejlépe odpovídala zobrazovanému objektu. Textura byla využita u vrstvy silnice, chodníků a trávníku Import a úprava 3D objektů Tvorba budov a stromové vegetace byla provedena pomocí připravených shapefile. Shapefile soubory obsahovaly body, které byly umístěny přibližně do středu budovy nebo do pozice stromu. Následné přiřazení podoby objektu proběhlo pomocí 3D symbolů. 3D stromy K rekonstrukci stromů byla využita nabídka symbolů ESRI, konkrétně 3D Trees. Tento soubor 3D symbolů poskytl velký výběr různých druhů stromové vegetace zobrazené ve formátu billboard model. Jednalo se tedy o dvě na sebe kolmé roviny s texturou. U bodové vrstvy tak byl jednoduše zaměněn symbol bodu za vybraný prvek z 3D Trees. Následná úprava 3D stromů spočívala jen v nastavení správné velikosti (Size). 39

40 Kapitola 3: Metodika a vstupní data 3D budovy Budovy byly stejně jako stromy definovány pomocí změny symbolu. Nový symbol byl určen importováním (Edit Symbol 3D Marked Symbol Import) vytvořené budovy ve formátu SketchUp Version 6. Prvotní umístění budovy po importu nebylo přesné, jelikož pozice znázorňující střed budovy byla odhadnuta přibližně. Z tohoto důvodu byla nutná úprava. Modifikace se týkala nejdříve velikosti objektu (Size), která byla nastavována dle viditelných poměrů na historických fotografiích. Dále bylo potřeba definovat otočení budovy (Angle), které bylo řešeno pomocí leteckých snímků a sousedních budov. Finální umístění bylo modifikováno pomocí nastavování offsetové hodnoty, která určovala posun po jednotlivých osách. Příklad nastavení, které proběhlo v záložce 3D Placement, je znázorněno na obr. 15. Využíváno bylo zejména hodnoty X a Y, které posouvaly objekt v horizontální rovině. Hodnota Z byla měněna v případě, kdy budova stála v kopci a bylo potřeba ji částečně zapustit do terénu. Obr. 15 Umístění budovy pomocí nastavení Offset (zdroj: vlastní výtvor) Výsledná vizualizace a tvorba výstupů Vytvořené modely území jsou prezentovány pomocí animací, které umožnila aplikace ArcScene. Tato aplikace nabídla ovládací panel Animation, který obsahoval potřebné nástroje. Výstupové animace bylo možné provést několika způsoby. Nejjednodušší bylo využití funkce Fly (Tools) a Record (Animation Animation Controls). Nástroj Fly umožnil létání nad náměstím i v rámci ulic. Po spuštění Record byl tak nahráván daný průlet. Pro přesnější cestu letu bylo vhodné vytvořit grafickou linii (3D Graphics New Line), podle které byla snadno vytvořena průletová animace (Animation Create Flyby from Path). Tento typ 40

41 Kapitola 3: Metodika a vstupní data vytváření animace byl použit u modelu náměstí, následně byl však modifikován pomocí Animation Manager (Animation). Animation Manager poskytl přehled nahrávaných videí a umožnil jejich kontrolu a editaci. Pomocí tohoto nástroje bylo možné také sledovat Keyframe. Keyframe byly jakési klíčové snímky, které znázorňovaly pohledy v rámci animace. Pomocí Animation Manager bylo s Keyframe dále manipulováno. Bylo zde možné daný Keyframe zobrazit a následně měnit polohu kamery. Tímto způsobem byl měněn průlet a tedy i animace. Průběh animace byl definován i pomocí vytváření Keyframe, kdy například pomocí nástroje Navigate (Tools) byl nastaven pohled a funkcí Create Keyframe (Animation) byl tento snímek zařazen do Animation Manager. Kamera poté sledovala tyto klíčové snímky a tak tvořila animaci. Tento postup byl využíván nejčastěji. V rámci lepšího uvedení do problematiky modelovaného území byla také vytvořena animace znázorňující změny od roku 1938 do roku K vytvoření této animace bylo použito osmi leteckých snímků, které mapovaly toto období. Průběh animace byl definován pomocí snímků Keyframe. Následně bylo využito funkce Create Group Animation (Animation), která velice usnadnila tvorbu této změnové animace. Do Animation Manager byly tak nahrány veškeré letecké snímky, kterým byl nadefinován průběh letu pomocí Keyframe. Ve výsledku tak došlo k pravidelnému střídání zobrazovaných leteckých snímků během animace. Animace byly po vytvoření ukládány pomocí funkce Export Animation (Animation) ve formátu.avi. Během exportování bylo možné nastavit kompresi. Z důvodu zachování kvality vizualizace však ukládání proběhlo bez komprese. Komprese a výsledný střih animací proběhl ve specializovaném software Adobe Premiere Elements

42 Kapitola 4:Výsledky a diskuze 4 VÝSLEDKY A DISKUZE Hlavním cílem této práce bylo vytvoření vícerozměrného modelu pomocí specializovaných programů. Modelována byla část města Dobříš, konkrétně se jednalo o Mírové náměstí, Pražskou ulici a ulici Plukovníka B. Petroviče. V rámci modelu byly tvořeny budovy, které byly v 2. polovině 20. století během tzv. asanace zbourány. Jednalo se ale také o budovy, které nebyly asanací ovlivněny anebo byly pouze upraveny. Celkově bylo vytvořeno 32 budov zbouraných a 36 budov, u kterých k demolici nedošlo. Výsledný model byl vytvořen z několika různých prvků. Povrch byl definován pomocí TIN, který byl vygenerován na základě vrstevnic ZABAGED v aplikaci ArcMap. Jelikož se jednalo o relativně malé území (400 x 372 m), bylo použito vrstevnic s výškovým intervalem 2 m. Tento interval byl pro daný účel vyhovující. Pokryv povrchu byl vytvořen pomocí polygonových shapefile souborů nesoucích texturu. Shapefily, které znázorňovaly silnice, chodníky a trávník, byly nejdříve vektorizovány v ArcMap na základě leteckých snímků. Následně byla těmto vrstvám v ArcScene přiřazena vhodná textura. I když umísťování budov v rámci modelu probíhalo stejně jako vektorizace na podkladě leteckých snímků, shapefile soubory nebyly vytvořeny s ideální přesností. Po zobrazení v ArcScene se zobrazily nedostatky, kdy nejčastěji docházelo k vytvoření mezer mezi chodníky a domy. Chyby byly způsobeny částečně nepřesnou vektorizací a částečně modelováním a importem budov, kdy přesná pozice domu nebyla určena pouze dle leteckého snímku, ale také na základě historických fotografií a polohy sousedních budov. Tento problém byl řešen dodatečnou editací vrstev v aplikaci ArcScene, kde k tomuto účelu sloužil nástrojový panel 3D Editor. Závažnějším problémem se ukázalo být přizpůsobení daných shapefile s TIN. Vrstva silnic z neznámé příčiny vytvářela jakýsi příkop po celé délce ulice Plukovníka B. Petroviče. Tato výšková chyba se tvořila nezávisle na TIN. Tento zásadní nedostatek byl nakonec vyřešen pomocí druhého shapefile znázorňující silnici, který byl editován pouze v ArcScene pomocí 3D Editor. Jelikož se při snaze upravit tento nově vytvořený shapefile v ArcMap chyba vracela, byla nakonec vrstva ponechána v původní podobě. 42

43 Kapitola 4:Výsledky a diskuze Časově nejnáročnější prací byla rekonstrukce budov, jelikož se jednalo o modelaci věrné podoby náměstí. Z tohoto důvodu bylo nutné tvořit budovy co nejpodrobněji. Rekonstrukce proběhla v programu MicroStation, který nabídl k této práci vhodné nástroje. Podoba budov byla odvozována z historických fotografií a leteckých snímků. Během rekonstrukce bylo potřeba držet se zejména poměrů viditelných na fotografiích, jelikož rozměry budov nebyly známy. Užitečnou pomůckou se ukázal být katastr nemovitostí dostupný na kde byly přibližně zjištěny půdorysné rozměry stávajících budov. Modelovány pak byly nejdříve budovy, které nepostihla demolice. Poté bylo teprve přistoupeno k rekonstrukci zbouraných domů, které byly tvořeny v návaznosti na domy nezbourané. Modelování se týkalo i barvy fasád a střech. Jelikož historické fotografie byly černobílé a neposkytovaly informaci o barvě, bylo zbarvení definováno dle vlastního uvážení a částečně na základě současné podoby náměstí. Dílčím úkolem bylo srovnání vhodnosti programů Bentley MicroStation a Google SketchUp k tvorbě 3D budov. K tomuto účelu byla vybrána budova synagogy, která nebyla na modelovém území, ale byla v těsné blízkosti (v západní části Mírového náměstí). Synagoga byla modelována pomocí obou softwarů. Volně dostupný Google SketchUp se ukázal být jednoduchým a efektivním nástrojem. Práce s tímto programem byla velmi intuitivní. MicroStation byl oproti tomu na první pohled velmi náročný na pochopení. Důvodem bylo velké množství nástrojů s možností dalšího nastavení. V průběhu další práce byl shledán jako vhodnější MicroStation. Tento software totiž ve výsledku umožnil rychlejší a méně pracný postup. Důvodem byla možnost přesného kopírování objektů či jejich částí, které v aplikaci SketchUp téměř nefungovalo. Různé druhy kopírování usnadnily tvorbu oken či fasád, kdy stačilo vytvořit například jedno okno, které bylo dále nakopírováno na přesně definované pozice. Výhodou byla také možnost modifikace objektů, která vzhledem k neznalosti rozměrů byla pro práci důležitá. Díky tomu byly v programu MicroStation snadno editovány finální modely budov, u kterých byly na závěr zjištěny špatně odhadnuté rozměry. V rámci aplikace SketchUp byla úprava takovýchto modelů náročná, jelikož budova byla poskládána ze vzájemně provázaných plošek. Při manipulaci s ploškou nebo hranou docházelo k další deformaci, která způsobila vytvoření nových nepřesností. Nevýhodou SW MicroStation byla špatná kompatibilita se SW ArcGIS. MicroStation sice nabízel k exportu formáty souborů, které byly ArcGIS podporovány, ale po importu do ArcScene nebyly modely vykresleny nebo chyběly přidané textury. Export byl následně řešen pomocí aplikace SketchUp, kde došlo k přeuložení exportovaného modelu z MicroStation (.skp, Sketchup version 7) do formátu SketchUp Version 6 (.skp), který byl v ArcScene zobrazován v pořádku. V tomto ohledu se tedy jeví být lepší program Google SketchUp, z kterého bylo možné exportovat budovu ve dvou formátech (SketchUp version 6, COLLADA File) podporovaných ArcGIS. Pro účely kvalitní prezentace řešeného území byla vytvořena také animace znázorňující změny v dané oblasti města Dobříš. K vytvoření modelu potřebného k animaci byl použit již dříve vytvořený TIN a letecké snímky mapující období Letecké snímky bylo nutné před použitím georeferencovat. Georeferencování do souřadného systému S-JTSK proběhlo 43

44 Kapitola 4:Výsledky a diskuze na základě polohopisných dat ZABAGED v aplikaci ArcScene. Tato aplikace nabídla několik typů transformací, z kterých byla nakonec vybrána lokální metoda Spline. Transformace byla provedena s přesností vyhovující vizualizačnímu účelu. Finální vizualizace všech vytvořených modelů proběhla prostřednictvím animací, které byly z hlediska vícerozměrné vizualizace efektivní. Vytvoření průletu skrze ulice tak poskytlo vhodný náhled na výsledný model. Tvorba průletových animací proběhla v aplikaci ArcScene prostřednictvím nástrojového panelu Animation. V rámci vizualizace byly také tvořeny srovnávací pohledy, které umožnily porovnání podoby modelu s historickými fotografiemi. Tyto obrazové výstupy ve formátu.jpg nakonec však nebyly tvořeny pomocí exportu z ArcGIS (funkce Export Scene 2D), jelikož výstupy takto vytvořené zobrazovaly model bez offsetového nastavení budov. Z tohoto důvodu bylo přistoupeno na výstup skrze funkci Print Screen, která při použití SW Adobe Photoshop CS5 byla kvalitní. V tomto grafickém programu proběhla i editace a výsledné spojení těchto obrazů s historickými fotografiemi. 44

45 Kapitola 5: Závěr 5 ZÁVĚR Tato práce se zabývala problematikou 3D rekonstrukce a vizualizace vybraného území obce Dobříš. V úvodu byla na základě literatury rozebrána problematika tykající se zmíněného tématu. V rámci rešeršní části byly popsány metody využívané při modelování 3D objektů, typy digitálních modelů, metody interpolace nebo geometrické transformace. Praktická část práce byla zaměřena na 3D rekonstrukci zaniklé části Dobříše. Vytvořen byl model Mírového náměstí, Pražské ulice a ulice Plukovníka B. Petroviče, který znázorňoval podobu města před tzv. asanací. Při tvorbě modelu byl kladen důraz na co nejlepší vystižení vzhledu budov, která byla patrná z historických fotografií poskytnutých depozitářem a archivem Muzea města Dobříš. Během práce bylo využito několika softwarů a různých datových podkladů. V rámci vstupních dat bylo využito kromě zmíněných dobových fotografií také polohopisných a výškopisných dat ZABAGED a leteckých snímků. Dílčím cílem praktické části bylo otestování programů Bentley MicroStation V8i a Google SketchUp 8 při modelování 3D budov. K tomuto účelu byla vybrána budova synagogy, která byla vymodelována v obou aplikacích. To umožnilo srovnání funkcionality obou aplikací, které je popsáno ve výsledcích práce. Veškeré vytvořené vícerozměrné modely byly finálně prezentovány pomocí průletových animací a obrazových výstupů, které umožnily efektivní vizualizaci a srovnání s dobovými fotografiemi. Potenciál tohoto tématu, tedy 3D modelace území, je obrovský. V rámci této bakalářské práce byl ukázán příklad rekonstrukce zaniklé části města, tedy zejména zástavby. Do budoucnosti zůstává dostatek prostoru, kterým by se toto téma dalo rozvíjet. K rekonstrukci by bylo možné použít odlišných aplikací či zdrojových dat. Široké možnosti by například přinesla rekonstrukce na základě dat LiDAR. Otevřeným tématem také zůstává vizualizace pomocí webových aplikací, která by z pohledu prezentace dat široké veřejnosti byla velmi užitečná. 45

46 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš SEZNAM ZDROJŮ INFORMACÍ ARCDATA PRAHA Seznamte se s ArcGIS [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < ARCDATA PRAHA ArcGIS Desktop [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < BAK, P. R. G.; MILL, A. J. B Three dimensional representation in a Geoscientific Resource Management System for the minerals industry. In: Three dimensional applications in Geographical Information Systems. London : Taylor & Francis, 1989, s ISBN BOOTH, B Using ArcGIS 3D Analyst. Redlands : ESRI, s. BRAVENÝ, L Digitální modely terénu a modelování prostorových dat. In: Vybrané funkce geoinformačních systémů. Praha : Česká kosmická kancelář, Kapitola 6, s CAMBRAY, de B Three-dimensional modeling in a geographical database. In: Proceedings of Auto Carto 11. Maryland: Bethesda, s CHILDS, C Interpolating Surfaces in ArcGIS Spatial Analyst. ArcUser. 2004, July-September, s ČADA, V Přednáškové texty z geodézie [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < ČÚZK Geoportál ČÚZK [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < DOBEŠOVÁ, Z.; VOŽENÍLEK, V Technické a programové prostředky GIS [online].up Olomouc, Katedra Geoinformatiky, 2004 [cit ]. Dostupné z WWW: < 46

47 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš ESRI GIS Dictionary [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < FAJT, J Geometrické transformace v GIS [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < GISOFT MicroStation [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < Google Google SketchUp [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < HAKLAY, M. E Virtual reality and GIS : Applications, trends and directions. In Virtual Reality in Geography. London : Taylor & Francis, s JELÉNEK, J D rekonstrukce krajiny na příkladu zaniklých obcí v českém pohraničí a vojenských újezdech. Zdiby, s. Bakalářská práce. Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta, Katedra aplikované geoinformatiky a kartografie. KADLEC, P Dobříš v proměnách. 1. vydání. Praha : Okrašlovací spolek Dobříš, s. KLIMÁNEK, M Geoinformační systémy : návody ke cvičením v systému ArcGIS. Brno : Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, s. ISBN KOLÁŘ, J Geografické informační systémy přeprac. vyd. Praha : ČVUT, s. ISBN KOUSSA, Ch. - KOEHL, M A simplified geometric and topological modelling of 3D buildings enriched by semantic data: combination of surface-based and solid-based representations. In: Advances in Geoinformation Technologies. 1st ed. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, Kapitola 3, s ISBN MALIMÁNKOVÁ, J Tvorba datového modelu Crigingerovy mapy v ArcGIS. Praha, s. Bakalářská práce. ČVUT, Fakulta stavební, Katedra mapování a kartografie. Dostupné z WWW: < Města a obce online [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < MUHAR, A Three-dimensional modelling and visualization of vegetation for landscape simulation. Landscape and Urban Planning. 2001, Vol. 54, Issues 1-4, s ORŠULÁK, T. - RAŠKA, P. - SUCHEVIČ, S Rekonstrukční vícerozměrná geovizualizace městských krajin: příkladová studie a perspektivy. In: Historická geografie 34. Praha : Historický ústav, 2007, s ISBN PAVELKA. K Fotogrammetrie 10. Praha : Vydavatelství ČVUT, s. ISBN

48 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš PINTO, V. [et al.] Using 3-D structures and theur virtual representation as a tool for restoring opencast mines and quarries. Engineering Geology. 2002, 63, s POPELKA, S Google a ArcGIS : Nové možnosti v 3D vizualizaci. Olomouc, s. Bakalářská práce. Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta, Katedra geoinformatiky. PRŮŠA, O Město Dobříš: stručné dějiny [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < &id_dokumenty=455803&n=z%2dhistorie%2dmesta>. RAPANT, P Geoinformatika a geoinformační technologie. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, s. ISBN SMITH, S. L Urban remote sensing: the use of LiDAR in the creation of physical urban models. In: Advanced Spatial Analysis : The CASA book of GIS. Redlands : ESRI, 2003, s ISBN SVOBODOVÁ, J Hodnocení přesnosti digitálních modelů reliéfu. Geomorphologia Slovaca et Bohemica. 2008, 8, s Dostupný také z WWW: < ŠTYCH, P Pořizování dat. In: Vybrané funkce geoinformačních systémů. Praha : Česká kosmická kancelář, Kapitola 3, s USGS Glossary [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < VANÍČEK, T Some theoretical problems of plate digital terrain model construction. In: Sborník příspěvků konference GIS Ostrava 2003 [online]. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 2003 [cit ]. Dostupné z WWW: < VOŽENÍLEK, V Geovisulization: new player in geoinformatic team or old cartography in a new coat?. In: Sborník příspěvků konference GIS Ostrava 2005 [online]. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 2005 [cit ]. Dostupné z WWW: < VÚGTK Terminologický slovník zeměměřičství a katastru nemovitostí [online] [cit ]. Dostupné z WWW: < WANG, L.; HUA, W Survey and Practice of 3D City Modeling. In: Technologies for E-Learning and Digital Entertainment. Berlin : Springer, 2006, s WOOD, J Visualizing contour interpolation accuracy in digital elevations models. In: Visualization in geographical information systems. Chichester : John Wiley& Sons, 1994, s ISBN

49 Lucie Koucká: 3D rekonstrukce zaniklých částí města Dobříš SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Srovnání 3D modelu s historickými fotografiemi oblast Mírového náměstí Příloha 2 Srovnání 3D modelu s historickými fotografiemi Pražská ulice Příloha 3 Srovnání 3D modelu s historickými fotografiemi ulice Plukovníka B. Petroviče Příloha 4 Prezentace změn modelového území v Dobříši Příloha 5 Porovnání 3D rekonstrukce v SW Google SketchUp 8 a SW Bentley MicroStation V8i na budově synagogy Příloha 6 DVD s elektronickou verzí práce Příloha 7 DVD s průletovými animacemi 49

50 Příloha 1: Srovnání 3D modelu s historickými fotografiemi oblast Mírového náměstí Pohled od ulice Pražské na západní část náměstí (vlevo hotel Heinz čp. 37, vpravo radnice čp. 119) Fotografie z roku 1908 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

51 Pohled ze středu náměstí směrem k Pražské ulici (vlevo radnice čp. 119 vpravo U Meislera čp. 190) Fotografie z roku 1910 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

52 Pohled od hotelu Na Knížecí čp. 78 na radnici čp. 119 (vpravo hotel Heinz čp. 37) Fotografie z roku 1933 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

53 Severní část náměstí (zleva dům U Kubátů čp. 205, U Bílého lva čp. 77 a sokolovna čp. 77b) Fotografie z roku 1937 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

54 Severní část náměstí (dům U Kopáčků čp. 81) Fotografie z roku 1960 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

55 Severní část náměstí (zleva hotel Na Knížecí čp. 78 a dům U Hausekra čp. 78b) Fotografie kolem roku 1910 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

56 Severovýchodní část náměstí (zprava dům U Rota čp. 83, U Bílků čp. 219 a U Bubínků čp. 82) Fotografie z roku 1930 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

57 Severovýchodní část náměstí (vpravo Kopáčkův dům čp. 103) Fotografie z konce 19. století (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

58 Východní část náměstí (dům U Šprunglů čp. 199, vpravo U Neumannů čp. 105) Fotografie z roku 1962 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

59 Jižní část náměstí (zprava dům U Bondyů čp. 40, Svobodův statek čp. 223 a třetí Židovská škola čp. 39) Fotografie z roku 1918 (zdroj: Kadlec, 2009)

60 Jihovýchodní část náměstí (zprava dům U Jarešů čp. 202 a hotel Heinz čp. 37) Fotografie kolem roku 1920 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

61 Jihovýchodní část náměstí (zleva dům U Ptáčků čp. 36 a hotel Heinz čp. 37) Fotografie kolem roku 1925 (zdroj: Kadlec, 2009)

62 Příloha 2: Srovnání 3D modelu s historickými fotografiemi Pražská ulice Pohled do Pražské ulice z Mírového náměstí (vlevo dům U Honzíků čp. 108 a vpravo dům U Müllera čp. 34) Fotografie z roku 1968 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

63 Jižní strana Pražské ulice (dům U Müllera čp. 34 a vlevo cukrárna U Vlčků čp. 189) Fotografie z roku 1947 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

64 Jižní strana Pražské ulice (nejblíže dům U Blocha čp. 252, U Drážďanských čp. 32 a U Tumlerů čp. 263) Fotografie z roku 1968 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)

65 Jižní strana Pražské ulice (zleva dům U Adeltů čp. 28 a Pollaků čp. 400) Fotografie kolem roku 1948 (Kadlec, 2009)

66 Severní strana Pražské ulice (nejblíže dům U Tichoty čp. 112) Fotografie kolem roku 1930 (zdroj: depozitář a archiv Muzea města Dobříš)