MASARYKOVA UNIVERZITA Pedagogická fakulta Katedra geografie 3D vizualizace v programu GeoShow3D Vypracoval: Petr Poláček
3D vizualizace v programu GeoShow3D Obsah: 1. Úvodní slovo 2 2. Technicko-materiální požadavky 2 3. Vstupní data 2 3.1. Digitální model terénu 2 3.2. Rastrové vrstvy 3 3.3. Vektorové vrstvy 4 3.4. 3D objekty 4 4. Popisky a informační body 5 4.1. Popisky 5 4.2. Informační body 5 4.3. Pohledy a průlety 5 5. Uživatelské nástroje a funkce programu GeoShow3D 5 6. Slovo závěrem 6-1 -
3D vizualizace v programu GeoShow3D 1. Úvodní slovo V moderní často až příliš uspěchané době máme už jen málo času na to, abychom si dokázali udělat chvíli, sedli si do křesla, otevřeli si mapu a naplánovali si nějaký výlet. Ať chceme a nebo nechceme, žijeme ve světě moderních informačních technologií, kde hraje prim internet, digitální fotoaparát a reklama. Uděláme-li si už potřebný čas k tomu, abychom si našli turisticky zajímavý tip na výlet, způsob jakým se do dané lokality dopravíme a v neposlední řadě možnost kde bychom mohli přespat, tak v rámci úspory času usedneme k počítači a veškeré tyto údaje budeme hledat na internetu. Pochopitelně budeme rádi, za co možná nejpřehlednější webové stránky, které budou zároveň obsahovat co nejvíce informací a nejlépe i fotografie dané lokality. A pokud jsou součástí těchto stránek nějaké 3D prezentace, nebo různé virtuální pohledy, či panoramata, tak můžeme gratulovat provozovateli těchto stránek, protože se mu povedl základní krok pro oslovení uživatelů probudil v nás zájem. S moderními programy, které využívají trojrozměrného promítání se setkáváme naprosto běžně. Jen některé ovšem dokáží distribuovat data přímo po internetu, aniž bychom museli nahrávat velká množství dat. obr. 1 Jedním z těchto programů je software od španělské společnosti GeoVirtual GeoShow3D, který zařadila do svého portfolia společnost GEODIS BRNO, spol. s r.o.. Tento program, který disponuje volně dostupnou verzí GeoShow3D Lite, umožňuje uživateli prohlížení trojrozměrných projektů přímo po internetu a to aniž bychom museli ukládat nějaká data do vlastního počítače. 2. Technicko-materiální požadavky Řešení a realizace je velice jednoduchá. 3D projekty jsou umístěné na nějakém serveru, který dále pomocí softwaru GeoShow3D Terrain server distribuuje data vstříc jednotlivým uživatelům. A jaké jsou potřebné parametry domácího počítače, na kterém si můžeme tyto 3D projekty prohlížet? Ačkoliv by se na první pohled mohlo zdát, že budou potřeba nejmodernější výkonné desktopy, opak je pravdou. Minimální požadavky na prohlížení projektů (Windows 98/ME/2000/XP, Pentium III 450 MHz, 128 MB RAM, 3D grafická karta) se můžou v dnešní době gigahertzových procesorů zdát skoro až nemožné. K prohlížení projektů přes internet nám potom poslouží spojení již od 128 Kb/s, které je základní nabídkou např. kabelových televizí nebo různých ADSL připojení. Největší podíl na kvalitním zobrazování celého projektu má 3D grafická karta. Podle její kvality a možnostech nám potom aplikace umožní zobrazit až 8 rastrových vrstev najednou. 3. Vstupní data 3.1. Digitální model terénu Jako podklad všech 3D projektů slouží digitální terénní model (dále jen DTM), na který se dále pokládají různé grafické (rastrové) vrstvy (viz. obr. 3). Způsobů získávání DTM je hned několik. V současné době se v největší míře pro rozsáhlá území používá metody leteckého skenování zemského povrchu, metody fotogrammetrické. Princip spočívá v tom, že přístroj umístěný v letadle vysílá k zemi laserový paprsek, který se od země odráží a vrací se zpět. Zároveň přístroj pořizuje i kolmé letecké snímky. Z času za který se paprsek do přístroje vrátí a z letové výšky potom dostáváme přehled o skutečném povrchu oblasti, nad kterou se pohybujeme. Někdy se ovšem může stát, že se paprsek - 2 -
odráží např. od vršků stromů hustého porostu. Proto se veškerá data vyhodnocená automaticky počítačem znovu kontrolují. K tomuto účelu slouží oddělení stereoskopického vyhodnocování. obr. 2 Díky speciálním polarizačním brýlím a faktu, že lidský mozek dokáže na ploše monitoru díky těmto brýlím získat složením dvou fotografií reálný obraz povrchu v 3D, mohou potom pracovníci tohoto oddělení kontrolovat automaticky vyhodnocený výškopis a vzniklé chyby opravit. (viz. obr. 2) Do ještě přesnějšího DTM se mohou promítnout i pozemní geodetická měření. 3.2. Rastrové vrsty Máme-li již DTM můžeme přejít k dalšímu kroku, tedy k položení rastrových vrstev. Pro 3D vizualizaci území se většinou používá aktuálních ortofotomap (kolmých leteckých snímků), které spolu s DTM dodávají obr. 3 věrohodný obraz o celém území. DTM je georeferencovaný, což jinými slovy znamená, že v sobě nese souřadnice umístění na zemském povrchu. Stejné souřadnice mají pochopitelně všechny rastrové vrstvy, které do projektu vkládáme. Proto máme zaručeno, že umístění těchto vrstev bude odpovídat umístění na Zemi. Rastrová vrstva, které je do projektu vložena potom přilne k DTM a vlastně ho na všech místech do detailu kopíruje. Detailnost jednotlivých vrstev záleží na jejich rozlišení. Pro vizualizace rozsáhlých území používáme ortofotomapy s rozlišením 2 nebo 5 metrů/pixel. Pro detailní zpracování potom ortofotomapy 50, 20 nebo dokonce i 10 cm/pixel. Jak je vidět (viz. obr. 3), jako rastrové vrstvy mohou být také použity např. turistické mapy, topografické mapy, či různé mapy tématické. Co všechno nám program GeoShow3D přinese a co nám v rámci zobrazování vrstev umožňuje? Je-li právě zapnutá jako rastrová vrstva libovolná ortofotomapa, pak by laik mohl mít představu podobnou té, jaké to je, když se letí letadlem. Díky automatické a především manuální navigaci mohou uživatelé sami pohled kamery měnit, čímž se stává užívání a ovládání programu doslova zábavnou hrou. GeoShow3D však nabízí mnohem víc. Dokáže (v závislosti na kvalitě grafické karty) zobrazit až 8 rastrových obr. 4 vrstev najednou, čímž nám poskytuje nepřeberné množství dalších informací o daném území. Přitom záleží jen na nás, kterou z těchto vrstev právě chceme sledovat. Jednoduchým stisknutím tlačítka, můžeme tyto vrstvy libovolně vypínat a zapínat. Je tedy velice snadné využít zobrazení hned několika rastrových vrstev najednou. Představme si, že se pohybuji nad rozsáhlým územím celé České republiky. Rádi bychom se podívali do historického centra Prahy, ale rozlišení 5 metrů/pixel nám nepodá tak přesné a dokonalé informace, jaké bychom si asi představovali. Proto není nic jednoduššího, než využít možnosti a zapnout si vrstvu, která zobrazuje celé hlavní město v detailním rozlišení 10 cm/pixel. Tato rastrová vrstva původní překrývá, tudíž nedojde k tomu, že bychom už neměli zobrazeno okolí hlavního města. Podobná situace je zachycena na kolmém snímku nádraží v České Třebové (viz. obr 4), kde detailnější ortofotomapa s rozlišením 0,5m/px překrývá základní pětimetrovou. - 3 -
obr. 5 3.4. 3D objekty 3.3. Vektorové vrstvy Pochopitelně vkládáním rastrových vrstev do projektů zdaleka možnosti 3D vizualizací nekončí. Spokojit se pouze s jakousi 3D mapou by v dnešní době určitě nestačilo. Program GeoShow3D proto dokáže využít standardních GIS dat ve formátech ESRI Shapefile, která je možné do projektů vkládat ve formě vektorových vrstev. Může se jednat o vektory ve formě bodů, linií i polygonů, přičemž počet těchto vektorových vrstev už potom není ničím omezen. Takže chceme-li mít například představu o veškeré vodní síti, žádný problém. Vektorová data využijí jistě i turisté, protože není nic jednoduššího, než si zapnout vrstvu obsahující turistické značky a plánování trasy výletu se změní ve velmi zábavnou hru. Aby byla ale 3D představa naprosto dokonalá, program GeoShow3D nám umožňuje vkládat do projektů libovolné 3D objekty. Jak můžeme vidět na obrázcích, lze do projektu například zakomponovat celé historické náměstí města Telč, které je pro svoji jedinečnou architekturu zapsáno v Seznamu světového kulturního a přírodního dědictví UNESCO. Celý tento projekt, který se týká 3D vizualizace náměstí v Telči slouží městu jako interaktivní prezentace obce na internetu. Způsob, jakým vznikají 3D objekty vychází opět z kombinace různých obr. 6 způsobů měření. V prvé řadě jistě vyjdeme z geodetických měření, při kterých získáme data o poloze jednotlivých domů. Ke zjištění výšky střech a budov, které se na náměstí nacházejí opět využijeme fotogrammetrie. Stejně jako u kontroly výškopisu při práci s DTM využijeme oddělení stereoskopického vyhodnocování. Zde již data dostávají 3D podobu a my již získáváme jednoduchý 3D model celého náměstí. K přesnému obr. 7 zachycení detailů štítů jednotlivých budou využijeme snímkování pomocí pozemního laserskeningu. Princip je stejný jako při leteckém skenování zemského povrchu. Dále je potom nutné správně data pořízená touto metodou vyhodnotit a dle laseru štíty budov zvektorizovat. Z takto získaných dat dokážeme pomocí různých programů vytvořit přesný virtuální model různých druhů staveb. Poslední fází je potom vyfotografované digitální snímky budov upravit tak, aby přesně kopírovaly již vytvořený 3D model. Šikovný grafik potom připojí i stromy, kašny, sochy či morový sloup, který se na náměstí v Telči nachází. Výsledný efekt můžete sami zhodnotit. (viz. obr. 6 a 7) - 4 -
4. Popisky a informační body Nyní se nacházíme ve fázi, kdy si prohlížíme trojrozměrný projekt a volně se pohybujeme nad libovolným územím. K orientaci v celé scenérii nám poslouží nejen směrová růžice udávající informace o poloze S, J, V, Z, ale především spousta dalších pomůcek a nástrojů. 4.1. Popisky První z řady těchto pomůcek jsou 3D popisky. Do projektů je totiž možné vložit mimo rastrových a vektorových vrstev neomezené množství popisků míst a informačních bodíků ve formě štítků a ikonek (viz. obr. 8). Popisky jsou pro snadnou orientaci a přehlednost vyhledávání seskupovány do kategorií. Podávají nám krátké textové informace o daném bodu. Jako jsou například názvy obcí, hradů, zámků, vodních toků a nádrží a další. Zároveň je možná k popiskům vložit 128 znaků krátkého textu. Můžeme se tedy dozvědět základní údaje konkrétního místa (adresa, kontaktní telefon, aj.). Pochopitelně je možné nastavit vzhled jednotlivých kategorií, takže můžeme měnit barvu, styl písma nebo jestli mají popisky obsahovat rámečky. 4.2. Informační body Oproti tomu informační body jsou nositelé dalších multimediálních informací a jsou zobrazovány formou malých 3D ikonek přímo v terénu. V praxi to znamená, že pokud klikneme na nějaký informační bod, otevře se nám nové okno, které poskytne o daném místu nespočetné množství dalších informací. Odkazy mohou být například webové stránky, textové nebo pdf dokumenty, fotografie nebo videa a spousta dalších. Stejně jako popisky jsou pro přehlednost, snadnou orientaci a vyhledávání seskupovány do kategorií. Zároveň je také možné vypínat a zapínat zobrazování těchto kategorií. Nemůže se tedy stát, že by byl celý projekt pro veliké množství těchto popisků a informačních bodů nepřehledný. Máme-li tedy zájem vyhledat si v území, které projekt obsahuje, například místo kde bychom mohli přespat, ponecháme zapnutou kategorii ubytování a dále si už jen prohlédneme jednotlivé lokality. Díky prolinkování informačních bodů na internet se dostaneme rychlou cestou přímo na konkrétní internetové stránky. 4.3. Pohledy a průlety Program GeoShow3D nemusí však sloužit pouze jako skvělý pomocník pro vyhledávání, ale díky předdefinovaným pohledům a průletům může velice snadno sloužit jako velice atraktivní prezentace libovolných lokalit. Uživateli nabízí možnost prohlédnout si zajímavá místa v celém území a to jak pomocí statických pohledů, tak také dokonce pomocí dynamických průletů napříč scenérií. V praxi to vypadá tak, že si pouze zvolíme např. průlet nad historickými památkami a automatický pilot již vykoná všechnu práci za nás. Poletí s námi od jedné památky k druhé, u zajímavých míst se zastaví a toto místo nám pomocí dalšího okna představí. K předdefinovaným průletům je možné připojit i hudbu nebo dokonce i mluvený komentář. Tuto funkci by mohli ocenit především různá informační centra a nebo turističtí průvodci. obr. 8 5. Uživatelské nástroje a funkce programu GeoShow3D Jak již bylo několikrát zmíněno, program GeoShow3D má velice všestranné využití. K tomu nám dopomáhají i některé další funkce, které program nabízí. Jestliže jsme mluvili o turistice a o plánování výletů jistě využijeme nástroje měření. Díky nim je možné bez problémů zaměřit aktuální polohu konkrétního místa. Stejně tak můžeme měřit vzdálenosti a to jak vzdušnou čarou, tak také profilovou vzdálenost přímo po povrchu. I měření obvodů a ploch (vzdušnou čarou i po povrchu) není pro aplikaci žádný problém (viz. obr. 9). Přesnost je vždy taková, jak přesný je DTM. obr. 9-5 -
Další nástroj, který nám usnadňuje orientaci v terénu, je přehledová mapka overview. Zapneme-li si tuto funkci, pak se nám v novém okně vyobrazí mapka a kurzor, který nám udává aktuální postavení a orientaci kamery (viz. obr. 10). Pohybujeme-li se, pak kurzor v přehledové mapce mění také svoji polohu a pozici. Stejně tak je možné kliknout na libovolné místo v této mapce a kamera v hlavním okně programu se do tohoto místa přesune. Uživatelé také jistě velmi ocení funkci snapshot vytváření snímků. Kliknutím na ikonu fotoaparátu vpravo dole na liště hlavního okna vytvoříme snímek aktuálního pohledu, který můžeme přímo z aplikace tisknout, ukládat a nebo posílat elektronickou poštou. Posledním zajímavým nástrojem je funkce legendy. Pokud nebudeme rozumět některým vektorovým vrstvám, popiskám či použitým 3D ikonkám, není nic jednoduššího, než si tyto údaje vyčíst z legendy projektu. 6. Slovo závěrem obr. 10 Jak jsme se tedy mohli přesvědčit program GeoShow3D má všestranná využití. Je zřejmé, že veškerá stávající digitální data jdou velice snadno s aplikací propojit a jsme tedy krůček od vytvoření nového komplexního 3D projektu, který bude sloužit pro uživatele jako virtuální pomocník při vyhledávání informací v moderním světě. A skutečnost, že se stále pohybujeme pouze v prostředí internetu, je nejlepší možný způsob, jakým lze hotové projekty představit nejširší veřejnosti. Může se jednat o virtuální turistiku a cestování po internetu lze představit turisticky zajímavé lokality, přitáhnout do nich další návštěvníky a umožnit jim plánování výletů podle virtuálních 3D map. Stejně tak je snadné přiblížit občanům projekty staveb s velkým dopadem na krajinu jako jsou stavby dálnic a rychlostních komunikací, těžebních zařízení, továren či rekonstrukce městských částí. Firma GEODIS BRNO, spol. s r.o. již tímto způsobem zpracovala několik velice zajímavých projektů, které si lze prohlédnout na stránkách společnosti. Zároveň Vám rádi zodpovíme Vaše případné dotazy a poskytneme další zajímavé informace. http://www2.geodis.cz/geoshow3d - 6 - Petr Poláček GEODIS BRNO, spol. s r.o.