Методика картографирования рельефа Арктического региона с применением трех- мерного моделирования
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН 6
1.1. Теория цвета 8
1.2. Цветовые модели 9
1.3. Понятие о картографической семиотике 12
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ АРКТИЧЕСКОГО РЕГИОНА 14
2.1. Физико-географическая характеристика Арктики 14
2.2. История изучения Арктики 16
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ТРЁХМЕРНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА 19
3.1. Анализ существующих способов 19
3.2. Обзор программ для трехмерного моделирования 22
3.3. Обзор выбранных программных продуктов 33
3.4. Исходные данные 34
3.5. Методика трёхмерного картографирования рельефа 38
3.6. Результаты трёхмерного картографирования рельефа по разработанной
методике 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
Приложение 64
Приложение А. Системные требования использованных программных обеспечений. 64
Приложение Б. Пример трехмерной физической карты Мурманской области 65
Приложение В. Пример трехмерной геологической карты Мурманской области 66
ГЛАВА 1. КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН 6
1.1. Теория цвета 8
1.2. Цветовые модели 9
1.3. Понятие о картографической семиотике 12
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ АРКТИЧЕСКОГО РЕГИОНА 14
2.1. Физико-географическая характеристика Арктики 14
2.2. История изучения Арктики 16
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ТРЁХМЕРНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА 19
3.1. Анализ существующих способов 19
3.2. Обзор программ для трехмерного моделирования 22
3.3. Обзор выбранных программных продуктов 33
3.4. Исходные данные 34
3.5. Методика трёхмерного картографирования рельефа 38
3.6. Результаты трёхмерного картографирования рельефа по разработанной
методике 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
Приложение 64
Приложение А. Системные требования использованных программных обеспечений. 64
Приложение Б. Пример трехмерной физической карты Мурманской области 65
Приложение В. Пример трехмерной геологической карты Мурманской области 66
Картография - очень многогранная наука. Она используется в промышленности, науке и повседневной жизни общества. Можно с лёгкостью перечислить множество сфер деятельности, в которых специалист в области картографии может применить свои знания и навыки. Это не может не удивлять, так как далеко не каждая отрасль может предложить столь широкий охват областей её применения. Занимаясь картографией, человек может углубиться в аналитику и работать с пространственными данными; может найти подход с технической стороны и, имея навыки в программировании, заниматься веб-разработкой картографических сервисов или написанием плагинов; может рассматривать карту как эстетический продукт, при создании которого опираются на знания в сферах дизайна и изобразительного искусства.
Последнее в большей степени влияет на восприятие карты человеком, иначе говоря, пользователем, на которого и нацелен весь процесс создания карты, как продукта. Если отображаемые данные, географическая основа или внешнее оформление картографического материала не будут доступны для лёгкого восприятия и понимания пользователем, то можно считать, что карта не выполняет свою функцию. Карта должна быть легко-читаемой, наглядной, привлекательной для зрительного восприятия. Одну из ключевых ролей в этом играет именно картографический дизайн. Поэтому навыки дизайнера так важны при составлении картографического произведения.
Помимо дизайна на картографическую продукцию в настоящее время влияет технологический прогресс. Это означает, что тенденции в развитии компьютерной графики и геоинформационного картографирования, оказывают влияние на программную составляющую и внешний вид создаваемых электронных и бумажных карт. Кроме того, всё больше технологий с каждым годом внедряется в жизнь людей. Пользователь быстро привыкает к использованию новых удобных программных средств и функций сайтов и приложений, ожидая такого же комфорта от всех окружающих его сервисов, в том числе картографических.
Скорость внедрения новых функций растет так быстро, что теоретические основы чаще всего не успевают меняться и совершенствоваться в том же темпе, в каком развиваются технологии в картографической сфере. Таким образом, трехмерное моделирование уже не ново для нас, и построение трехмерного рельефа активно развивается в профессиональной сфере. В настоящее время выпускаются приложения для быстрого создания 3Э-карт с использованием геоинформационных систем; на рынке дизайнерских программ добавляют возможности работы с данными высот рельефа. В геоинформационных системах с использованием географических баз данных создаются плагины для простой работы по преобразованию форматов, содержащих пространственные данные о рельефе местности. Однако программное обеспечение для работы с этими данными на данном этапе все же не всегда отвечает требованиям, так как современные карты, содержащие данные о рельефе, зависят в процессе создания от двух различных сфер - 3О-дизайна и картографии. В этой неоднозначной точке соприкосновения появляется необходимость в программных средствах, грамотно и сбалансированно объединяющих работу дизайнера и картографа. Дизайнер может создать эстетически привлекательный продукт, выгодно используя опыт работы в программах трехмерного моделирования, но не имеет знаний об основных правилах составления картографического материала, а также о работе с пространственными данными, геоинформационными системами. В это же время, картограф имеет возможность правильно составить карту, оформить её по всем правилам, но для составления трёхмерного рельефа, который будет отвечать современным эстетическим требованиям, не имеет необходимого опыта использования программ для работы с 3О-данными.
Исходя из вышесказанного, идея разработки методики создания и оформления трёхмерного рельефа с использованием картографических основ, является актуальной в картографии. С её помощью картографы смогут расширить возможности отображения данных, специалисты из смежных отраслей смогут дополнять свои проекты более интересными картами, а дизайнеры - правильно работать с пространственными данными. В итоге, данная методика сможет реализовать возможность развития трёхмерного моделирования вне профессионального дизайнерского сообщества.
Проверять эффективность методики картографирования трёхмерного рельефа следует на территории с различными высотами, то есть рельеф местности не должен быть однообразным. Но, помимо этого, стоит учитывать особенности проекций, наличие исходных данных и актуальность картографирования выбранной территории. Для работы была выбрана территория Арктического региона.
В настоящее время проводится множество исследований в Арктике, так как она вызывает интерес на международной арене из-за больших запасов полезных ископаемых, климатических и территориальных особенностей. Кроме того, после открытия данной территории, её долгое время не могли должным образом исследовать из-за суровых условий климата. В наши дни эта проблема решается с помощью современных технологий, позволяющих быстро добраться до пункта наблюдений и находиться там круглогодично. Все исследования сопровождаются картографическими работами, в том числе, работами по составлению карт рельефа местности. Соответственно, необходимость новых способов цифрового описания рельефа для данной территории является актуальным вопросом...
Последнее в большей степени влияет на восприятие карты человеком, иначе говоря, пользователем, на которого и нацелен весь процесс создания карты, как продукта. Если отображаемые данные, географическая основа или внешнее оформление картографического материала не будут доступны для лёгкого восприятия и понимания пользователем, то можно считать, что карта не выполняет свою функцию. Карта должна быть легко-читаемой, наглядной, привлекательной для зрительного восприятия. Одну из ключевых ролей в этом играет именно картографический дизайн. Поэтому навыки дизайнера так важны при составлении картографического произведения.
Помимо дизайна на картографическую продукцию в настоящее время влияет технологический прогресс. Это означает, что тенденции в развитии компьютерной графики и геоинформационного картографирования, оказывают влияние на программную составляющую и внешний вид создаваемых электронных и бумажных карт. Кроме того, всё больше технологий с каждым годом внедряется в жизнь людей. Пользователь быстро привыкает к использованию новых удобных программных средств и функций сайтов и приложений, ожидая такого же комфорта от всех окружающих его сервисов, в том числе картографических.
Скорость внедрения новых функций растет так быстро, что теоретические основы чаще всего не успевают меняться и совершенствоваться в том же темпе, в каком развиваются технологии в картографической сфере. Таким образом, трехмерное моделирование уже не ново для нас, и построение трехмерного рельефа активно развивается в профессиональной сфере. В настоящее время выпускаются приложения для быстрого создания 3Э-карт с использованием геоинформационных систем; на рынке дизайнерских программ добавляют возможности работы с данными высот рельефа. В геоинформационных системах с использованием географических баз данных создаются плагины для простой работы по преобразованию форматов, содержащих пространственные данные о рельефе местности. Однако программное обеспечение для работы с этими данными на данном этапе все же не всегда отвечает требованиям, так как современные карты, содержащие данные о рельефе, зависят в процессе создания от двух различных сфер - 3О-дизайна и картографии. В этой неоднозначной точке соприкосновения появляется необходимость в программных средствах, грамотно и сбалансированно объединяющих работу дизайнера и картографа. Дизайнер может создать эстетически привлекательный продукт, выгодно используя опыт работы в программах трехмерного моделирования, но не имеет знаний об основных правилах составления картографического материала, а также о работе с пространственными данными, геоинформационными системами. В это же время, картограф имеет возможность правильно составить карту, оформить её по всем правилам, но для составления трёхмерного рельефа, который будет отвечать современным эстетическим требованиям, не имеет необходимого опыта использования программ для работы с 3О-данными.
Исходя из вышесказанного, идея разработки методики создания и оформления трёхмерного рельефа с использованием картографических основ, является актуальной в картографии. С её помощью картографы смогут расширить возможности отображения данных, специалисты из смежных отраслей смогут дополнять свои проекты более интересными картами, а дизайнеры - правильно работать с пространственными данными. В итоге, данная методика сможет реализовать возможность развития трёхмерного моделирования вне профессионального дизайнерского сообщества.
Проверять эффективность методики картографирования трёхмерного рельефа следует на территории с различными высотами, то есть рельеф местности не должен быть однообразным. Но, помимо этого, стоит учитывать особенности проекций, наличие исходных данных и актуальность картографирования выбранной территории. Для работы была выбрана территория Арктического региона.
В настоящее время проводится множество исследований в Арктике, так как она вызывает интерес на международной арене из-за больших запасов полезных ископаемых, климатических и территориальных особенностей. Кроме того, после открытия данной территории, её долгое время не могли должным образом исследовать из-за суровых условий климата. В наши дни эта проблема решается с помощью современных технологий, позволяющих быстро добраться до пункта наблюдений и находиться там круглогодично. Все исследования сопровождаются картографическими работами, в том числе, работами по составлению карт рельефа местности. Соответственно, необходимость новых способов цифрового описания рельефа для данной территории является актуальным вопросом...
В результате работы над данной темой была разработана методика трехмерного картографирования рельефа. В ходе исследования были выполнены все поставленные задачи: рассмотрен вопрос картографического дизайна; проанализированы существующие способы создания трехмерных моделей рельефа; найдена база данных с ЦМР на территорию Арктики; проанализировано различное ПО для работы с пространственными данными; и составлено три прототипа карт на территорию Кольского полуострова. Дополнительно разобраны систематические требования к популярным ПО.
По результатам анализа способов создания трехмерных моделей рельефа, можно сделать вывод, что полноценной методики создания подобных карт с точки зрения картографии не было. Есть модули, которые работают либо внутри экосистемы определенной ГИС, либо внутри графического редактора, но ограничены исходными данными, что сказывается как на оформлении, так и на возможность отобразить любую территорию Земли. Разработанный способ же работает с известными нам данными, что позволяет добиться именно того результата, который необходим. Оформление также мы создаем сами. Будь то растр карты, который мы накладываем на модель, или общее оформление трехмерной модели рельефа.
Данная методика по своей сути является универсальной и не привязана к Арктическому региону или данным на эту территорию и по ней можно создавать трехмерные модели на другие территории.
На основе данной методики было создано три прототипа карт на территорию Кольского полуострова. На их основе сделан вывод, что с помощью такого способа можно делать серии карт на различные территории. На основе подобных карт, помимо описанных в работе, можно прослеживать закономерности между рельефом и различными показателями (возраст гор, расположение населения, экологическая обстановка).
В будущем хотелось бы данную методику применять для создания более сложных произведений. Например, анимационных карт, интерактивных, при создании приложений, например, для изучения географических объектов, или в геосервисах для туристов.
По результатам анализа способов создания трехмерных моделей рельефа, можно сделать вывод, что полноценной методики создания подобных карт с точки зрения картографии не было. Есть модули, которые работают либо внутри экосистемы определенной ГИС, либо внутри графического редактора, но ограничены исходными данными, что сказывается как на оформлении, так и на возможность отобразить любую территорию Земли. Разработанный способ же работает с известными нам данными, что позволяет добиться именно того результата, который необходим. Оформление также мы создаем сами. Будь то растр карты, который мы накладываем на модель, или общее оформление трехмерной модели рельефа.
Данная методика по своей сути является универсальной и не привязана к Арктическому региону или данным на эту территорию и по ней можно создавать трехмерные модели на другие территории.
На основе данной методики было создано три прототипа карт на территорию Кольского полуострова. На их основе сделан вывод, что с помощью такого способа можно делать серии карт на различные территории. На основе подобных карт, помимо описанных в работе, можно прослеживать закономерности между рельефом и различными показателями (возраст гор, расположение населения, экологическая обстановка).
В будущем хотелось бы данную методику применять для создания более сложных произведений. Например, анимационных карт, интерактивных, при создании приложений, например, для изучения географических объектов, или в геосервисах для туристов.
