DIGITÁLNÍ MODEL TERÉNU - 2.ČÁST - 3D grafika - 3Dscena.cz: 3D grafika jako na dlani

Navigace:  » Úvodní stránka  » 3D grafika  

24. září 1999, 00.00 | S 3D modely terénu se setkáváme při různých příležitostech. Pojďme se podrobně seznámit s tím, jak se profesionální modely terénu vytvářejí.

Minulou část s úvodním představením problematiky naleznete ZDE.

1) TVORBA MODELU TERÉNU - ZPUSOB ZÍSKÁNÍ DAT A JEJICH ZOBRAZENÍ:

Nejsilnější komerční systémy dokáží prakticky bez zásahu operátora vytvořit z leteckých či družicových snímků krajiny prostorový digitální model terénu. Takovým systémem je např. 3D fotogrametrický systém firmy Intergraph na bázi ImageStation.

Digitalizace mapy je technika, při níž je největším problémem získat z map výškopisnou složku. Při snímání digitizérem je polohopisná složka zcela bezproblémová. Jednou z technik jak snadno získat třetí souřadnici je digitalizovat mapu po vrstevnicích s přednastavenou konstantní výškou pro každou vrstevnici. Zde je nevýhodné, že se terén nesnímá po svých charakteristických bodech. Druhou možností je snímat terén podle charakteristických linií, kdy je nutné každému sejmutému bodu přiřadi výšku. Získaná data jsou víceméně dokonalá, ovšem snímání je velmi náročné a zdlouhavé. V poslední době se dává přednost skenování předlohy do rastrové podoby s následnou vektorizací vrstevnic, protože tuto variantu lze maximálně automatizovat a současné výkony výpočetní techniky si s ní dokáží poradit.

Příprava podkladů pro následné vytvoření DMT je velmi náročná činnost a je jí nutno věnovat patřičnou pozornost. Do hry totiž vstupuje fakt, že dat bývá většinou značné množství a jsou v různých formátech. Proto musí každý systém podporovat různé konverory formátů dat, programy pro jejich setřídění, odstranění redundantních dat, vektorizační programy, které převedou rastrovou reprezentaci do vektorové atd. Každý z těchto problémů se dá při malém objemu dat řešit velmi snadno, ovšem při nárůstu dat se náročnost zvětšuje.

Získat podklady pro tvorbu prostorového modelu povrchu terénu je možné následujícími způsoby:

1) geodetická měření

• klasická tachymetrie území,
• tachymetrie s přímím měřením elektronickými teodolity se záznamovým zařízením (tzv. totální stanice)

2) digitalizace existujících mapových podkladů
3) vyhodnocování fotogrametrických snímků
4) kombinovaná metoda - digitalizace mapových podkladů s dodatečním měřením, vyhodnocování fotogrametrických snímků s dodatečným měřením.

Metody fotogrametrií jsou dvojí:

• jednosnímková fotogrametrie, která vyhodnocuje terén na základě jednoho snímku leteckého nebo družicového. Tato technika není pro získání prostorového modelu vhodná.
• Dvousnímková fotogrametrie (stereofotogrametrie) kombinuje dva snímky téhož území, získané z různých stanovišť. Tato technologie umožňuje výpočet všech tří prostorových souřadnic.

2) MODELU TERÉNU - PRINCIP DĚLENÍ PLOCHY:

Konstrukce nepravidelné trojúhelníkové síťe je zásadním nástrojem při vytváření polyedrického nebo plátového modelu, který používá většina systémů DMT. Vstupními daty je množina bodů P1,P2,…..,Pn, které jsou dány svými prostorovými souřadnicemi [x, y, z]. Vrcholy je nutné pospojovat hranami tak, aby vznikla množina trojúhelníků, které k sobě přiléhají a neprotínají se. Tyto trojúhelníky se musí maximální mírou přimykat k aproximované ploše reliéfu terénu. Zásadní charakteristikou algoritmu pro tvorbu sítě tedy je, které vlastnosti považuje za určující při optimalizaci maximálního přimykání sítě k aproximované ploše a jakou mírou tuto jinak značně časově náročnou činnost urychlit. Vstupem je vždy množina bodů

Výstupem z triangulačního algoritmu je množina úseček, spojujících tyto body tak, aby vznikla vhodná trojúhelníková síť. Následující přiklad ukazuje některé základní typy algoritmů tvorby sítě.

1. vytvoř všechny možné spojnice bodů z množiny P a dej je do množiny K
2. srovnej spojnice v množině K podle délky od nejkratší po nejdelší
3. vezmi nejkratší spojnici z množiny K a přemísti ji do množiny M
4. pokud v množině K nezbyde žádná spojnice, algoritmus končí a v množině M je hledaná trojúhelníková síť
5. vezmi nejkratší spojnici z množiny K a proveď:
pokud přetíná tato spojnice některou stávající spojnici v množině M, tak:
zruš ji
jinak
přemísti ji do množiny M
6. pokračuj krokem 4

Výše uvedený algoritmus je pro názornost značně zjednodušený a především neobsahuje jednu důležitou složku - možnost včlenit tzv. předurčené hrany. Předurčené nebo také předdefinované či pevné hrany jsou takové spojnice bodů, pomocí kterých si uživatel vyžádá již ve vstupu spojení vybraných bodů, které považuje za definitivní. Jsou to většinou singularity a podobná charakteristická místa terénu, na kterých by algoritmus mohl vytvořit triangulaci jinak, než požaduje uživatel.

3) MODELU TERÉNU - ZPUSOBY REPREZENTACE POVRCHU TERÉNU:

Vizualizací (nebo se používá termín "rendering") se obecně označují techniky, které přispívají k vytvoření fotorealistického zobrazení prostorových objektů. Výpočet převádí vlastně jen souřadnice prostorových bodů do roviny. Pouze touto funkcí bez ostatních nástrojů lze obecně vytvořit tzv. drátové zobrazení.

Aby bylo zobrazení maximálně věrohodné, je nutnépoužít další nástroje při vykreslování. Těmi jsou především:

• řešení viditelnosti
• přiřazení barev
• osvětlení a stínování scény
• přidání povrchových textur plochám

Takto získaný model v konečné podobě lze použít pro další účely např. prezentace urbanistického celku, zástavby obytné čtvrti či budoucí návrh městské komunikace.