Kartografická 3D vizualizace okresu Přerov

MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA GEOGRAFICKÝ ÚSTAV ________________________________________

Kartografická 3D vizualizace okresu Přerov Bakalářská práce

Lenka STŘÍLKOVÁ

Vedoucí práce: Mgr. Bc. Jiří Kozel, Ph.D. Brno 2012

Bibliografický záznam Autor:

Lenka Střílková Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Geografický ústav

Název práce:

Kartografická 3D vizualizace okresu Přerov

Studijní program:

Geografie a kartografie

Studijní obor:

Geografická kartografie a geoinformatika

Vedoucí práce:

Mgr. Bc. Jiří Kozel, Ph.D.

Akademický rok:

2011/2012

Počet stran:

46 + 5

Klíčová slova:

3D vizualizace; okres Přerov; ArcScene; Google Earth

Bibliographic Entry Author:

Lenka Střílková Faculty of Science, Masaryk University Department of Geography

Title of Thesis:

Cartographic 3D Visualization of Přerov District

Degree programme:

Geography and Cartography

Field of Study:

Geographic Cartography and Geoinformatics

Supervisor:

Mgr. Bc. Jiří Kozel, Ph.D.

Academic Year:

2011/2012

Number of Pages:

46 + 5

Keywords:

3D visualization; Přerov District; ArcScene; Google Earth

Abstrakt Hlavním úkolem této bakalářské práce bylo vytvořit 3D model okresu Přerov. V teoretické části byly popsány programy pro tvorbu 3D modelu a datové zdroje dostupné v České republice. V praktické části byl pomocí těchto programů a vybraných databází vytvořen model území. K tvorbě modelu byly vyuţity programy ArcScene a Google Earth a databáze ZABAGED. Samotné tvorbě modelu předcházelo předzpracování v programu ArcMap – tvorba modelu TIN. Výsledkem práce je 3D model okresu Přerov.

Abstract Main task is creating 3D model of Přerov District using ArcScene and Google Earth. In the theoretical part were described the programs for creating 3D models and data sources available in the Czech Republic. In the practical part was created the model using these programs and databases. ArcScene and Google Earth and database ZABAGED were utilized to create model. The creation of TIN model in ArcMap precludes the 3D visualization in ArcScene. The result of the work is the 3D model of Přerov District.

Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student:

Lenka Střílková

Studijní program:

Geografie a kartografie

Studijní obor:

Geografická kartografie a geoinformatika

Ředitel Geografického ústavu Přírodovědecké fakulty MU Vám ve smyslu Studijního a zkušebního řádu MU určuje bakalářskou práci s tématem:

Kartografická 3D vizualizace okresu Přerov Cartographic 3D Visualization of Přerov District

Zásady pro vypracování: 1. Srovnejte a zhodnoťte současné moţnosti digitální kartografické 3D vizualizace s důrazem na kartografické vyjadřovací prostředky. 2. Vyberte a popište vhodné datové zdroje pro 3D vizualizaci okresu Přerov, a to včetně historických a starých map. 3. Zrealizujte vlastní kartografickou 3D vizualizaci okresu Přerov.

Rozsah grafických prací:

podle potřeby

Rozsah průvodní zprávy:

cca 30-40 stran

Seznam odborné literatury: Voţenílek, Vít. Cartography for GIS :geovisualization and map communication. 1st ed. Olomouc : Univerzita Palackého v Olomouci, 2005. 142 s. ISBN 80-244-1047-8. Kraak, Menno-Jan - Ormeling, Ferjan. Cartography :visualisation of geospatial data. 2nd ed. Harlow : Prentice Hall, 2003. ix, 205 s. ISBN 0-13-088890-7. Encyclopedia of geographic information science. Edited by Karen K. Kemp. Los Angeles, Calif. : SAGE Publications, 2008. xxv, 558 p. ISBN 978-1-4129-1313. Maps and the internet. Edited by Michael P. Peterson. 1st ed. Amsterdam : Elsevier, 2005. xvi, 451 s. ISBN 0-08-044944-1. Vedoucí bakalářské práce:

Mgr. Bc. Jiří Kozel, Ph.D.

Podpis vedoucího práce:

............................................................

Datum zadání bakalářské práce:

říjen 2011

Datum odevzdání bakalářské práce:

do 11. května 2012

RNDr. Vladimír Herber, CSc. pedagogický zástupce ředitele ústavu

Prohlašuji tímto, ţe jsem zadanou bakalářskou práci vypracovala samostatně pod vedením Mgr. Bc. Jiřího Kozla, Ph.D. a uvedla v seznamu literatury veškerou pouţitou literaturu a další zdroje. V Brně dne

_________________________ Lenka STŘÍLKOVÁ

Ráda bych poděkovala vedoucímu práce Mgr. Bc. Jiřímu Kozlovi, Ph.D. za odborné vedení a rady při zpracovávání této bakalářské práce. Také děkuji Zeměměřickému ústavu za poskytnutí výškopisných a polohopisných dat.

OBSAH 1 ÚVOD

10

1.1 Cíle práce

10

1.2 Metody zpracování

10

1.3 Vymezení zájmové oblasti

11

2 PROGRAMY PRO TVORBU 3D MODELŮ

14

2.1 3D modely v kartografii

14

2.2 Google Earth

15

2.2.1 Funkcionalita Google Earth

16

2.3 ArcScene

17

2.4 ArcGlobe

18

2.5 Kartografické vyjadřovací prostředky

20

2.5.1 Google Earth

20

2.5.2 ArcScene

22

2.5.3 ArcGlobe

23

3 DATOVÉ ZDROJE V ČESKÉ REPUBLICE 3.1 Státní sektor

26 26

3.1.1 ZABAGED

26

3.1.2 Data200

28

3.2 Vojenský sektor

29

3.2.1 DMÚ 25

29

3.2.2 DMÚ 200

30

3.3 Historické a staré mapy

30

3.4 Další dostupné mapové zdroje

31

4 TVORBA 3D MODELU

33

4.1 Tvorba 3D modelu v prostředí ArcScene

33

4.2 Tvorba 3D modelu v prostředí Google Earth

36

5 DISKUZE

39

6 ZÁVĚR

40

7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK

42

8 LITERATURA

43

1 ÚVOD S trojrozměrným prostorem se kromě kaţdodenního ţivota stále častěji setkáváme i ve virtuálním světě, ať uţ jde o zábavní průmysl (např. filmový) nebo o vědecké a technické obory, ve kterých se můţeme setkat například s 3D modely budov, modely území nebo modely různých objektů a předmětů. 3D technologie je také nově vyuţívána při některých typech lékařských operací, při kterých jsou pouţívány speciální 3D brýle. Počítačové 3D modely jsou v současné době v kartografii velmi populární a s postupným vývojem techniky stále častější a ţádanější. Některé modely je dokonce moţné vytisknout pomocí moderních 3D tiskáren.

1.1 Cíle práce Hlavním cílem této práce je tvorba 3D modelu okresu Přerov. Model byl vytvářen ve dvou programech – v programu ArcScene (verze 9.3) společnosti ESRI a v programu Google Earth (verze 6.1) společnosti Google. Kromě hlavního cíle této práce se práce zaměřuje i na několik dílčích cílů: srovnání programů pro tvorbu 3D kartografických modelů (V této části jsou zpracovány informace a funkcionalita tří programů, ve kterých lze vytvářet 3D model území. Jedná se, jak uţ bylo výše řečeno, o programy Google Earth, ArcScene a ArcGlobe. Tato dílčí část je zaměřena také na kartografické vyjadřovací prostředky a je doplněna srovnávací tabulkou těchto tří programů.) rešerše vhodných datových zdrojů (Tato část se zabývá datovými zdroji v České republice. Datové zdroje jsou členěny na státní a vojenský sektor, staré mapy a další dostupné mapové zdroje. Důraz je kladen především na databáze ZABAGED a Data200, pomocí kterých je později vytvářen model.) popis tvorby 3D modelu (V závěrečné části práce je popsána samotná tvorba modelu, jak v aplikaci ArcScene, tak v Google Earth.)

1.2 Metody zpracování Začátek práce je věnován 3D modelům v kartografii. Pro zpracování této části byla pouţita odborná literatura (VOŢENÍLEK, 2005; PRAVDA, KUSENDOVÁ, 2004; KRAAK, ORMELING, 2003; CRAMPTON, 2010). Následuje kapitola zabývající se programy pro tvorbu 3D modelu (byly pouţity programy Google Earth, ArcScene a 10

ArcGlobe – samotný 3D model se však zpracovával pouze v prvních dvou programech). V předposlední části jsou zmíněny datové zdroje v České republice, pro model byly pouţity databáze ZABAGED, Data200, z nezmíněných potom data společnosti ARCDATA Praha – ArcČR 500. V závěru práce byl vytvořen samotný 3D model. Jako výškový podklad modelu byl zvolen model TIN. K tvorbě modelu TIN byla pouţita data ZABAGED - výškopis (hlavní, zesílené a doplňkové vrstevnice), která ke zpracování této práce zapůjčil Zeměměřický úřad, který je orgánem ČÚZK. Tato data byla předzpracována v programu ArcMap. K tvorbě mapy (Obr. 1) byla pouţita data společnosti ARCDATA Praha, s.r.o. a Data200, která jsou pro studijní účely k dispozici na Přírodovědecké fakultě, tato data byla zpracována v programu ArcMap. Mapa pro tvorbu modelu v Google Earth (Obr. 14) byla zpracována v programu ArcScene a následně převedena do formátu KML (v tomto formátu lze pak mapu načíst v Google Earth i s referenčním systémem a souřadnicemi, mapa se vymodeluje podle terénu, nad kterým leţí). Pro tvorbu této mapy byla pouţita polohopisná data ZABAGED. Pro tvorbu 3D modelu v programu ArcScene byla pouţita data ZABAGED – polohopis. Polohopisná data byla vykreslena nad model TIN.

1.3 Vymezení zájmové oblasti Okres Přerov (Obr. 1) se nachází v centru Moravy na jihovýchodě Olomouckého kraje v oblasti soutoku řek Moravy a Bečvy. Okres Přerov sousedí s okresy Olomouc, Prostějov, Nový Jičín (Moravskoslezský kraj), Vsetín, Kroměříţ (oba Zlínský kraj). Rozloha okresu Přerov činí 845 km2. Je to okres v Olomouckém kraji, který má největší počet obcí – 104 obcí, z toho 6 obcí má statut města (Hranice, Kojetín, Lipník nad Bečvou, Potštát, Přerov a Tovačov) a 3 městyse (Brodek u Přerova, Dřevohostice, Hustopeče nad Bečvou). V těchto obcích má své trvalé bydliště 134 tisíc obyvatel (k 1. 1. 2010). [7] Část okresu je tvořena rovinatou Hanou, která přechází v Moravskou bránu z obou stran obklopenou Oderskými vrchy. [8] Dominují zde roviny a ploché pahorkatiny Hornomoravského úvalu, který je modelován sprašemi, aluviálními nivami vodních toků a terasovými akumulacemi štěrkopísků nacházejících se podél řeky Bečvy. Nejvyšším bodem okresu je Obírka měřící 622 m. Převaţuje dubový a dubovo-bukový vegetační stupeň. [9] Z geologického hlediska je okres tvořen z velké části prvohorními zvrásněnými převáţně usazenými horninami, jako jsou břidlice, droby, křemeny a vápence a 11

čtvrtohorními usazenými horninami (hlíny, spraše, štěrky, písky) v oblasti Moravské brány. V menší míře jsou zde zastoupeny třetihorní usazené horniny (jíly a písky) a třetihorní alpínsky zvrásněné usazené horniny, pískovce a břidlice. [10] V okrese se nachází mnoho přírodních, kulturních a historických památek, mezi které patří například archeologické naleziště v Předmostí (místní část Přerova), národní přírodní rezervace Ţebračka nedaleko Přerova s rozsáhlými luţními lesy údolní nivy Bečvy, Zbrašovské aragonitové jeskyně a Hranická propast (nejhlubší propast ve střední Evropě), zřícenina hradu Helfštýn nedaleko Lipníku nad Bečvou, lázně Teplice a zámek Tovačov. Celkově se na tomto území nachází jedna národní přírodní památka, 3 národní přírodní rezervace, 7 přírodních památek, 6 přírodních rezervací a 25 památných stromů. [8] Územím prochází několik významných dopravních tahů, jak silničních (dálnice D1 vedoucí ve směru Praha – Brno – Vyškov – Hulín – Přerov – Lipník nad Bečvou – Bělotín – Ostrava – Polsko, rychlostní silnice R35, která vede z Liberce dále směr Turnov – Hradec Králové – Moravská Třebová – Mohelnice – Olomouc – Lipník nad Bečvou) [11], tak ţelezničních (kromě mezistátní a vnitrostátní rychlíkové dopravy zde vede také II. a III. ţelezniční koridor). Okres Přerov je známý také některými svými výrobky – Hanáckou kyselkou z Horních Moštěnic, pivem Zubr z pivovaru Zubr Přerov, masnými výrobky z firmy Váhala a spol. s.r.o. a mlýnskými výrobky z firmy Mlýn Kojetín spol. s.r.o. [8]

12

Obr. 1: Okres Přerov – mapa zájmového území (topografické podklady byly k dispozici pouze pro omezené území – červeně vyznačeno)

13

2 PROGRAMY PRO TVORBU 3D MODELŮ V současné době se stávají 3D modely stále více populárními. Jako 3D se označuje prostor, který je moţné popsat třemi rozměry (souřadnice x, y, z). Předměty ve 3D prostoru mají objem (v matematice se tyto předměty nazývají tělesa).

2.1 3D modely v kartografii V počítačové tvorbě map vznikají nové postupy, které se zaměřují na tvorbu automatizovaných etap zpracování, analýzy a grafické prezentace. Kartografie vyuţívá nové vizualizační nástroje a prostředky, především díky vývoji počítačové, informační a komunikační techniky, nástupu technologií virtuální reality a multimédií. Jsou intenzivněji vyuţívány vizualizační techniky, jejichţ vývoj jde ruku v ruce s vyuţitím videozáznamů, snímků, s rozvojem dynamických modelačních nástrojů a realističtějších 3D a 4D technik. Spojením počítačové grafiky, geoinformatiky, geostatistiky a dalších disciplín vznikla kartografická vizualizace geografických dat tak, jak ji známe nyní. [1, str. 189 - 190] VOŢENÍLEK (2005, str. 17) definuje vizualizaci jako nástroj, který se pouţívá k interpretaci vstupních obrazových dat a k vytváření obrazů z komplexních vícerozměrných dat. [2] U jednorozměrného prostoru (1D) jsou prostorová data tvořena přímkou. Dvojrozměrný prostor (2D) je reprezentován body, čárami a plochami. V tomto rozměru jsou vytvářeny například polohopisné mapy. 3D model by mohl být fyzický, vyrobený např. z kartonu nebo virtuální, vytvořený tak, aby se s ním mohlo otáčet, aby bylo moţné si ho na monitoru prohlédnout ze všech stran nebo aby bylo moţné ho vidět prostřednictvím anaglyfu pomocí červeno-zelených brýlí. [3, str. 5 - 6] Software pro tvorbu 3D vizualizací se na trhu v posledních letech rozšířil. V dnešní době existují desítky 3D nástrojů a funkcí pro tvorbu 3D modelů. Mezi nejdostupnější programy patří například Integraph GeoMedia, MapInfo Professional, Autodesk Map, Bentley MicroStation a ESRI ArcGIS. Zejména společnost ESRI nejvíce posunula hranice 3D modelování, kdyţ v roce 2004 představila svou novou aplikaci ArcGlobe. Tato aplikace umoţňuje svým uţivatelům zobrazit data na digitálním glóbu. [2, str. 18] Myšlenku digitální Země (Google Earth, Microsoft Virtual Earth, NASA Word Wind) popularizoval v 90. letech bývalý viceprezident USA Al Gore. Měl představu o tom, ţe v budoucnu bude zakládán zvláštní typ muzeí, ve kterých si lidé budou moci po nasazení speciálního zařízení prohlédnout digitální Zemi tak, jak se jeví z vesmíru. Pomocí 14

datové rukavice budou mít moţnost si Zemi přiblíţit aţ na úroveň jednotlivých domů, stromů a dalších objektů. Budou se moci „prolétnout“ přes 3D terén jako na létajícím koberci. Budou schopni získat informace o krajinném pokryvu, o rostlinných a ţivočišných druzích, o počasí v reálném čase, o politických hranicích a populaci. Budou dokonce moci cestovat v čase. [7, str. 128 - 129] Tato myšlenka se realizovala jen zčásti (nemusíme navštěvovat zvláštní typ muzeí, ani si na hlavu nasazovat speciální zařízení, můţeme sedět doma u počítače a planetu Zemi si prohlíţet prostřednictvím programů – nejznámější a nejpouţívanější je Google Earth), Al Gore však zachytil několik důleţitých bodů [7, str. 128 - 129]: 1. Planeta Země je na digitálních glóbech zobrazena tak, jak ji vidíme z vesmíru. 2. Prohlíţeč je interaktivní, coţ umoţňuje zoomování, rotaci a získávání informací jednoduchým kliknutím na objekty. 3. Data mohou být vkládána z různých zdrojů. 4. Je začleněna i časová sloţka. Tato kapitola se bude zabývat třemi programy, které slouţí k vytváření a vizualizaci 3D modelů, jde o program Google Earth společnosti Google a programy ArcScene a ArcGlobe společnosti ESRI.

2.2 Google Earth Program umoţňující prohlíţet si vesmír a planetu Zemi (připomíná virtuální glóbus) a její dílčí oblasti. Díky technickému rozvoji si lze na exkurzi například do Afriky, Oceánie nebo na Antarktidu zajet z pohodlí domova a vybrané území si na počítači prohlédnout i ve 3D modelu. Jako první tuto technologii – 3D vizualizaci – pouţila společnost Autometric, která 3D model aplikovala na celý zemský plášť. Vůbec první veřejně přístupná verze se na internetu objevila v roce 2001 pod názvem Earthviewer (společnost Keyhole), kterou si v roce 2004 odkoupila firma Google a od 28. června 2005 vydala pod značkou Google Earth. Od té doby došlo k mnoha aktualizacím, byly přidány další funkce, vrstvy, informace a díky funkci SketchUp (kdy si kaţdý můţe ze svého města vytvořit 3D model) došlo i k rozšíření 3D vizualizovaných míst (dříve si takto uţivatel mohl prohlédnout jen významné stavby, přírodní památky apod.). [12] V současné době je k dispozici verze 6.2 (od 26. 1. 2012). [13]

15

2.2.1 Funkcionalita Google Earth Při zapnutí programu Google Earth (Obr. 2), který je na svých webových stránkách volně přístupný ke staţení – v době vzniku této práce byla k dispozici verze Google Earth 6, se v prohlíţeči objeví planeta Země, kterou lze stejně jako obyčejný glóbus otáčet, navíc také přibliţovat, oddalovat, je moţné si dokonce najít své bydliště a na svůj dům se dívat z ptačí perspektivy nebo se pomocí leteckého simulátoru „proletět“ po celé Zemi. V programu se dá vyhledat a naplánovat trasa (zobrazí se podrobný popis, po které silnici, po které ulici jet a celou trasu si je moţné přehrát pomocí virtuální prohlídky), pokud jsou k dispozici souřadnice určitého místa, lze si místo najít pomocí souřadnic, v nejnovějších verzích programu je moţné vyhledávat také firmy a konkrétní budovy. Program umoţňuje také přepínat si denní dobu a manipulovat se slunečním svitem nad krajinou. Snímky, ze kterých je plášť Země v Google Earth zobrazen, jsou pravidelně aktualizovány a je k dispozici také zobrazení historických snímků. Je zde také moţnost zvolit si další vrstvy – vrstvu silnic (přibliţováním a oddalováním se zobrazují silnice různého stupně, při velkém měřítku se zobrazí i silnice třetí třídy), hranice (hranice jednotlivých států, krajů, provincií, hranice pobřeţí), lze si zapnout také vrstvu s fotografiemi, které jsou dostupné snad pro kterékoli místo na světě (jsou zde pouţity fotografie od National Geographic, Panoramio, 360 Cities), dostupné jsou také články z Wikipedie, informace o stavu oceánů, počasí (aktuální teploty naměřené na meteorologických stanicích), o mořských ţivočiších, vraků lodí a další zajímavosti z planety Země a jejího podmořského světa. Další zajímavou aplikací v Google Earth je procházka po Měsíci, po Marsu a po nebeské sféře (kde jsou k prohlédnutí jednotlivá souhvězdí, hvězdy, galaxie, mlhoviny, planety, tato funkce vznikla za spolupráce se Space Telescope Science Institute). Procházka po Měsíci vznikla ve spolupráci s NASA, k dispozici jsou zde fotografie jednotlivých misí a videa pořízená plavidly Apollo, Clementine a Lunar Orbiter. S Google Earth je moţné se vydat i na Mars a prohlédnout si aktuální záběry z této planety. Ve verzi Google Earth 6 je také nově k dispozici funkce Street View, kdy se uţivatel můţe procházet po samotných ulicích měst na celém světě. V dolní liště pod snímkem se zobrazují informace o datu pořízení snímku, souřadnice místa, kde zrovna leţí kurzor i s nadmořskou výškou a výška pohledu (z jaké výšky snímek uţivatel vidí).

16

V aplikaci Google Earth je také moţnost připojení vrstev z libovolného WMS serveru. Google Earth podporuje formát KML (Keyhole MarkUp Language). KML je gramatikou jazyka XML a souborovým formátem pro modelování a ukládání geografických funkcí, které budou zobrazeny v aplikacích Google Earth, ArcGlobe a v dalších aplikacích, díky tomuto jazyku mohou uţivatelé těchto aplikací sdílet místa a informace s jinými uţivateli Google Earth, ArcGlobe atd. [16]

Obr. 2: Prostředí aplikace Google Earth

2.3 ArcScene Nástroj ArcScene (Obr. 3) patří do balíku programu ArcGIS (spolu s aplikací ArcGlobe patří do nadstavby ArcGIS 3D Analyst) a slouţí k vizualizaci 3D dat. Práce v ArcScene začíná přidáním potřebných dat, která lze stejně jako v ArcMap dále upravovat (přidávat, odebírat, měnit informace v atributové tabulce, měnit velikost, barvu, tvar symbolu, ořezávat vrstvy apod.). Oproti ArcMap je tu navíc funkce Navigate, Fly, moţnost přidání nového prohlíţecího okna a nástroje k tvorbě a vizualizaci 3D dat. Funkcí Navigate si uţivatel můţe data naklonit a prohlédnout si je zešikma. Nástrojem Fly si data člověk můţe prohlédnout letem nad nimi (v různých směrech, různou rychlostí). 17

[14] Také lze měnit vlastnosti 3D vrstev pouţitím stínování nebo změnou průhlednosti a vlastnosti 3D scény nastavením souřadného systému a rozsahu pro danou scénu, osvětlení scény, vertikálního zvyšování terénu.

Obr. 3: Prostředí aplikace ArcScene

2.4 ArcGlobe Další nadstavbou v programu ArcGIS je aplikace ArcGlobe (Obr. 4), vedle aplikace ArcScene je to další aplikace, ve které je moţné prohlíţet a vytvářet 3D povrchy. Zatímco ArcScene je určen pro prohlíţení menších datových sad, v aplikaci ArcGlobe lze pouţít větší objem dat, která se (stejně jako v programu Google Earth) zobrazují na globus. [15] Jako v Google Earth je i zde podporován formát KML. Jelikoţ ArcGlobe stahuje velké mnoţství dat ze vzdáleného serveru, je zde uţíváno tzv. kešování (cache), které urychluje práci s programem. [14] Prostředí ArcGlobe je hodně podobné prostředím v aplikacích ArcMap a ArcScene, pracovní okno se podobá aplikaci Google Earth. V ArcGlobe jsou k dispozici tři druhy vrstev, které je moţné do aplikace načíst – floating layers („plovoucí“ vrstvy), draped layers („pověšené“ vrstvy), elevation layers (výškové vrstvy). Draped layers jsou nejvíce podobné vrstvám v ArcScene, jsou řazeny od nově přidaných na začátku po dříve přidané na konci, kdy vrstvy vyšší zakrývají vrstvy niţší. [14] Mezi draped layers patří i samotný plášť koule – druţicový snímek planety Země nad který je moţné přidávat nové vrstvy (floating layers). U plovoucích vrstev je pořadí zaloţeno na jejich pozici vzhledem k zemskému povrchu. Vrstvy, které jsou nad povrchem, mají hodnotu +1, vrstvy, které jsou pod povrchem, mají hodnotu -1, vrstvy, které jsou na zemském povrchu, mají hodnotu 0. [14]

18

Obr. 4: Prostředí aplikace ArcGlobe Tab 1.: Funkční rozdíly mezi ArcGlobe a ArcScene [14] funkce

ArcGlobe

ArcScene

3D Analyst Toolbar schopnost zpracovat velké objemy

dat

s vyuţitím

funkce „cache“ komplexní 3D symbolika animace VRML podpora (1) obrazová symbolika (1)

moţnost importování

moţnost importování/exportování

jen pro rastrové vrstvy

VRML (Virtual Reality Modeling Language) – jazyk, kterým se popisují trojrozměrné

scény a aktivní objekty pouţívané v aplikacích virtuální reality [24]

19

2.5 Kartografické vyjadřovací prostředky Jelikoţ není moţné zaznamenat do mapy rozměry skutečného objektu v měřítku 1:1, dochází ke zmenšování a generalizaci objektů a vznikají tvary (mapové značky), tedy kartografické vyjadřovací prostředky, pomocí kterých se obsah map vyjadřuje. Kartografické vyjadřovací prostředky můţeme rozdělit na kvalitativní a kvantitativní podle toho, který druh informací je do mapy znázorňován. Metody pro znázornění kvalitativních údajů se dále dělí na metody figurálních znaků (bodové), čárových (liniové) a areálových (plošné). Kvantitativní údaje se znázorňují pomocí doplňujících informací (tabulky, grafy, diagramy, schémata). [4, 36-37] 2.5.1 Google Earth V programu Google Earth jsou kartografické vyjadřovací prostředky vykresleny nad vrstvu druţicových snímků. Jsou pouţity znaky liniové, bodové i plošné (ty jsou však pouţity bez výplně). Liniové znaky zde představují státní hranice, hranice mezi regiony, komunikace, pobřeţí. K bodovým znakům patří například označení komunikací, symboly znázorňující letiště, polohu měst, kulturní památky, symboly, po jejichţ rozkliknutí si lze prohlédnout fotografie určitého místa. V Google Earth nalezneme také plošné znaky, mezi které zde patří například vodní plochy. Výše jmenovaná symbolika patří do předdefinovaných vrstev, se kterými nemůţe uţivatel programu jiţ nijak pracovat (u těchto symbolů lze měnit pouze průhlednost). Do programu lze přidávat nové objekty – cesty (linie), mnohoúhelníky (plochy), modely, fotografie, značky míst (bodové znaky), překryvné obrázky. Při jejich zakládání si uţivatel můţe volit barvu (kde si vybírá mezi základními barvami nebo si namíchá vlastní barvy), šířku čáry, průhlednost (0 – 100%), nadmořskou výšku. U mnohoúhelníku se navíc volí barva plochy a to, jak bude plocha vyplněna (vyplněná, jen obrys, výplň + obrys). Bodové symboly se zde pouţívají, kdyţ chce uţivatel na globu označit nějaké určité místo – kliknutím na ikonu přidat značku místa a následným označením na globu se přidá bodový znak, který můţeme dále upravit (Obr. 5) - změnit barvu, měřítko, průhlednost a tvar – jsou zde na výběr různé symboly, lze však pouţít nějaký svůj vlastní symbol, v nabídce jsou také 3D symboly. Dále je moţné si nastavit, v jaké nadmořské výšce bude symbol leţet, jestli bude připevněn k zemskému povrchu nebo bude v určité výšce nad ním (Obr. 1).

20

Přidání liniového symbolu funguje v Google Earth stejně jako přidání symbolu bodového – kliknutím na ikonu přidat cestu a poté vyznačením linie na globu. Opět lze měnit barvu linie a její průhlednost, dále její šířku, výšku nad zemským povrchem (zde si dále můţe uţivatel zvolit, jestli bude prostor mezi liniovým symbolem a zemským povrchem vyplněn – prodlouţení linie aţ na zem). V záloţce rozměry lze také zjistit, jak je vytvořená linie dlouhá (v různých délkových jednotkách – kilometrech, centimetrech, mílích, palcích, stopách, námořních mílích atd.). Při vytváření ploch se pouţívá nástroj přidat mnohoúhelník. Volí se barva, šířka a průhlednost obrysové čáry plochy a také barva a průhlednost samotné plochy (také si lze vybrat, jestli má být zobrazena jen výplň bez obrysové čáry nebo s obrysovou čárou nebo jen obrysová čára) a stejně jako u bodových a liniových prvků je moţné plochu připevnit k zemi nebo ji vykreslit v určité nadmořské výšce. Dále zde lze vkládat překryvný obrázek (například se nad území České republiky vloţí turistická mapa, při zapnutí funkce terén se překryvný obrázek vymodeluje podle terénu, nad kterým leţí).

Obr. 5: Úprava symbolu (značka místa) v programu Google Earth

21

2.5.2 ArcScene V ArcScene jsou stejné moţnosti výběru a změny kartografických vyjadřovacích prostředků jako v prostředí ArcMap (v obou nástrojích jsou pouţívána data společnosti ARCDATA Praha, s.r.o.). Je zde velké mnoţství přednastavených symbolů, u kterých si dále můţe uţivatel měnit barvu, šířku, velikost, úhel. Pokud však symboly nestačí, lze si vytvořit vlastní symbol a do programu ho vloţit (v něm pak je moţné se symbolem provádět stejné operace jako s přednastavenými symboly). Průhlednost (0 – 100%) se zde dá měnit pouze pro celou vrstvu, ne pro jednotlivé symboly, stejně jako jas, stupně šedi, intenzita barvy (1 – 10). Oproti ArcMap má ArcScene navíc i další funkce, které lze při práci s kartografickými vyjadřovacími prostředky vyuţívat – například nástroj Navigate, pomocí kterého se dá celý projekt v pracovním okně natáčet (při dokončeném 3D modelu lze lépe vidět terén určitého místa), nástroj Fly, se kterým je moţné „prolétávat“ nad vrstvami. Tyto nástroje nalezneme také v aplikaci ArcGlobe. V ArcScene je moţné také vytvářet nebo upravovat 3D symboly (Obr. 6). V okně Symbol Property Editor se zvolí typ symbolu (3D Character Marker Symbol – se sloţitějšími tvary vybranými ze sady ESRI, 3D Simple Marker Symbol – s jednoduchými tvary, jako je kuţel, jehlan, koule, krychle apod., 3D Marker Symbol – zde si uţivatel vloţí svůj vlastní symbol, který si dříve vytvořil). V Editoru lze měnit barva symbolu, rozměry, kvalita (čím větší kvalita, tím je symbol oblejší), jednotky, ve kterých jsou udány rozměry symbolu. V levé části Editoru je k náhledu symbol při zobrazení shora (Obr. 2). Kromě symbolů lze vkládat také 3D text.

Obr. 6: Úprava 3D symbolu v programu ArcScene 22

2.5.3 ArcGlobe Mezi ArcGlobe a ArcScene je velká podobnost ve tvorbě a úpravě kartografických vyjadřovacích prostředků. Stejně jako v ArcScene, i zde je mnoho přednastavených symbolů, u kterých lze měnit barvu, šířku, úhel, velikost, vkládat si své vlastní symboly a vytvářet a upravovat 3D symboly. Hlavní rozdíl je jen v tom, ţe zde jsou znázorněny na globu. Měnit průhlednost, kontrast, jas lze jen ve vrstvách, které patří do sloţky Draped layers. Následující tabulky (Tab. 2, Tab. 3, Tab. 4) srovnávají vizualizaci kartografických vyjadřovacích prostředků v prostředí Google Earth, ArcScene a ArcGlobe. Tab. 2: Srovnání vizualizace kartografických vyjadřovacích prostředků v prostředí Google Earth, ArcScene a ArcGlobe – figurální symboly figurální symboly

Google Earth

ArcScene

ArcGlobe

změna barvy symbolu změna tvaru symbolu změna

rozměru

symbolu změna

orientace

symbolu průhlednost 0 - 100%

(1)

jednotlivých symbolů tvorba

vlastního

symbolu (načtení symbolu z počítače)

symboly ve 3D tvorba 3D symbolu

(2)

(1)

průhlednost lze měnit pouze u celé vrstvy, ne u jednotlivých symbolů zvlášť

(2)

pouze vloţení vlastního symbolu z počítače, z internetu

23

(1)

Tab. 3: Srovnání vizualizace kartografických vyjadřovacích prostředků v prostředí Google Earth, ArcScene a ArcGlobe – čárové symboly čárové symboly

Google Earth

ArcScene

ArcGlobe

jednočárové souvislé jednočárové přerušované vícečárové liniové vzorky

(3)

(2)

(2)

(2)

(2)

změna šířky změna barvy zakončení linie (butt, round, square)

ostré hrany linie (miter, round, bevel)

průhlednost 0 – 100% linie ve 3D

(1)

(1)

(4)

(1)

průhlednost lze měnit pouze u celé vrstvy, ne u jednotlivých symbolů zvlášť

(2)

jen přednastavené

(3)

pouze vloţení vlastního symbolu z počítače, z internetu

(4)

jako 3D linie je zde posunutí linie nad zemský povrch a prodlouţení linie z výšky nad

zemským povrchem na zem

24

Tab. 4: Srovnání vizualizace kartografických vyjadřovacích prostředků v prostředí Google Earth, ArcScene a ArcGlobe – areálové symboly areálové symboly

Google Earth

ArcScene

ArcGlobe

výplň barvou výplň

šrafurou

a

texturou obrysová čára průhlednost 0 – 100%

(1)

(1)

(1)

průhlednost lze měnit pouze u celé vrstvy, ne u jednotlivých symbolů zvlášť Z předchozích tabulek (Tab. 2, Tab. 3, Tab. 4) vyplývá, ţe k práci

s kartografickými vyjadřovacími prostředky jsou více vhodné programy ArcScene a ArcGlobe, kde je problém jen se změnou průhlednosti (lze měnit průhlednost pouze u celé vrstvy, nikoli u kaţdého symbolu zvlášť). V těchto dvou programech je mnoho moţností, jak se symboly operovat, oproti programu Google Earth, kde jsou tyto moţnosti značně omezené: není zde nástroj pro vytvoření vlastního 3D symbolu u symbolů nelze měnit orientace, nelze je nijak natáčet, pouze přesouvat u linií nelze nastavit, zda bude linie přerušovaná, dvojitá, nelze měnit jejich zakončení a ostrost hrany plochy lze vyplnit pouze barvou, nikoli šrafurou či texturou Je moţné zde ale na rozdíl od ArcScene a ArcGlobe měnit průhlednost jednotlivých symbolů (do Google Earth nejsou symboly vkládány ve vrstvách jako u ostatních dvou programů). Na druhou stranu, práce v Google Earth je oproti ArcScene a ArcGlobe rychlejší a na rozdíl od ArcGlobe má Google Earth kvalitnější satelitní snímky.

25

3 DATOVÉ ZDROJE V ČESKÉ REPUBLICE V této kapitole je zmínka o datových zdrojích, které jsou v České republice nejrozšířenější a které jsou následně pouţity pro tvorbu 3D modelu. Datové zdroje jsou rozděleny na státní a vojenský sektor (pro tvorbu modelu jsou pouţity datové zdroje státního sektoru – ZABAGED a Data200), dále jsou zmíněny staré mapy (vojenské mapování) a další zdroje dat (geoportály CENIA a ČÚZK, projekt Výzkumného ústavu vodohospodářského DIBAVOD a CORINE Land Cover).

3.1 Státní sektor 3.1.1 ZABAGED ZABAGED je digitální geografický model území České republiky, který odpovídá Základní mapě České republiky v měřítku 1:10 000 (ZM 10). Obsahuje informace o sídlech, komunikacích, rozvodných sítích a produktovodech, vodstvu, územních jednotkách a chráněných územích, vegetaci a povrchu a prvcích terénního reliéfu. Součástí jsou i údaje o geodetických, výškových a tíhových bodech na území České republiky a výškopis reprezentovaný prostorovým 3D souborem vrstevnic. [17] ČÚZK začal s vytvářením ZABAGED v roce 1995 vektorovou digitalizací analogových podkladů Základní mapy České republiky v měřítku 1:10 000. Digitalizace byla dokončena v roce 2001 (kromě zástavby, která byla doplněna v roce 2004, v tomto roce se také databáze stala bezešvou). Pouţitím fotogrammetrických metod začala v roce 2001 první celoplošná aktualizace databáze, která byla ukončena v roce 2005. Aktualizace ZABAGED probíhá kaţdé tři roky pro třetinu území republiky. Data ZABAGED doplňuje databáze Geonames (kompletní soubor informací o standardizovaných geografických jménem a názvech sídelních jednotek pro ZM 10). [17] Data ZABAGED si lze prohlíţet buďto bezplatně přes WMS server na stránkách Zeměměřického úřadu nebo je moţnost si zakoupit jednotlivé mapové listy, jejich cena je k 1. 2. 2012 865 Kč za jeden mapový list ZM 10 (18 km2) polohopisu a 244 Kč za jeden mapový list výškopisu (3D vrstevnice nebo grid 10x10). Pro studenty poskytuje ZABAGED data k diplomovým, bakalářským a semestrálním pracím do čtyř mapových listů zdarma, nad čtyři mapové listy je student povinen předat jeden výtisk závěrečné práce Zeměměřickému úřadu. [18]

26

Data ZABAGED je moţné si prohlíţet bezplatně přes WMS server (na geoportálu Zeměměřického úřadu – Obr. 6). Práci se ZABAGED lze také doplnit databází Geonames nebo si do mapového okna přidat například klady listů, geografickou síť nebo Ortofoto (tyto vrstvy je moţné dále upravovat, lze měnit jejich formát, jazyk, průhlednost a lze také vybrat, které podvrstvy budou v mapě znázorněny). Pohybováním kurzoru po mapovém okně lze zjistit přesné souřadnice a souřadný systém, který se dá měnit (přednastavený je S-JTSK). Souřadnice bodu se zjistí také zapnutím nástroje Výpis souřadnic bodu a následným kliknutím na místo v mapovém okně. Dále zde lze měřit vzdálenosti nebo plochy. Pro snadné vyhledávání míst je zde k dispozici vyhledávácí panel. ZABAGED je zde rozdělen do čtyř vrstev (část 1, část 2, část 3, část 4), v kaţdé vrstvě si uţivatel můţe zapnout určité podvrstvy (body výškového pole s nadmořskou výškou, budovy, bloky, budov, kostel, dálnice, stanice metra…), zapínáním a vypínáním vrstev si můţe měnit vzhled mapového okna.

Obr. 6: ZABAGED (zdroj: http://geoportal.cuzk.cz/geoprohlizec/?wmcid=552)

27

3.1.2 Data200 Databáze Data200 je digitální geografický model území České republiky, který svou přesností a stupněm generalizace odpovídá měřítku 1:200 000, vznikl na základě projektu EuroRegionalMap (ERM) [19] – cílem ERM je vytvoření celoevropské vektorové topografické databáze na úrovni měřítka 1:250 000, za ČR zpracovává ERM od roku 2005 ČÚZK. [5] Databáze obsahuje celkem 47 typů objektů a je rozdělena do osmi tematických vrstev – administrativní hranice, vodstvo, doprava, sídla, geografická jména, objekty, výškopis, vegetace a povrch. [19] Pro Zeměměřičský úřad slouţí databáze Data200 jako zdroj pro tvorbu státního mapového díla. Po dokončení databáze roku 2009 jsou data k poskytnutí po tematických vrstvách ve formě souborových dat v několika formátech (ESRI-MDB, SHP) v souřadnicovém systému S-JTSK. Ceny jednotlivých vrstev se pohybují od 4 000 do 15 000 Kč, všechny vrstvy jsou dostupné za 26 200 Kč nebo je moţné si je zdarma prohlédnout na geoportálu ČÚZK (Obr. 7), kde je k dispozici prohlíţecí mapová sluţba WMS. [19]

Obr. 7: Data200 (zdroj: http://geoportal.cuzk.cz/geoprohlizec/?wmcid=524) Kaţdá z osmi tematických vrstev databáze Data200 obsahuje velké mnoţství jak figurálních, tak čárových a areálových symbolů. Ve vrstvě s objekty lze nalézt například symboly pro stadion, zříceninu, kostel, vodní elektrárnu, elektrické vedení, chráněné 28

území, nemocnici atd. Ve výškopisu je k dispozici kótovaný bod, a vrstevnice (doplňkové, zdůrazněné, základní). Také jsou zde administrativní hranice všech úrovní, tedy hranice státní, krajské, okresní a hranice obce. Pro označení obcí lze pouţít signaturu obce (symboly pro obce jsou rozděleny podle počtu obyvatel - do 500 obyvatel, do 2000 obyvatel, nad 2000 obyvatel) nebo i bloky zástavby.

3.2 Vojenský sektor 3.2.1 DMÚ 25 DMÚ 25 je součástí Vojenského informačního systému a vzniká ve VTOPÚ Dobruška. Jde o vektorový topologický model území vznikající z topografické mapy 1:25 000 v souřadnicovém systému S-42 (později také S-JTSK a WGS 84). Práce začaly v roce 1993 (dokončeny v roce 2000) a byly pro ně pouţity podkladové mapy z let 1990 – 1995. DMÚ 25 je tvořen ze sedmi tematických vrstev (vodstvo, komunikace, potrubní, energetické a telekomunikační trasy, rostlinný a půdní kryt, sídla, průmyslové a jiné topografické objekty, hranice a ohrady, terénní reliéf). Tyto vrstvy jsou dále členěny do dvaceti datových vrstev, svou přesností a stupněm generalizace odpovídají data mapám v měřítku 1:25 000, coţ přináší následující typy přesností [5]: 1. třída – přesnost do 0,5 m (podrobné polohové body) 2. třída – přesnost do 3 m (stabilní polohopis) 3. třída – přesnost do 10 m (polohopis) 4. třída – přesnost do 20 m (nestabilní polohopis) Aktualizace probíhá kaţdých pět let. DMÚ 25 je přístupný na internetových stránkách VGHMÚř a jako WMS sluţba na geoportálu CENIA (Obr. 8). [5]

29

Obr. 8: DMÚ 25 (zdroj: http://izgard.cenia.cz/dmunew/viewer.htm) 3.2.2 DMÚ 200 DMÚ 200 je digitální model území v měřítku 1:200 000, který začal vznikat v letech 1992 – 1994. Tento vektorový model obsahuje i prvky, které jsou v měřítku 1:100 000. Skládá se z šesti logických vrstev – vodstvo, sídla, rostlinný kryt, komunikace, vedení, hranice. Je vytvářen v souřadném systému S-42, který se dále transformuje do systémů S-JTSK a WGS 84. Aktualizace modelu proběhla v letech 1996 – 1998. [5]

3.3 Staré mapy Se starými mapami je moţné se setkat i na internetu v digitalizované podobě, a to například na mapovém portálu Výzkumného ústavu geodetického, topografického a kartografického (VÚGTK). Zde lze nalézt zdigitalizované staré mapy, jako je například Müllerova mapa Čech, Müllerova mapa Moravy, mapy III. vojenského mapování, II. vojenské mapování, mapy bývalého pozemkového katastru nebo první vydání Státní mapy v měřítku 1:5 000.

30

I. vojenské mapování První vojenské mapování (josefské) probíhalo v letech 1764 – 1768 (rektifikace v letech 1780 – 1783), v měřítku 1:28 800, podkladem mapy byla Müllerova mapa. Je zde zachyceno území Čech, Moravy i Slezska. Mapování probíhalo tak, ţe důstojníci na koni projíţděli krajinu a mapovali od oka. Z důvodu absence trigonometrických bodů je mapa zemí nepřesná a nepřehledná. Mapovaly se zejména komunikace, řeky, potoky, půda a budovy. [20] II. vojenské mapování Druhé vojenské mapování (Františkovo) probíhalo v letech 1836 – 1852, v měřítku 1:28 800. Oproti druhému vojenskému mapování došlo ke zvýšení přesnosti díla, a to díky triangulaci, která se stala geodetickým základem mapování. Podkladem se staly mapy Stabilního katastru. Přibyly zde výšky trigonometrických bodů a srovnáním map prvního a druhého vojenského mapování můţeme pozorovat změny, které nastaly nástupem průmyslové revoluce. [20] III. vojenské mapování Třetí vojenské mapování (Františko – josefské) probíhalo v letech 1876 – 1878 na Moravě a ve Slezsku a v letech 1877 – 1880 v Čechách, v měřítku 1:25 000. Podkladem mapování byly katastrální mapy, bylo vylepšeno znázornění výškopisu (kromě uţití šraf jsou pouţívány také vrstevnice a kóty). [20] Dalšími starými mapami, kde je moţné nalézt studované území, jsou mapy Moravy, a to Fabriciova mapa, Kaeriova mapa, Komenského mapa a jiţ výše zmíněná Müllerova mapa. [21]

3.4 Další dostupné mapové zdroje Dalšími mapovými zdroji mohou být například vrstvy z geoportálu CENIA (katastrální mapy, vojenské mapy, II. vojenské mapování, ortofotomapy, DMÚ 25, topografické mapy ČÚZK) a mapové kompozice, kam patří například ţivotní prostředí (které se dále člení - chráněná území, klimatické oblasti ČR, přírodní parky, chráněná loţisková území apod.), socioekonomické prvky a jevy (adresy poštovní úřadů, různé cenové mapy, hustota zalidnění, válečné hroby, typologie české krajiny podle osídlení 31

atd.), dopravu (letecká dopravní síť, silniční a dálniční síť ČR, ţelezniční stanice a zastávky, fragmentace krajiny dopravou), správní členění (adresní body a názvy ulic, sčítací obvody, hranice působnosti úřadů, územně správní členění ČR), vodu (obsahuje mapu povodní z roku 2006) a další podkladová data, kam patří například Ortofoto ČÚZK, Ortofoto Geodis, Klady listů topografických a základních map a Základní mapy. Výše vypsané mapové kompozice patří do základních, na geoportálu CENIA jsou k dispozici také mapové kompozice INSPIRE. [25] Dále lze jmenovat jiţ výše jmenovaný geoportál na stránkách ČÚZK, kde je kromě ZABAGED® a Data200 také databáze Geonames, bodová pole, katastrální mapa, Státní mapa 1:5 000 (rastrová i vektorová), Základní mapy ČR, Ortofoto a data INSPIRE. Za zmínku stojí také projekt VÚV TGM DIBAVOD (Digitální báze vodohospodářských dat), coţ je referenční geografická databáze určená pro tvorbu vodohospodářských map a map s tematikou ochrany vod. Stejně jako ZABAGED odpovídá Základní mapě ČR 1:10 000 (resp. 1:50 000). DIBAVOD je průběţně aktualizovaný. VÚV TGM poskytuje některé datové vrstvy objektů DIBAVOD zdarma ve formátu ESRI shapefile. [22] Na závěr lze zmínit projekt CORINE, který začal vznikat v roce 1985 pod vedením Evropské komise. Cílem programu CORINE (Coordination of Information on the Environment) je sběr, koordinace a zajištění informací o ţivotním prostředí a přírodních zdrojích. Tento program je rozdělen do tří částí – Land Cover, Biotopes, Air. CORINE Land Cover tvoří databázi krajinného pokryvu Evropy na základě jednotné metodiky. Tato databáze je pravidelně aktualizována. V roce 2006 se projekt CORINE Land Cover stal součástí evropského projektu GMES (Global Monitoring of Environment and Security). Do této doby byly vytvořeny databáze pro rok 1990, 2000 a 2006 a změnové databáze. Změnové databáze vyjadřují úbytky a přírůstky ploch jednotlivých tříd. CORINE Land Cover pro Českou republiku je k dispozici na geoportálu CENIA. [23]

32

4 TVORBA 3D MODELU 4.1 Tvorba 3D modelu v prostředí ArcScene Pro tvorbu 3D modelu byla pouţita data poskytnutá Zeměměřickým úřadem. Bohuţel mnoţství zdarma poskytovaných dat je omezené (pro tuto práci bylo poskytnuto deset mapových listů v měřítku 1:10 000 ZABAGED – polohopis a deset mapových listů v tom samém měřítku ZABAGED – výškopis), z tohoto důvodu bylo pro model vybráno menší území - okolí Lipníku nad Bečvou. Data byla zpracována v prostředí ArcGIS, verze 9.3, v aplikacích ArcMap a ArcScene. Před samotnou prací byl pro data nastaven referenční systém S-JTSK. Vytvoření TIN modelu Tvorba 3D modelu pomocí TIN (model TIN byl pouţit namísto interpolačních metod - IDW, Kriging atd.) byla vybrána z toho důvodu, ţe tuto metodu vyuţívá program Google Earth, kterým se tato práce rovněţ zabývá a ve kterém je 3D model vytvářen. TIN (Triangulated Irregular Network – síť nepravidelných trojúhelníků) je metoda interpolace vhodná pro nepravidelně rozmístěné body měření, které jsou spojeny liniemi – je vytvářena síť nepravidelných trojúhelníků (Obr. 9). Propojení bodů do trojúhelníkové sítě se vytváří Delaunayho triangulací. Tři body jsou spojeny do trojúhelníku, pokud opsaná kruţnice těmto bodům neobsahuje ţádné další body. Model TIN se dále pouţívá k vytvoření izolinií. [6, str. 18-19]

Obr. 9: Podmínka Delaunayho triangulace [6, str. 19] K vytvoření TIN jsou potřeba všechny druhy vrstevnic. Do aplikace ArcMap budou načteny hlavní, doplňkové a zesílené vrstevnice (součástí výškopisu ZABAGED), které 33

budou následně převedeny na body. K tomu se pouţije nástroj, který je součástí ArcToolbox – Feature to Point. Samotný model TIN se vytvoří funkcí Create/Modify TIN (Obr. 10), která patří do extenze 3D Analyst.

Obr. 10: Funkce Create TIN From Features

Obr. 11: TIN model – model po vytvoření a spojení všech tří TIN modelů (ze všech druhů vrstevnic) 34

Po vytvoření TIN modelu (Obr. 11) se TIN načte do aplikace ArcScene, kde se model upraví a nad něj se můţou vkládat další vrstvy, které se podle TINu vytvarují. U kaţdé načtené vrstvy se však musí v Layer Properties – Base Heights zaškrtnout Obtain heights for layer from surface (Obr. 12), a následně vybrat TIN, nad který se vrstva bude vykreslovat, tímto daná vrstva získá nadmořské výšky z TINu, aby načtená vrstva byla ve správné nadmořské výšce a byla viditelná (pokud se takto vrstva neupraví, bude zakrytá TINem a ne vymodelovaná nad ním).

Obr. 12: Funkce Obtain heights for layer from surface V aplikaci ArcScene byla navíc v Layer Properties vrstvy TIN – Symbology – Add – pouţita funkce Face elevation with graduated color ramp (Obr. 13), aby byla výšková členitost pomocí barev lépe rozlišitelná.

35

Obr. 13: Výběr funkce Face elevation with graduated color ramp Při pokládání vrstev na model TIN nastal u některých vrstev problém. Například silnice nebo vodní toky na některých místech „zajíţdí“ pod povrch nebo jsou vykresleny přerušovaně. To však není problém v tvorbě modelu, ale nedostatek v samotném programu.

4.2 Tvorba 3D modelu v prostředí Google Earth Tvorba 3D modelu v prostředí Google Earth je o něco snadnější neţ předchozí modelování v prostředí ArcScene. Při tomto modelování bude vyuţita aplikace ArcMap, kde se vytvoří mapa studovaného území (pro tuto mapu byla pouţila data společnosti ARCDATA Praha, s.r.o. ArcČR 500 a Data200, která jsou pro studenty na přírodovědecké fakultě zdarma). Hotová mapa (Obr. 14) se převede do formátu KML (Kap. 2.2.1). KML soubor se otevře v aplikaci Google Earth (Obr. 16). Mapa se přesně umístí nad území, které je vyobrazeno na dané mapě (v souboru KML jsou zachovány souřadnice území a referenční systém). Po zapnutí funkce Terén se mapa vymodeluje podle terénu, nad kterým leţí.

36

Obr. 14: Vyuţití půdy ve vymezeném území (obrázek je bez popisků, aplikace Google Earth popisky uţ obsahuje)

silnice

zástavba

dálnice

chmelnice, zahrady, sady, parky

lesní půda se stromy

oblasti těţby surovin

lesní půda s křovinami

orná půda, louky, pastviny

vodní toky a plochy

ostatní plochy

trvalé travní porosty Obr. 15: Legenda k Obr. 14 – vyuţití půdy

37

Obr. 16: Vloţený KML soubor do aplikace Google Earth

38

5 DISKUZE Podobnou tematikou se v minulosti zabývaly také tyto práce - diplomová práce Mgr. Lukáše Hermana (Moderní kartografické metody modelování měst), diplomová práce Mgr. Martina Malého (3D vizualizace vybraného zastavěného areálu), bakalářská práce Bc. Vojtěcha Růţičky (Generování 3D kartografických reprezentací ve WWW prostředí) a bakalářská práce Mgr. Markéty Páskové (3D kartografická vizualizace okresu Svitavy). Všechny tyto práce mají něco společného – 3D modelování. Zde budou ale jmenovány odlišnosti, a to především, čím se tato práce odlišuje od výše jmenovaných prací. Nejvíce se této práci přibliţuje bakalářská práce Mgr. Markéty Páskové (3D kartografická vizualizace okresu Svitavy), která ve své práci také modeluje větší územní celek – okres. Je zde však rozdíl v tom, ţe zatímco práce slečny Páskové se kromě samotného modelování zabývá především terénními modely a jejich datovými strukturami a výškopisnými databázemi, tato práce řeší samotné programy pro tvorbu modelu. Hlavně je zde kladen důraz na moţnosti kartografických vyjadřovacích prostředků. Co se týká tvorby samotného modelu, slečna Pásková se zaměřila z větší části na tvorbu modelu pomocí interpolačních metod (IDW, Kriging apod.), zatímco v této práci je pouţit model TIN (z důvodu, ţe je na tomto modelu zaloţen také program Google Earth, kterým se tato práce také zabývá). Ostatní výše uvedené práce se zabývají modelací menších územních celků – městských částí, zastavěných areálů. Lukáš Herman se zabývá 3D modelací měst a především jazykem CityGML. Program Google Earth ve své práci zmiňuje také Vojtěch Růţička a Martin Malý. Vojtěch Růţička se však soustředí především na formát KML. Tato práce je oproti tomu více zaměřena na program Google Earth, jsou zde popsány jednotlivé hlavní funkce programu a práce se zabývá především kartografickými vyjadřovacími prostředky (popisem těchto prostředků a jejich tvorbou či úpravou). Martin Malý zmiňuje jen základní vlastnosti programu, program Google Earth zmiňuje především z důvodu importu modelu z Google SketchUp do Google Earth.

39

6 ZÁVĚR Cílem této práce bylo srovnat a zhodnotit současné moţnosti moderní kartografické 3D vizualizace, vybrat a zpracovat informace o datových zdrojích dostupných v České republice a následně s pouţitím programů pro tvorbu 3D modelu a vybraných datových zdrojů vytvořit 3D model území. Pro tento model byl vybrán okres Přerov. Datovými zdroji a programy pro tvorbu modelu se zabývají úvodní teoretické kapitoly, v praktické části je v těchto programech pomocí databáze ZABAGED vytvořen 3D model území. V této části jsou také popsány postupy, jak lze model v těchto programech vytvořit. Pro tvorbu 3D modelu byly vybrány programy Google Earth a ArcScene. V Google Earth nebylo třeba tvořit ţádný TIN model. Program jiţ tento model obsahuje. Bylo třeba vytvořit vrstvu, která se „poloţí“ nad jiţ vymodelovaný terén. K tomu byl pouţit program ArcScene, ve kterém se také zpracovával druhý model, kterému předcházela tvorba TIN modelu v aplikaci ArcMap. Pro tvorbu TIN modelu byly pouţity tři druhy vrstevnic – hlavní, doplňkové a zesílené. Tyto vrstevnice byly v ArcMap převedeny na body a z těchto bodů byl následně vytvořen model TIN. Další práce pokračovala v programu ArcScene. Nad model TIN zde byla načtena polohopisná data. Oba modely znázorňují vyuţití půdy ve vymezeném území (namísto celého okresu byla vybrána jen omezená část – z důvodu nedostatku dat). Pro modely byla pouţita data ZABAGED (pro tvorbu TIN modelu výškopisná data, pro vrstvu vyuţití půdy polohopisná data). Pokud chceme srovnat jednotlivé modely a práci v programech, lze říct, ţe práce v Google Earth byla oproti práci v ArcScene jednodušší a rychlejší (nebylo nutné vytvářet TIN model a přidávat popisky do mapy, protoţe je jiţ program obsahuje). Na druhou stranu, i kdyţ práce v ArcScene byla pomalejší, nebylo zde potřeba připojení k internetu a model vypadal lépe, protoţe byl ostřejší. Model v Google Earth byl jakoby rozmazaný a při přiblíţení se jevil jako „rozkostičkovaný“. I program ArcScene má však ve vizualizaci menší nedostatky. Jak jiţ bylo popsáno výše, silnice a vodní toky na některých místech „zajíţdí“ pod povrch nebo jsou vykresleny přerušovaně. Po vloţení KML souboru do Google Earth vypadal model stejně jako v ArcScene, rozdíl nastal aţ po přiblíţení a při „prolétávání“ územím. KML soubor lze v Google Earth dále upravovat, je moţné měnit barvy, šířku linie, průhlednost, a to i pro jednotlivé části

40

(například vrstva silnic je rozdělena na menší úseky, vrstva lesů na menší polygony). V prostředí ArcScene je toto moţné jen pokud si uţivatel tuto vrstvu dále sám rozdělí. Tato práce můţe slouţit jako stručná příručka k tvorbě 3D modelu, jak v programu ArcScene, tak v programu Google Earth a jako přehledová publikace datových zdrojů v České republice. Při výběru programu k tvorbě modelu nebo jiné práci jistě pomůţe také srovnání kartografických vyjadřovacích prostředků mezi programy ArcScene, Google Earth a ArcGlobe. Jelikoţ je moţné vytvářet a ukládat animace pouze v placené verzi Google Earth, byly udělány animace pouze pro model vytvořený v programu ArcScene. Model z programu Google Earth je zaznamenán na printscreenech. Tyto animace a printscreeny jsou uloţeny na přiloţeném CD. Vybrané záběry modelů jsou vloţeny také do příloh.

41

7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK 1D

jednorozměrný prostor

2D

dvojrozměrný prostor

3D

trojrozměrný prostor

CD

Compact Disc

CENIA

Česká informační agentura ţivotního prostředí

CORINE

Coordination of Information on the Environment

ČÚZK

Český úřad zeměměřičský a katastrální

DIBAVOD

Digitální báze vodohospodářských dat

DMÚ 25

Digitální model území v měřítku 1:25 000

DMÚ 200

Digitální model území v měřítku 1:200 000

ERM

EuroRegionalMap

GMES

Global Monitoring for Environment and Security

KML

Keyhole Markup Language

NASA

National Aeronautics and Space Administration

S-42

Systém 1942

S-JTSK

Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální

TIN

Triangulated Irregular Network

VGHMÚř

Vojenský geografický a hydrometeorologický úřad

VTOPÚ

Vojenský topografický ústav

VÚGTK

Výzkumný

ústav

geodetický,

topografický

kartografický VÚV TGM

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka

WGS 84

World Geodetic System 1984

WMS

Web Map Service

ZABAGED

Základní báze geografických dat

ZM 10

Základní mapa České republiky v měřítku 1:10 000

42

a

8 LITERATURA Tištěné zdroje: [1] PRAVDA, Ján; KUSENDOVÁ, Dagmar. Počítačová tvorba tematických máp. 1. vyd. Bratislava: Univerzita Komenského, 2004. 264 s. ISBN 8022320110. [2] VOŢENÍLEK, Vít. Cartography for GIS: geovisualization and map communication. 1st ed. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2005. 142 s. ISBN 8024410478. [3] KRAAK, Menno-Jan; ORMELING, Ferjan. Cartography: visualization of geospatial data. 2nd ed. Harlow: Prentice Hall, 2003. 205 s. ISBN 0130888907. [4] KAŇOK, J.: Tematická kartografie. Vyd. 1. Ostrava: Ostravská univerzita Ostrava, 1999. 318 s. ISBN 8070427817 [5] ŘEZNÍK, T.: Mapové zdroje – učební texty, 2008 [6] DOBROVOLNÝ, P.: Geostatistika – učební texty, 2007 [7] CRAMPTON, Jeremy W. Mapping: a critical introduction to cartography and GIS. 1st pub. Malden, Mass.: Wiley-Blackwell, 2010. 217 s. ISBN 9781405121729. Elektronické zdroje: [8] Charakteristika okresu Přerov, Český statistický úřad [online]. Aktualizace 2010 [cit. 2012-06-02]. Dostupné na www: [9] Profil statutárního města Přerova, Agentura pro regionální rozvoj, únor 2007 [cit. 2012-02-15]. Dostupné na www: <www.prerov.eu/filemanager/files/file.php?file=1006>

43

[10] Geologická mapa 1:500 000, Česká geologická sluţba: Mapová aplikace, verze 1.1 [online]. Aktualizováno 2003 [cit. 2012-02-16]. Dostupné na www: [11] České dálnice [online]. Aktualizováno 2011-12-15 [cit. 2012-02-16]. Dostupné na www: [12] Google Earth [online] [cit. 2011-11-19]. Dostupné na www: [13] Google Earth, Google Earth [online]. Aktualizováno 2011 [cit. 2011-11-19]. Dostupné na www: [14] ArcGIS Desktop Help [online]. [cit. 2012-03-22]. Dostupné na www: [15] ArcGIS 3D Analyst, ARCDATA Praha [online]. Aktualizace 2012 [cit. 2012-03-12]. Dostupné

na

www:


desktop/nadstavby-arcgis-desktop/arcgis-3d-analyst/> [16] O jazyce KML, Google Earth [online]. Aktualizováno 2012 [cit. 2012-03-12]. Dostupné na www: [17] Základní báze geografických dat ZABAGED, Český úřad zeměměřický a katastrální [online].

Aktualizace

2011-04-01

[cit.

2012-02-08].

Dostupné

na

www:

[18] Výňatek z ceníku výkonů a výrobků Zeměměřického úřadu [online]. Aktualizováno 2012-02-01 [cit. 2012-03-22]. Dostupné na www: 44

[19] Geoportál ČÚZK, Český úřad zeměměřický a katastrální [online]. Aktualizováno 2010 [cit. 2012-03-12]. Dostupné na www: [20] Oldmaps – staré mapy, Laboratoř geoinformatiky UJEP [online]. Aktualizováno 2010 [cit. 2012-04-11]. Dostupné na www: [21] Staré a historické mapy Čech, Moravy a Slezska [online]. Aktualizováno 2006 [cit. 2012-04-11]. Dostupné na www: [22] DIBAVOD, Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka [online]. Aktualizováno 2011 [cit. 2012-03-27]. Dostupné na www: [23] CORINE Land Cover, CENIA [online]. [cit. 2012-04-29]. Dostupné na www: [24] TIŠNOVSKÝ P.: VRML: jazyk pro popis virtuální reality, Root.cz [online]. Aktualizace 2007-11-08 [cit. 2012-02-20]. Dostupné na www: [25] Národní geoportál INSPIRE, CENIA [online]. Aktualizováno 2012 [cit. 2012-03-27]. Dostupné na www: [26] Digitální atlas ČR, Vojenský geografický a hydrometeorologický úřad [online]. Aktualizováno

2007-2008

[cit.

2012-03-24].

Dostupné

na

www:

[27]

Geoprohlížeč

ČÚZK

[online].

[cit.

2012-03-24].



45

Dostupné

na

www:

[28] Data ZABAGED® – polohopis, výškopis [CD-ROM]. Český úřad zeměměřický a katastrální.

46

PŘÍLOHY

SEZNAM PŘÍLOH Příl. 1: TIN model. Lipník nad Bečvou a okolí. Příl. 2: ArcScene. Pohled směrem na jih. V popředí obec Bohuslávky, v pozadí hrad Helfštýn. Příl. 3: ArcScene. Pohled směrem na sever. V popředí Lipník nad Bečvou, řeka Bečva. V pozadí Loučka, Bohuslávky a Dolní Újezd. Příl. 4: Google Earth. Pohled směrem na jih. V popředí Lipník nad Bečvou a řeka Bečva, v pozadí Maleník (kopec). Příl. 5: Google Earth. Pohled směrem na sever. V popředí Lipník nad Bečvou, v pozadí obec Bohuslávky a vojenský prostor Libavá. Příl. 6: CD, volná. Obsah CD printscreeny modelu z Google Earth printscreeny modelu z ArcScene animace modelu z ArcScene projekt z ArcScene projekt z Google Earth

Příl. 1: TIN model. Lipník nad Bečvou a okolí.

Příl. 2: ArcScene. Pohled směrem na jih. V popředí obec Bohuslávky, v pozadí hrad Helfštýn.

Příl. 3: ArcScene. Pohled směrem na sever. V popředí Lipník nad Bečvou, řeka Bečva. V pozadí Loučka, Bohuslávky a Dolní Újezd.

Příl. 4: Google Earth. Pohled směrem na jih. V popředí Lipník nad Bečvou a řeka Bečva, v pozadí Maleník (kopec).

Příl. 5: Google Earth. Pohled směrem na sever. V popředí Lipník nad Bečvou, v pozadí obec Bohuslávky a vojenský prostor Libavá.