MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Geografický ústav
Bc. Martin MALÝ
3D VIZUALIZACE VYBRANÉHO ZASTAVĚNÉHO AREÁLU Univerzitní kampus MU v Brně-Bohunicích
Diplomová práce
Vedoucí práce: Mgr. Kateřina Fárová Brno 2009
Jméno a příjmení autora: Název diplomové práce: Název v angličtině: Studijní obor: Vedoucí bakalářské práce: Rok obhajoby:
Bc. Martin MALÝ 3D vizualizace vybraného zastavěného areálu 3D visualization of selected built-up area Geografická kartografie a geoinformatika Mgr. Kateřina Fárová 2009
Anotace Tvorba trojdimenzionálních vizualizací tvoří nepochybně jednu z progresivních disciplín současné kartografie. V této práci byly otestovány možnosti vytváření zejména za pomoci programového vybavení ESRI ArcGIS a Google SketchUp. První část sestavuje obecný přehled reprezentací 3D informace, možností pořizování 3D dat a metody tvorby, přenosu i vizualizace výsledných modelů. Hlavní součástí řešené problematiky je však tvorba 3D modelu univerzitního kampusu v Brně-Bohunicích, konkrétně popis získání zdrojových dat, tvorba detailního modelu terénu obklopujícího komplex, modelování samotných budov a v neposlední řadě ukázka možných variant exportů a vizualizací. Popsána je rovněž využitá interakce ArcGIS s aplikací Google SketchUp a export do formátu KML.
Annotation Three-dimensional visualization has undoubtedly become one of the progressive fields of modern cartography. The possibilities particularly using ESRI ArcGIS and Google SketchUp software were tested in this thesis. The first part consists of the general overview of 3D information representations, possible ways of acquiring 3D data and methods of creation, data transmission and final product visualization. The main part of the work shows the creation of a 3D model of Brno-Bohunice university campus, concretely the description of the source data acquisition, detailed terrain model of surrounding complex production, modelling buiding themselves and last but not least a few examples of export and visualization of the final product are shown. ArcGIS interaction with Google SketchUp application and export to KML is described at the end of the project.
Klíčová slova 3D vizualizace, 3D modelování, ArcScene, Google Earth, KML Keywords 3D visualization, 3D modelling, ArcScene, Google Earth, KML
Prohlašuji tímto, že jsem zadanou diplomovou práci vypracoval samostatně pod vedením Mgr. Kateřiny Fárové a uvedl v seznamu zdrojů veškerou použitou literaturu a další zdroje.
V Brně dne 15. května 2009
Bc. Martin MALÝ
Rád bych tímto upřímně poděkoval všem, bez kterých by tato práce vznikala jen stěží. V první řadě bych rád vyjádřil dík vedoucí práce Kateřině Fárové za potřebný dohled a cenné rady ke zpracování a efektivní prezentaci výsledků. Druhý dík si zaslouží David Mikstein za skutečně obětavou pomoc při praktickém zpracování fáze modelování a přípravy dat. Třetí velmi důležitou osobu představuje Kateřina Tajovská, která poskytla možnost i asistenci při zaměření objektů v terénu geodetickými metodami. Svatavě Chromé bych rád poděkoval za nezbytnou podporu a poradenství při gramatické a stylistické úpravě průvodní zprávy, Haně Ševečkové za úpravu cizojazyčných částí práce, rektorátu MU za zapůjčená data a v neposlední řadě firmě Google, která poskytla roční licenci k plné verzi aplikace SketchUp zdarma.
Obsah 1 Úvod 1.1 3D modelování . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Cíle práce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 9 10
2 Realizace 3D 2.1 Reprezentace 3D . . . . . . . . . . . 2.1.1 Reprezentace 3D v GIS . . . . 2.2 Kartografie a 3D modelování . . . . . 2.3 Pořizování 3D dat . . . . . . . . . . . 2.4 Nástroje pro tvorbu a vizualizaci 3D 2.5 Přenos 3D dat . . . . . . . . . . . . . 2.6 Metody 3D zobrazování . . . . . . . 2.7 Virtuální realita . . . . . . . . . . . . 2.8 Dosavadní poznatky a aplikace . . .
. . . . . . . . .
11 11 11 12 13 14 15 16 18 19
. . . . . . . . . . . . . . .
25 25 26 27 27 27 29 30 31 32 32 34 35 37 38 38
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
3 Modelování UKB 3.1 Zdrojová data . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Data poskytnutá ÚVT . . . . . . . 3.1.2 Data dodatečně měřená . . . . . . 3.2 Modelování terénu . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Získání informací z dostupných dat 3.2.2 Tvorba modelu terénu . . . . . . . 3.2.3 Modelování vektorových opor . . . 3.2.4 Tvorba bodových objektů . . . . . 3.3 Modelování budov . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Předzpracování datových sad . . . 3.3.2 3D vizualizace dat . . . . . . . . . 3.3.3 Úprava získaných výsledků . . . . . 3.4 Vizualizace výsledného modelu . . . . . . 3.4.1 Vizualizace v ArcScene . . . . . . . 3.4.2 Export do VRML . . . . . . . . . .
7
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
3.4.3
Tvorba animace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Publikování modelu 4.1 Generalizace vytvořeného modelu . . . . 4.2 Google SketchUp . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Funkcionalita SketchUp . . . . . 4.2.2 Import DWG . . . . . . . . . . . 4.2.3 3D modelování . . . . . . . . . . 4.2.4 Import generalizovaného modelu . 4.2.5 Úpravy importovaných objektů . 4.2.6 Export do 3D PDF . . . . . . . . 4.3 Google Earth . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Základní vlastnosti . . . . . . . . 4.3.2 Import ze SketchUp . . . . . . . 4.3.3 Výsledný KML soubor . . . . . . 4.4 Google 3D Warehouse . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
39 40 40 41 41 43 44 45 47 48 48 49 49 50 51
5 Závěr
52
Seznam použitých zdrojů
54
Přílohy
60
1 Úvod Vyobrazování a modelování předmětů je již od pradávna jednou ze základních lidských činností. Názornější byly vždy výrobky, které se nejvíce blížily realitě, tzn. ty trojrozměrné. Jinak tomu není ani dnes, tím spíše v oboru kartografie, kde je tato vlastnost jednou z nejdůležitějších. S rozvojem výpočetní techniky se navíc objevily příležitosti, které umožnily donedávna neproveditelné analýzy a vizualizace, tedy i 3D modelování, které se bez pomoci počítačů prakticky neprovádí. Vývoj elektronické kartografie se datuje již od roku 1967, kdy vznikl první „mapovacíÿ program, masivní rozšíření však čekalo jak na zdokonalení programových a technických prostředků, tak na pokles pořizovacích nákladů. Výrazný nástup GIS technologií během 90. let dal vzniknout novým metodám vizualizace, do kterých vícerozměrné modelování neodmyslitelně patří (Pravda a Kusendová, 2004).
1.1
3D modelování
Trojrozměrné vizualizace zastavěných oblastí jsou v poslední době velmi populární, efektivně zobrazují velké množství informací pro široký okruh uživatelů, třeba i s velmi malými zkušenostmi v oboru GIS a mapování. Motivace jejich vytváření může být ryze estetická, v mnoha případech je však využití opravdu důležité – často se např. jedná o klíčovou součást krizového řízení. K zásadním oblastem aplikace modelů se nepochybně řadí architektura, prezentace měst a s tím související propagace a turismus. Ukázkou použití může být virtuální procházka po historickém Jeruzalémě (obr. 1). Velký význam má také modelování v oblastech vědy a školství, územního plánování, inženýrství, obchodování s nemovitostmi (myšlenka 3D katastru už není minulostí), komunikací, médií, diplomacie nebo vojenství, navigace, velmi oblíbené jsou vizualizace měst v počítačových hrách. Modelování však může být přínosné i při řešení složitějších problémů (pro demonstraci analýzy šíření GSM nebo GPS signálů) či modelování dosahu povodňové vlny. Třetí rozměr je nutné uvažovat při analýzách šíření hluku, zkoumání znečištění vzduchu (obr. 2) nebo při předpovědi počasí. Rapant (2005) dále uvádí možnosti využití při dokumentaci (archivaci) budov, s tím souvisejícího pozorování diferencí v časových intervalech.
9
Obr. 1. Virtuální model chrámu v Jeruzalémě
Obr. 2. Znečištění vzduchu v Londýně
(UST, 2008)
(London Air Quality Network, 2009)
1.2
Cíle práce
Na trhu je velmi mnoho komerčních i nekomerčních produktů zabývajících se vytvářením a provozováním 3D modelů. Důležitou součástí práce je stručné shrnutí používaných technologií jak pro sběr potřebných dat, generování 3D, tak i pro reprezentaci výsledného obrazu, který může být „ jednodušeÿ vidět na monitoru nebo zobrazen pomocí rozmanitých 3D médií. Důležitým pojmem je i virtuální realita, v práci jsou nastíněny její principy a možnosti. Práce obsahuje i ukázky nejvýznamnějších tvůrců a možností jejich programů, přičemž zvláštní pozornost je věnována v tomto pojetí nejrozšířenější aplikaci Google Earth. Druhá část se věnuje generování 3D modelu univerzitního kampusu v Brně-Bohunicích. Vizualizace je určená pro Ústav výpočetní techniky MU, který také poskytl základní data ve formátu DWG a MDB1 . Chybějící údaje je nutné doplnit pozemním měřením a následně otestovat některé metody tvorby modelů. Cílem je vyzkoušet postupy v oblasti GIS (ArcGIS), CAD (AutoCAD) s následnou konverzí do prostředí virtuální reality (VRML2 ). Další testovanou možností je vytvoření modelu pro Google Earth, pomocí speciální aplikace Google SketchUp a jeho následné uložení do databáze Google 3D Warehouse. Objekty je třeba opatřit pořízenými texturami, případně jinak vykreslit jejich vnější podobu. Nedílnou součástí práce je srovnání použitých metod a jejich vyhodnocení se zjištěnými výhodami i limitacemi.
1 2
ESRI Personal Geodatabase Virtual Reality Modelling Language
10
2 Realizace 3D Výpočetní technika za pomoci 3D grafické karty umožňuje vykreslovat scénu postupným skládáním polygonů, zpravidla trojúhelníků. Mohou být doplněny světelnými, atmosférickými či jinými efekty, příp. texturami pro lepší názornost. Nutno podotknout, že čím složitější povrchy, tím vyšší počet nepravidelných tvarů, tedy i vyšší výpočetní náročnost. Na kvalitu výsledné reprezentace má podstatný vliv obnovovací frekvence grafické karty (Reddy, 2008).
2.1
Reprezentace 3D
O rozdělení dimenzí pojednávají Kraak and Ormeling (2003) – popisují mapy v prostoru 1D (linie – např. vzdálenost), 2D (rovina), 2,5D (rovina se simulací 3D složky), 3D (reálný prostor – 3D složka nejen jako atribut) a 4D (v případě přidání časové proměnné). Definice se zdá jasná, nabízí se však otázka, kolikarozměrná je 3D mapa zobrazená na 2D monitoru? Za 3D formu vizualizace se dají považovat i objekty umístěné ve 2D mapách, např. blokdiagramy, strukturní diagramy, případně i pseudoprostorové objemové kartogramy (Veverka, 2004). Jistou formu 3D reprezentace představují i prostorové grafy v mapě, definují třetí rozměr na základě jiné proměnné (Kaňok, 1999).
2.1.1
Reprezentace 3D v GIS
Jedním ze způsobů znázornění trojrozměrné informace je rastrová 2,5D reprezentace. Příkladem může být DEM3 , kdy má v sobě každý pixel obsaženu informaci o výšce. Problémem však je fakt, že rastr není spojitý a hodnota je vztažena vždy ke konkrétní buňce. Při 3D vektorové reprezentaci nejsou geografické objekty definovány pouze body, liniemi a areály – tyto geometrické elementy se postupně spojují do tzv. prostorově tvarovaných objektů (Kraak and Ormeling, 2003). Loidold (2008) popisuje několik možností trojrozměrné reprezentace objektů – první z nich představuje drátěný mo3
Digital Elevation Model
11
del4 , v němž objekt tvoří systém bodů a jejich spojnic. Model neuvažuje topologické vztahy, hlavní jsou vizuální parametry. Dalším typem je povrchový model5 , využívaný např. v inženýrství. Jedná se o komplex konvexních i nekonvexních povrchů, topologické relace mezi objekty rovněž nejsou definovány. Rastrový 3D model6 představuje pole voxelů (3D pixelů), uvažuje topologické vztahy, má ale nevýhody spojené s podstatou rastrové reprezentace, např. menší přesnost nebo vyšší datová náročnost a s ní související delší doba vykreslování. Další možností je model spojených těles7 , který je sestaven z 3D primitiv (koule, krychle, válce, atp.). Topologie není plně konzistentní, určitou limitaci může znamenat omezené množství 3D elementů. Topologicky nejpropracovanější model je definován pomocí reprezentace hranic8 , v němž 3D body skládají linie a ty tvoří plochy, ze kterých se následně formují obrazy. Model popisuje objekt hierarchicky, vytváří komplexní struktury, je ovšem výpočetně velmi náročný. Při ukládání do databází je důležité, aby objekty obsahovaly jak geometrickou a atributovou, tak i topologickou složku. U trojrozměrné reprezentace by měla být z souřadnice součástí geometrie, nikoliv jen položkou v atributové tabulce. Topologickou informaci o objektech je ve 3D poměrně komplikované zakomponovat, prostorové objekty jsou komplexnější, vyžadují tedy adekvátní technické vybavení (Loidold, 2008).
2.2
Kartografie a 3D modelování
Oproti jiným odvětvím 3D grafického znázorňování má kartografické modelování jistá specifika. Především se jedná o uvažování geografických souřadnic, resp. vlivu zemského zakřivení, jenž se projevuje především při vizualizacích menšího měřítka. 3D reprezentace může být považována za mapu v případě, že jsou dodrženy některé zásady, platné pro 2D mapování. V první řadě musí být každý objekt definován polohou v daném souřadnicovém systému, ta je uživateli dostupná. Důležité je odstranění deformací a zkreslení, také symbolika musí být vhodně zvolená, aby efektivně přenášela požadovanou informaci k uživateli, a v neposlední řadě hraje roli vhodně řešená generalizace, určující úroveň podrobnosti. Na rozdíl od tradičních rovinných map však ještě nebyly pro tvorbu 3D modelů obecné zásady dostatečně prověřeny časem. Mezery jsou především v oblasti definování symboliky, protože stejně jako tradiční mapy mohou i trojrozměrné vizualizace přenášet informace v reálném světě ne zcela zřejmé a nemusí se omezit „pouzeÿ na skutečný model. Prospěšné by bylo vytvoření legendy, jakož i symbolů pro různé úrovně podrobnosti a odpovídající stupeň generali4
z z 6 z 7 z 8 z 5
angl. angl. angl. angl. angl.
Wire frames Surface model Cell model Constructive solid geometry Boundary representations
12
zace. Příkladem je obr. 3, kde je zobrazen symbol pro kostel ve čtyřech úrovních detailu (Voženílek, 2005).
Obr. 3. Ukázka 3D symbolu pro kostel ve čtyřech úrovních detailu (Voženílek, 2005)
2.3
Pořizování 3D dat
Metoda pro získání dat vhodných pro tvorbu 3D se volí vždy podle konkrétního zpracování a účelu. Mezi nejčastěji využívané patří užití DPZ a s ním související fotogrammetrické zpracování. Patří do bezkontaktních metod, je zapotřebí vyhodnocení minimálně dvou snímků, které jsou stereoskopicky zpracovány. Jinou možností je využití techniky radarové interferometrie, kdy je kromě intenzitní složky aktivního záření sledována i složka fázová, která představuje údaj o vzdálenosti objektu v dané chvíli. V případě měření s odpovídajícím detailem a při uvažování přesných parametrů i konstant je možné dosáhnout velmi dobrých výsledků. Metod určení výškové proměnné z dat pořízených z leteckých nebo satelitních snímků je více, mj. analýza délky stínu. Dalším způsobem sběru dat bývá pozemní měření a šetření. Zpravidla se jedná o měření jak tradičními geodetickými pomůckami (např. optickým nivelačním přístrojem), tak těmi modernějšími, digitálními. K nejrozšířenějším digitálním přístrojům pozemního mapování náleží GPS zařízení, totální stanice nebo laserscannery (Kraak and Ormeling, 2003; Loidold, 2008). Právě laserové skenování se v posledních letech stává stále oblíbenějším způsobem velmi přesného měření (obr. 4). Jedná se o bezkontaktní aktivní 3D skener. Výsledkem je mračno na sobě nezávislých bodů, které je nutno pomocí speciálních algoritmů zbavit odlehlých bodů a upravit do spojité geometrie. Zařízení může být pozemní, umístěné na letadlovém nosiči, ale také připevněné ke speciálnímu automobilu, které mapuje za jízdy (obr. 5). Dalšími možnostmi získání digitálních dat může být digitalizace existujících zdrojů (např. výškových dat) nebo extrakce z popisných dat. Běžnou praxí však není užití pouze jediné metody, velice výhodné je způsoby kombinovat a doplňovat. Velká šance získání dobrých výsledků 3D modelu je např. při 13
Obr. 4. Ukázka výstupu laserového skeneru –
Obr. 5. Street Mapper – mapování pohybujícím se vozidlem (3DLM, 2008)
skotské obydlí (WVVEL, 2007)
namapování orthofotomapy na výškový model terénu, doplněný o vizualizace budov podle laserových profilových dat a pro větší atraktivnost opatřený fotorealistickými texturami.
2.4
Nástroje pro tvorbu a vizualizaci 3D
V současné době existuje mnoho nástrojů vytvářejících trojrozměrné modely. V oblasti reprezentace budov a zastavěných oblastí se nejčastěji jedná o aplikace využívané v architektuře, avšak po jejich upravení jsou velmi dobře implementovatelné i do GIS. Obecně by systémy pro tvorbu 3D modelů měly podporovat několik funkcí. Tou nejdůležitější je 3D zobrazování objektů. Základní úlohou může být vizualizace DEM, pokrytého nejrůznějšími georeferencovanými rastrovými vrstvami, jako např. mapovými obrazy, satelitními nebo leteckými snímky, a to umístěnými jak lokálně, tak přes vzdálený server. Takový 3D nástroj by měl také podporovat interaktivní navigaci, např. přehledné ovládání v rámcích, a možnost manipulace s 3D symboly v přídavných vrstvách, resp. samu možnost uvažování dalších vrstev. Symboly je možné vytvořit použitím 3D modelovacího nástroje nebo ho importovat z jiného GIS zdroje, příp. 3D grafického formátu. Pro oblast GIS jsou velmi důležité povrchové analýzy, ať už řešení výpočtů, jako svažitosti nebo orientace, tak znázornění 3D bufferů nebo překryvů. Využitelné jsou i prostorové simulace jevů, které nelze realizovat v rovině, např. modelování difúze teplého vzduchu v místnosti. Populární jsou také možnosti vytváření pohledů z různých částí scény, příp. záznam přeletu s následným exportem do standardizovaného videoformátu (Reddy, 2008). Většina GIS a mapovacích produktů nabízí jistou formu 3D vizualizace. Většinou se jedná o promítání dat na DEM, nepravidelné trojúhelníkové sítě nebo extrudování objektů na základě výšek; některé umožňují i přichycení textur. Zástupce nejrobustnějších aplikací představují Intergraph GeoMedia, MapInfo Professional, Bentley MicroStation (obr. 6), Autodesk AutoCAD Map 3D, ESRI ArcGIS, GE Energy 14
Smallworld GIS, Leica Geosystems ERDAS Imagine (obr. 7) a další. Některé technologie nabízí specializované extenze pro detailnější zobrazovací techniky a analýzy (ArcGlobe, ArcScene, ArcGIS 3D Analyst). Rozšířeným modelovacím prostředkem je i SiteBuilder 3D od Placeways, umožňuje umisťovat textury z obrázků nebo přednastavené materiály. Podporuje navigaci ze vzduchu, po silnici nebo chodníku, do scény je možné umístit též přírodní jevy, jako mraky či mlhu. Neopomenutelnou úlohu zastupují CAD technologie, jako je Autodesk 3D Studio, příp. AutoCAD. Mnoho výrobců nabízí specializovaná rozšíření známých softwarů (Stereo Analyst pro ArcGIS od Leica Geosystems), velký důraz je v současné době kladen na webové aplikace, viz Google Earth s modelovací aplikací SketchUp (Engelhardt, 2004; Reddy, 2008).
Obr. 6. Vizualizace zástavby v prostředí
Obr. 7. 3D zástavba – ERDAS ext. Stereo
Microstation (Sistema CAD, 2008)
Analyst (Hopkins et al., 2001)
K usnadnění práce s tvorbou 3D modelů jsou vyvíjena i speciální zařízení hardwarová. Užitečným nástrojem je např. 3D myš, která je lépe přizpůsobená pro pohyb v prostoru, plně kompatibilní nejen s ESRI ArcGIS (Geobusiness, 2007).
2.5
Přenos 3D dat
Vykreslování 3D se řídí obecnými standardy, které specifikují rozhraní pro tvorbu grafických aplikací. Konsorcium ARB9 dalo vzniknout průmyslovému rozhraní OpenGL, které nezávisle na platformě zobrazuje a urychluje realtime 3D vizualizaci. Dalším otevřeným standardem pro tvorbu objektů ve 3D světě je VRML, který se využívá např. v aplikacích virtuální reality; pomocí extenze GeoVRML lze objektům přiřazovat geografické souřadnice geodetické nebo geocentrické. Jeho nástupcem se později stal otevřený webový standard X3D, jenž pro lepší integraci s moderními webovými technologiemi využívá syntaxe XML. Další, na platformě nezávislý, plně objektově orientovaný standard nese název Java3D – jak sám název napovídá, je závislý na programování v jazyce JAVA (Loidold, 2008). 9
Architecture Review Board
15
Grafických formátů, které zabezpečují 3D komunikaci, je bezpočet. V době masivního přenosu dat přes Internet je nutné, aby přenosová a přístupová rychlost byla co nejvyšší, při transportu paketů musí být rovněž vyřešena průchodnost porty i serverové architektury. V rámci přenosů kartografických informací se jedná např. o GML, SVG, X3D, Java3D, MPEG-4 (Ottoson, 2005). Jak GML (OpenGIS Consortium), tak i pozdější KML10 (Google) jsou založeny na XML. Kromě uvedených je nutné zmínit často užívané GIS formáty SHP firmy ESRI, DXF společnosti Autodesk nebo standardy TAB od Mapinfo. Většina 3D GIS aplikací podporuje import formátů i bez informace o geografických souřadnicích, objekty do nich však musí být místěny manuálně – např. 3DS11 nebo FLT12 (Reddy, 2008). Samozřejmostí jsou exporty do tradičních obrazových (nejčastěji rastrových) nebo videoformátů. Značné usnadnění v oblasti exportu 3D scén představuje formát 3D PDF. Jde o prvek klasického formátu firmy Arcobat, funkční od verze 7.07 a vyšší. Uživatel sám může editovat vlastnosti výkresu (osvětlení, textury, materiály), případně dále animovat (Adobe, 2009).
2.6
Metody 3D zobrazování
Způsoby prezentace výsledného modelu se neomezují pouze na vizualizaci na klasickém monitoru počítače. Existuje mnoho možností, jak zdůraznit efekt třetího rozměru.
Obr. 8. LCD monitor s 3D polohovým ovladačem (Promicra, 2006)
Speciální úpravou běžných LCD monitorů vznikla technologie 3D LCD. V případě, že jsou uživatelovy oči vůči monitoru ve správné poloze, vidí každé oko (skrze 10
Keyhole Markup Language 3D Studio 12 Open Flight 11
16
speciální paralaxový filtr nebo optické čočky) jiný z dvojice pixelů – vzniká tak 3D dojem (Review Spring, 2008). Na obr. 8 je vidět 3D LCD monitor i s 3D polohovým ovladačem, který slouží k manipulaci modelu v prostoru. Zařízení Perspecta je jedním ze zástupců 3D objemových displejů (obr. 9) – vypadá jako křišťálová koule. Obsahuje miliony prostorových pixelů (voxelů), lze jej připojit k počítači a jeho prostřednictvím je možné bez jakýchkoliv brýlí pozorovat 3D data z libovolného směru (Favalora et al., 2002). Na principu laserových paprsků převádí obraz z počítače (či jiného zdroje) do prostoru přístroj Heliodisplay (obr. 10). Díky použité technologii je toto drahé zařízení možné používat i jako ovládací prvek (IO2 Technology, 2008).
Obr. 10. Laserová projekce Heliodisplay (IO2
Obr. 9. 3D display Perspecta (3DCGI, 2009)
Technology, 2008)
Velmi atraktivní technikou znázornění prostorového obrazu je holografie, užívaná širokým spektrem oborů. Kromě intenzity paprsku (fotografie) zaznamenává navíc i fázi světla odraženého od předmětu – 3D znázornění na 2D nosiči se tedy mění podle úhlu pohledu (Wikipedia, 2009). Stereoskopický efekt využívá vizualizace trojrozměrných dat za pomoci speciálních 3D brýlí, které s vysokou frekvencí zatemňují střídavě levé a pravé oko. Ve stejné chvíli vysokofrekvenční monitor vysílá synchronizovaně obraz pro právě nezakryté oko, čímž vzniká velmi reálný 3D dojem. Princip anaglyfu spočívá rovněž ve stereoskopii, kdy jsou k dispozici dva záběry jedné scény. Využívá však rozložení obrazu pro levé a pravé oko na barevné složky (často červenou a tyrkysovou), které jsou odlišeny pomocí speciálních brýlí.
17
Odlišnou technologií zobrazení 3D dat je „hmotnáÿ reprezentace XenoVision Mark III (obr. 11). 3D obraz je tvořen na stole pokrytém hustým polem miniaturních jehliček. Jejich vytahováním se skrze speciální látku formuje prostorový model, na který se promítá obraz (Directions Magazine, 2004). V nedávné době se na trhu objevilo několik modelů 3D tiskáren, které dokážou z 3D dat vytvořit model, nejčastěji z polyamidů, polystyrenu, ale např. i z kovových materiálů (Štefek, 2007). Na obr. 12 je ukázka modelu domu v měřítku 1 : 250.
Obr. 11. 3D stůl XenoVision Mark III
Obr. 12. Ukázka technologie 3D tisku
(Directions Magazine, 2004)
(PKModel, 2008)
Příkladem 3D reprezentace mohou být i plastické mapy, vznikající nahříváním a následným tvarováním plastové hmoty; využívají se hojně ke znázornění reliéfu. Speciálním druhem jsou také tyflografické mapy, které pomáhají nevidomým k orientaci v terénu, zatím bohužel jen v centrech některých měst.
2.7
Virtuální realita
Vytváření virtuálních prostředí slouží rovněž k vytvoření efektu 3D světa, je však jeho vyšším stupněm – charakteristickou součástí virtuálního modelování je interakce objektů s uživatelem pomocí jeho lidských smyslů, to vše v reálném čase. Simulace reálného či imaginárního prostředí je obohacena mnoha způsoby zpětné vazby, jako např. reakcí na hlas, dotykem, pohybem očí, intenzitou dechu nebo srdečním rytmem. Potenciálně tedy může virtuální realita obsahovat více informací než realita „obyčejnáÿ, důležité je ovšem zdůraznit, že virtuální realita produkuje pohledy realistické, nikoli však autentické. Dobrým příkladem těchto prostředí může být užití v počítačových hrách; na tomto poli se děje i podstatná část rozvoje této technologie (Voženílek, 2005). Herní systémy jsou často převáděny i do sekundárních aplikací, nazývají se 3D enginy a jsou to obecně prostředky zobrazující 3D scény a umožňují pohyb v nich. Na rozdíl od grafických API13 podporují i programování grafických aplikací, které nepracují pouze 13
Application Programming Interface
18
s polygony a vrcholy, ale s objekty (Sághy, 2007). Slocum et al. (2000) definuje čtyři faktory nutné k vytvoření geovirtuálního prostředí. Prvním je vnoření14 – určuje, jakým způsobem je uživatel s prostředím spjat. Metody sloužící k ovládání vytvářeného světa definuje interaktivita15 . Dalším faktorem je intenzita informace16 , poskytující povědomí o úrovni detailu, a nakonec samotná inteligence objektů17 . Tyto 3D grafické dynamické světy jsou popisovány pomocí speciálních jazyků. Nejznámější je na platformě nezávislý standard VRML, jehož pomocí jsou dynamické interaktivní 3D scény vykresleny, navíc aplikovatelné v prostředí Internetu. Alternativou využití virtuálních technologií v kartografii můžou být systémy rozšířené reality. V tomto případě je virtuální a reálná složka spojena do jednoho prostředí, které je zobrazeno uživateli. Nejčastěji jde o průhledný display, kde jsou kombinovány informace reálné s digitální složkou, přicházející z počítače (Neves, 2008).
2.8
Dosavadní poznatky a aplikace
Výzkumem 3D grafiky a modelováním prostorových scén se zabývá velmi mnoho institucí i jednotlivců. Některá řešení dosahují velmi zdařilých výsledků, aplikace jsou hojně využívané v řadě oblastí lidských činností. Na trh se dostávají i produkty gigantů světové ekonomiky, které jsou zdarma dostupné pro obrovská množství lidí, a vytváří tak standardy globální kartografie. Ani domácí tvorba však nezůstává pozadu, mnoho produktů dosahuje vysokého statusu i za hranicemi naší země. K významným zástupcům českých producentů nejen 3D modelů nepochybně patří brněnská firma Geodis. Zabývá se stereoskopickým vyhodnocováním vlastních leteckých snímků; přesná data také zaměřuje pomocí laserových skenerů, užívá však i další techniky 3D modelování (např. termovize pro mapování teplovodů). Vytváří modely měst různých podrobností, nejčastěji modely historických center, do nich umísťuje indexové body, k nimž přiřazuje multimediální informace (fotografie, videa, textové dokumenty). Pilotní aplikací je sada programů GeoShow 3D (obr. 13), umožňuje virtuálně pracovat s 3D daty, možná je i integrace GPS signálu (Geodis, 2008a). Na vysokoškolské půdě je velmi oblíbeným tématem modelování univerzitních areálů. Ukázkou může být tvorba areálu VŠB – Technické univerzity Ostrava pomocí dvojice leteckých snímků v prostředí ERDAS Imagine (Slováček, 2002). Kratochvíl (2006) vytvořil pomocí CAD aplikací model Elektrotechnické fakulty ČVUT v Praze-Dejvicích. Objekt je virtuální, uvažuje i detailní objekty jako odpadkové koše, křesla nebo nápojové automaty. Aplikace je vhodná pro orientaci v areálu, dokonce 14
z z 16 z 17 z 15
angl. angl. angl. angl.
Immersion Interactivity Information Intensity Inteligence of Objects
19
Obr. 13. Simulace veřejných staveb v prostředí GeoShow 3D (Geodis, 2008b)
i pro jednoduché analýzy, jako určení nejkratší cesty mezi dvěma místy nebo měření vzdáleností. Areál Západočeské univerzity v lokalitě Borská pole byl vymodelován z leteckých fotogrammetrických snímků, práce se zabývá možnostmi tvorby a úpravou textur. Výsledky jsou prezentovány v aplikaci VirtualGIS s následným exportem do VRML scény, optimalizované pro prohlížení v internetu (Olivík, 2003). Na práci navazuje Špicelová (2007a), která výsledný formát VRML různými způsoby konvertuje do KML (obr. 14), ukazuje též možné cesty konverze ESRI SHP do KML. Brněnské centrum, včetně rektorátu MU, modeluje Podhrázský (2006). Využívá taktéž technologie VRML, vytváří online aplikaci, sloužící ke generování virtuálních scén.
Obr. 14. Areál ZČU Borská pole – zobrazení v Google Earth (Špicelová, 2007b)
20
Zajímavým projektem je virtuální model Zámeckého divadla v Českém Krumlově, vznikající ve spolupráci s Laboratoří fotogrammetrie Fakulty Stavební ČVUT. Cílem je vytvoření prostorového informačního systému objektu barokního divadla. Výsledek CAD modelování je prezentován přes webové rozhraní pomocí Cortona VRML klienta nebo speciální Java apikace (Mlavec a Voldán, 2009). Existuje velké množství modelů světových center, ta největší a nejzajímavější sdružují webové rozcestníky. Jedním takovým je Virtual Terrain Project, jedná se o sadu volně šiřitelných a opensource aplikací a knihoven. VTP konkrétně představuje 3 programy, které určitým způsobem generují trojrozměrné modely. Na serveru je dále možné najít velmi mnoho informací ohledně tvorby, správy, přenosů 3D modelů, knihoven materiálů, příkladů 3D generujících aplikací a bezpočet odkazovaných konkrétních modelů měst (VTP, 2009). Pro ilustraci lze uvést australský model Melbourne (obr. 15) nebo 3D vizualizace Říma (obr. 16).
Obr. 15. 3D model Melbourne (AAMHatch, 2009)
Obr. 16. 3D vizualizace Říma (Doveviaggio, 2008)
Zajímavým projektem je i Digital Egypt. Slouží pro výukové účely a snaží se pomocí mnoha audiovizuálních prezentací trojrozměrně rekonstruovat památky starověké egyptské kultury. Dochované památky dokumentuje, ty částečně nebo i úplně zničené simuluje. Projekt obsahuje mnoho textových i obrazových materiálů, rekonstrukce jsou vizualizované pomocí VRML (Grajetzki and Shiode, 2003). Obr. 17 znázorňuje pravděpodobnou podobu chrámu Thutmose IV. v Thébách. Technologie firmy Skyline zabírají v oboru mapování větší prostor; jde především o produkty Skyline Globe a Terra Explorer. První z nich zobrazuje výhradně území USA s podrobnými 3D modely, navíc je možné sledovat aktuální tematiku (počasí) nebo sdílet informace s ostatními uživateli (obr. 18). Terra Explorer je globální aplikací, zobrazuje na modelu terénu družicové a satelitní snímky, na nich 3D budovy. V pokročilejších verzích je dokonce možné objekty vytvářet a publikovat (SkylineGlobe, 2008). Pomocí prohlížečky Terra Explorer je rovněž možné prohlížet 3D model Moravskoslezského kraje – výškový model terénu je pokryt orthofotosnímky a vybrané významné budovy vymodelovány trojrozměrně (Moravskoslezský kraj, 2008). Z dílny NASA pochází další globální produkt World Wind – jedná se o virtuální 21
Obr. 17. Vizualizace chrámu v Thébách
Obr. 18. Prostředí aplikace Skyline Globe
(Digital Egypt, 2003)
globus, pokrytý satelitními a leteckými snímky, rovněž disponuje trojrozměrnými vizualizacemi, je volně šiřitelný, navíc opensource. Neomezuje se však pouze na zemský povrch, zobrazuje i povrchy dalších těles sluneční soustavy (NASA, 2008). Největším konkurentem předešlé aplikace je bezesporu Google Earth, v mnoha ohledech je však jeho technologie vyspělejší. Poskytuje mapu celého zemského povrchu tvořenou leteckými a satelitními snímky umístěnými na 3D modelu terénu. Dovoluje připojení různorodých geografických i jiných dat, součástí je časová linka pro přehrávání změn. V oblasti 3D modelování má nemalou výhodu: 3D vizualizace mohou totiž vytvářet i přidávat sami uživatelé, čímž se databáze objektů poměrně rychle zaplňuje.
Obr. 19. Capitol v Denveru (Virtual Earth)
Obr. 20. Capitol v Denveru (Google Earth)
(Taylor, 2007)
(Taylor, 2007)
V oblasti 3D reprezentace nechce zůstávat pozadu ani řešení společnosti Microsoft se svým produktem Virtual Earth. Narozdíl od Google Earth nefunguje jako samostatná aplikace, ale v rámci mapového portálu maps.live.com jako OCX18 v Internet Explorer. Obsah je stálý, možnost zobrazení vlastních dat však chybí. 3D modely měst jsou na vysoké úrovni, dokonce podporují perspektivní pohledy, nevýhodou je však bohužel fakt, že trojrozměrná města se omezují pouze na území USA a několika dalších 18
Object Linking and Embedding Control Extension
22
světových metropolí (Microsoft Virtual Earth, 2009). Při srovnání shodných pohledů ve Virtual Earth (obr. 19) i Google Earth (obr. 20) ukazuje větší kvalitu i atraktivnost provedení společnosti Google. Důležité je ovšem poznamenat, že srovnání je subjektivní, tyto způsoby vizualizace nejsou korektně porovnatelné. Zdrojem modelů v Google Earth jsou uživatelé široké veřejnosti, oproti Virutal Earth, kam je smí přidávat pouze společnost Microsoft. Velmi zajímavé jsou i aplikace na úrovni domácích regionů. Netradiční GIS tvoří plastická mapa Valašska-Hornovsacka s různorodými tematickými vrstvami. Atraktivnějšími je činí spojení s pohledovými a panoramatickými mapami. (Plastické mapy, 2009). 3D vizualizace mohou být demonstrovány i velmi populární formou, pomocí anaglyfu. Dokladem je výuková prezentace zastavěných oblastí ze špiónských družic, užitím speciálních brýlí je patrný trojrozměrný obraz zástavby (Dušek, 2004). Technikou mapování měst pomocí automobilu se podrobněji zabývají Früh and Zakhor (2004). Vyvíjí speciální automatické metody pro mobilní mapování, kdy je projíždějící nosič vybaven jednou kamerou a dvěma cenově dostupnými rychlými 2D laserovými skenery, z nichž jeden snímá horizontální a druhý vertikální složku. O využití LiDaRu19 pomocí DPZ pojednává Smith (2003). Mapuje území britského Southhamptonu, avšak využívá metody segmentace obrazu, tzn. při zpracování nepracuje s jednotlivými pixely, nýbrž se shluky obrazových bodů podobných vlastností. Modely kombinuje s výškovými daty a následně vizualizuje. Velkým problémem při tvorbě 3D modelů zástavby představují střechy. Jejich provedení většinou bývá nepravidelné, jsou vyrobeny odlišnými technologiemi a z různých materiálů. Brenner (2000) popisuje způsob, jak střechy rozdělit na typy, z podrobných leteckých snímků extrahovat jejich skeleton (reálné nosné konstrukce) a za pomoci segmentace vytvořit reálný topologický model. Odstraněním stínů z velmi vysokých budov na orthofotosnímcích se zabývá Zhou and Kelmelis (2007). Vytváří algoritmus odstraňující nejen tyto stíny, ale i vzniklé okluze, zapřičiněné úhlem snímání, a dodatečně upravuje polohu 3D objektů. Mnohem realističtější jsou pro lidské vnímání modely opatřené fotorealistickými texturami. Jejich plně automatickým generováním a přichycením se zabývá Tsai et al. (2006): jsou pořízeny překrývající se textury a z nich je vytvořena celistvá vrstva. Systém detekuje společné a jiné významné body, stíny a cizí objekty, interpolací se vytvoří optimalizované realistické textury, následně se lineární transformací namapují na model a výsledky se statisticky otestují. Ani oblasti 3D modelování se nevyhýbá potřeba upravovat množství a povahu zobrazovaných dat podle měřítka. Větší počet objektů zvyšuje dobu vykreslování, příp. znemožňuje zobrazení na malých displejích. Kada (2005) popisuje využití generalizace v 3D prostoru, založené na výběru podstatných prvků, shlukování, zjednodušování 19
Light Detection and Ranging
23
jejich geometrií, zajišťování pravoúhlostí či rovnoběžností a stanovení jejich minimálních velikostí. Následně řeší problém potenciálních překryvů a úpravu polohy objektů. Reddy (2008) uvažuje problém vykreslování rozsáhlých dat podle úrovně detailu. Z důvodu vyšší výpočetní náročnosti a snížené interaktivity při větším oddálení scény popisuje optimalizační techniky pohledové redukce. Zde nejsou uvažovány objekty, které nejsou v daném pohledu vidět nebo jsou vytvořeny diskrétní úrovně detailu, jež 3D objekty vykreslují generalizovaně s různou podrobností a podle stupně přiblížení redukují množství přenesených informací. Existuje i mnoho automatických nástrojů pro vytváření samotných 3D symbolů v různých úrovních detailu. Příkladem může být Tree Designer, který vytváří 3D symboly stromů různých druhů v různých ročních obdobích, a tvoří tak virtuální lesy (Slocum et al., 2005).
24
3 Modelování UKB Ve spolupráci s Ústavem výpočetní techniky MU měl být vytvořen model do této doby vystavěných částí univerzitního kampusu v Brně-Bohunicích, konkrétně zpracování Morfologického centra, areálu Medipo, Ilbit a „Modré etapyÿ. Modelovaný areál se nachází na brněnské periferii v těsném spojení s fakultní nemocnicí, v oblasti s vysokým stavebním potenciálem. Skládá se z rozmanitých terénních nerovností i budov specifického architektonického stylu. Část podkladů potřebných pro tvorbu poskytla Masarykova univerzita, vizualizace byla pak primárně určena pro její provozní a reprezentační účely. Obr. 21 představuje dva fyzické modely předpokládané podoby celého kampusu, umístěné ve vstupní budově (a) a v koridoru propojujícím celý kampus (b).
(a)
(b)
Obr. 21. Existující fyzické modely projektu celého univerzitního kampusu
3.1
Zdrojová data
Podstatný faktor kvality výsledného modelu představuje kvalita použitých dat. Pro tuto práci byla použita data z různých zdrojů, u nosných prvků modelu byl však kladen důraz na přesnost v řádu jednotek centimetrů. Využito bylo výkresů dokumentace k výstavbě ve formátu DWG, dat stavebního pasportu MU, převedených do geodatabází MDB, výsledků měření totální stanicí nebo pásmem a v neposlední řadě pozemního šetření.
25
3.1.1
Data poskytnutá ÚVT
K nejdůležitějším podkladovým datům, díky nimž vznikl terén a obklopující budovy, byly DWG soubory (pohledové, půdorysné, řezové). Vznikly z potřeby dokumentace skutečného provedení stavby nebo dokumentace pasportní. Nedílnou součást tvoří také geometrický plán pro vyznačení budov a rozdělení pozemků. Příklad nezpracované syntézy DWG souborů je uveden na obr. 22, viditelné je značné množství prvků, které detailně popisují podobu skutečnosti. Jako další skupina dat sloužily podklady budov ve formátu MDB, které vznikly v roce 2004 z technických výkresů při příležitosti pořizování stavebního pasportu nemovitého majetku MU. 3D budovy se skládají ze tří komponent: konstrukcí (svislé, vodorovné, šikmé), otvorů a výplní (dveřní, okenní nebo schodišťové). Data nejsou určena primárně k tvoření 3D modelů budov, ukázala se však pro účely práce dostačující. Mnoho elementů bylo nutno – z důvodu vytvoření rovnováhy mezi podrobností a výpočetní náročností – odstranit či zjednodušit. Možností využití dat stavebního pasportu MU pro vytváření 3D modelů budov se zabývá i Hanušová (2007), rozšiřuje datový model o 3D geometrie a navrhuje pro tento postup poloautomatické zpracování.
Obr. 22. Ukázka dat poskytnutých UVT – DWG dokumentace o provedení stavby
26
3.1.2
Data dodatečně měřená
Vzhledem k faktu, že dodaná data nebyla dostupná v potřebném rozsahu pro všechny etapy, bylo třeba chybějící části doměřit. To bylo provedeno z největší části za pomoci totální stanice Topcon GPT-9003M, pro méně přístupné objekty byly použity techniky měření pásmem. Nejdůležitější cíle měření představovaly bodové objekty (stromy, lavičky, apod.) a terén, obklopující zástavby. Celkem bylo zaměřeno 96 bodů, se ziskem jak polohopisné, tak výškopisné složky lokalizace. Měřené body představovaly zpravidla umístění bodového objektu, v případě terénu byla vybrána místa, která zachycovala výraznější změny v průběhu. Způsob měření byl z největší části volen užitím odrazového hranolu, kterému byla podle potřeby nastavována výška nad povrchem země – tímto bylo docíleno zaměření i hůře viditelných míst. V nedostupných místech našla využití také metoda měření bez hranolu – Direct Reflex. Vykazuje sice nižší přesnost, ukázala se však výhodná pro měření objektů v nedosažitelných výškách. Pro měření potřebných bodů bylo zvoleno dvou stanovisek označených pod čísly 4001 a 4003. Hodnoty 1-7 byly využity k pojmenování bodů o známých souřadnicích (získaných z dokumentace ke stavbě), které byly použity k určení polohy stanovisek. Jednalo se o velmi přesně lokalizovatelné body, zpravidla rohy budov. Ke stanovisku 4001 náležely naměřené body 10-52, ke stanovisku 4003 body označené čísly 100-140. Celková situace je nastíněna na obr. 23, kde jsou červeně označená stanoviska a oranžově ostatní měřené body. Zaměřené a následně zpracované bodové pole bylo roztříděno a přidáno k původní dokumentaci.
3.2
Modelování terénu
Prvním úkolem samotné tvorby bylo vymodelování okolního terénu; konkrétně šlo o model povrchu, jeho rozdělení do tříd, vytvoření vektorových opor (schody, zídky, atd.) a přidání bodových symbolů. Vše bylo z důvodu snadné interoperability vytvářeno s ohledem na předem stanovený souřadnicový systém JTSK, a to v prostředí produktů ArcGIS firmy ESRI (aplikace – mapovací ArcMap, souborná ArcCatalog a vizualizační ArcScene).
3.2.1
Získání informací z dostupných dat
Některá data bylo kvůli jejich nevhodnému souřadnicovému systému, nutné transformovat do S-JTSK. Dělo se tak přepočítáním souřadnic podle jasně definovatelných objektů o známých souřadnicích. Důležitá byla také konfrontace dat mezi sebou, jelikož se v několika případech stalo, že byla rozdílná, a vznikaly tak odchylky v řádu až několika desítek cm. Problém byl řešen průměrováním příslušných souřadnic, příp. vztažením k objektům s jasnou lokalizací. 27
Obr. 23. Vizualizace zaměřených bodů (oranžová) a použitých stanovisek (červená) Protože dodaná data poskytovala nadbytečné množství informací, bylo je nutné extrahovat s ohledem na účely tohoto modelování. V softwaru AutoCAD firmy Autodesk byly tedy vybrány potřebné vrstvy (hladiny), které byly časově náročným procesem rozřazeny do předem určených tříd povrchů a objektů. Linie byly kvůli jednoduššímu převodu do ArcGIS sjednoceny do křivek (sjednocení elementů se společnými hraničními body). V konkrétním případě se jednalo o úsečky, jejichž spojením mohl objekty ArcGIS interpretovat jako polygony, nikoliv jen jako diskrétní linie. V mnoha případech se objevil problém, že linie navazovaly pouze zdánlivě, při větším přiblížení však dotyk nebyl úplný, a nemohl tak vzniknout uzavřený polygon. Všechny tyto nespojitosti bylo zapotřebí odstranit, vzhledem k nezřetelným místům přerušení šlo o poměrně zdlouhavý proces. Z vytříděných objektů byly vytvořeny polygony a spolu s bodovými symboly převedeny do jednotlivých Feature Class.
28
3.2.2
Tvorba modelu terénu
Z důvodu rozmanité vertikální členitosti bylo modelované území rozděleno na pět částí, z nichž byla každá modelována zvlášť. Coby nejvhodnější reprezentace terénu sloužila síť nepravidelných trojúhelníků TIN20 . Způsoby tvorby TINů se odvíjely individuálně podle lokální povahy terénu. Zpravidla byl ale tvořen z bodového pole 3D Feature Class, s přidáním liniových vrstev – bylo tím docíleno např. rovného průběhu silnic. Vytvořené TINy byly oříznuty podle hranic jednotlivých částí a následně vizualizovány (obr. 24). Povrchy po vytvoření vždy obsahovaly nepřesnosti, které bylo nutné dodatečně opravit, důležité je však podotknout, že nástroje pro editaci TINů v prostředí ArcGIS nejsou zcela intuitivní.
Obr. 24. Vizualizace vytvořených TINů Dalším úkolem bylo tyto povrchy rozřadit do jednotlivých tříd, vyjadřujících povrchy. Jedním z možných způsobů je vytvořeným polygonovým objektům jednoduše přiřadit výšky vzniklých TINů, jako výhodnější postup se však ukázalo vytvoření nových TINů, a to ořezáním původních podle polygonů. V druhém případě totiž obsahuje výšky celý povrch, nikoliv jen jednotlivé vertexy. Tímto ořezáním vznikly TINy pro třídy: • asfaltové povrchy [asfalt tinx] • zámková dlažba [zamkovka tinx] • plechové konstrukce [plech tinx]
• pěšiny [pesiny tinx]
• mechanicky zpevněné kamenivo [mzk tinx]
• křoviny [kere tinx]
• dlažba [dlazba tinx]
• vodorovné značení na silnicích [parkovaci pruhy tinx; silnicni pruhy tinx]
• štěrk [sterk tinx] • trávník [trava tinx] 20
• mříže [mrize tinx]
Triangulated Irregular Network
29
Vytvořené povrchy bylo nutné následně přiblížit co nejvěrněji realitě. Pro potřeby modelu byl zvolen způsob potažení objektů texturami, zpravidla fotorealistickými. Pro textury byly použity buď povrchy z knihoven materiálů společnosti Autodesk, nebo speciálně vytvořené pomocí grafického editoru, ve snaze vytvořit textury, splňující základní předpoklady, a to co nejmenší velikost a bezešvost. Tyto dvě podmínky se podařilo splnit, ukázalo se však, že rastry s větší texturou (vnitřní proměnlivostí) zobrazují při větším oddálení pravidelnou strukturu, která může působit nehomogenně. Tento efekt je rušivý pouze minimálně a při splněné podmínce použití textur s co nejmenší datovou velikostí je zanedbatelný. Obr. 25 zobrazuje příklady použití jednotlivých textur, pro výsledný efekt je důležité i upravení nastavení, zejména průhledností a typu stínování.
(a)
(b)
Obr. 25. Ukázky použitých textur – mechanicky zpevněné kamenivo, dlažba, štěrk, trávník (a); pěšiny, mulčovací kůra pod křovinami, mříže, trávník (b)
3.2.3
Modelování vektorových opor
Vektorovými oporami se zjednodušeně rozumí objekty sloužící k prostorovému spojení povrchů – jsou to tedy stavby vyjádřené vektorově, nenáležející však třídě budov. Výsledkem jsou objekty zídek a gabionů, venkovních schodišť, zábradlí a střech nad vjezdy do garáží. Použito bylo 3D Feature Class geometrií, u nichž byla každému vertexu přiřazena hodnota z souřadnice, představující nadmořskou výšku horní části objektu. V atributové tabulce byla pro jednotlivé segmenty zadána základní výška (nadmořská výška spodní části objektu) a pomocí funkce Extrude vytvořena 3D vizualizace. Princip této funkce spočívá v doplnění třetí souřadnice zadané velikosti rovinnému polygonu. Obr. 26 zobrazuje výsledky vizualizací vektorových opor, u nichž bylo kromě konstrukce zábradlí využito právě tohoto efektu. Liniové části zábradlí jsou tvořeny liniovou Feature Class, která je jednoduše použita dvakrát s rozdílnou základní výškou. 30
(a)
(b)
Obr. 26. Ukázky vektorových opor – střešní konstrukce, gabiony se zábradlím (a); schodiště (b)
3.2.4
Tvorba bodových objektů
Bodové objekty se v tomto zpracování vyznačují značnou rozmanitostí. Společným základem je jejich poloha přímo na zemském povrchu, což usnadňuje lokalizaci, protože mohou přebírat informaci o výšce z vytvořených TINů. Možnost využití atributových tabulek se zde ukázala jako potřebná, každý bod získal informace o své poloze (náležitost k danému TINu), druhu objektu (strom, automobil, atd.), typu (strom – listnatý, jehličnatý) a rotaci vůči rovinným osám ve stupních. Pro vizualizaci těchto bodů bylo použito symbolů dostupných v základním balíčku knihoven produktů ArcGIS. Výhodná je i možnost nastavení nejen velikosti a rotace v různých směrech, ale také posunutí vzhledem k počátku, barevné provedení, příp. možnost použití jiných materiálů. Výsledkem jsou tedy bodové symboly, představující třídy tří typů stromů, rovněž tří typů keřů, laviček dřevěných a kovových; v modelu jsou taktéž zobrazeny hydranty, ventilační potrubí, odpadkové koše, nízké lampy podél pěšin, lampy pouliční jednoduché i dvojité podél hlavní silnice, několik typů i barevných rozlišení automobilů, autobusová zastávka jednoduchá, autobusová zastávka s přístřeškem, 9 typů svislého dopravního značení, ozdobné kamenné konstrukce a závora. Ukázalo se, že bodové symboly model velmi oživily, navíc se nenaplnil předpoklad, že výrazně zvýší paměťovou náročnost modelu. Vzhledem ke strukturovanému způsobu uložení informace o bodových symbolech a jejich malé datové velikosti se symboly vykreslovaly s odpovídající plynulostí a kompletně. Vizualizaci bodových symbolů zobrazuje obr. 27, konkrétně jde o pohled na východní parkoviště pod Morfologickým centrem (a), zátiší s lavičkami v areálu „Modré etapyÿ (b) a situaci ze severovýchodního směru (c).
31
(a)
(b)
(c)
Obr. 27. Ukázky použití bodových symbolů
3.3
Modelování budov
Druhou, stěžejní část zpracovávaného modelu představovalo vytvoření samotných budov v prostředí ArcGIS a jeho nadstavby 3D Analyst. Navzdory faktu, že je kampus tvořen jedním komplexem vzájemně propojených domů, pro identifikační účely je rozdělen a pojmenován velmi přesně. Zpracovávanou část tvoří celkem 20 elementů, jedná se o budovy, lávky a koridory; jsou vždy označeny řetězcem znaků „BHAÿ a dvoumístným číslem (obr. 28). Jednotlivé skupiny budov se vyznačují podobnými vlastnostmi, bylo jich využito k následnému jednoduššímu zpracování.
3.3.1
Předzpracování datových sad
Vzhledem k tomu, že dodané geodatabáze obsahovaly množství informací příliš podrobných pro účely modelu, bylo nutné jejich předzpracování. Východisko tvořil
32
Obr. 28. Ukázka podoby stavebního pasportu MU – budova BHA08
předpoklad, že čím větší počet a čím vyšší složitost objektů, které bude muset procesor a další komponenty vykreslovat, tím pomalejší a méně použitelný bude celý model. Hledal se proto kompromis, který by zaručoval uživatelsky přijatelné zobrazování dat dostačujícího detailu. V první řadě bylo nutné model zbavit podzemních částí, které je kvůli vytvořenému terénu zbytečné vykreslovat. Pro každou Feature Class byly tedy smazány objekty v podzemí – obsahovaly v atributové tabulce označení „P01ÿ. Výjimku tvořily objekty schodišť a podest u budov přiléhajících k hlavní silnici, které sice zasahovaly do oblasti podzemí, bylo je však nezbytné vizualizovat. Dalšími objekty určenými k odstranění byly ty uvnitř samotných budov, tzn. přes plášť budov neviditelné. Byl tím sice potlačen možný efekt průhlednosti některých objektů (obr. 29), schematičnost modelu si však vyžádala jednodušší zpracování. Objekty nebylo vždy snadné jednoduše vymazat, často tvořily složité struktury, sahající až k plášti budov. Bylo tedy rozhodnuto individuálně, které objekty je možné odstranit, které editovat (ve většině případů zmenšit odstraněním vertexů) nebo zcela ponechat. Tento proces často komplikovalo umístění objektů nad sebou, tedy ve 2D nezobrazitelné, orientace v prostoru tedy probíhala pomocí atributové nebo editační tabulky. Z důvodu různých reprezentací bylo při tvorbě geodatabází, resp. Feature Class, použito jak 2D, tak 3D reprezentací. Rozdíl mezi nimi obnáší, že 3D Feature Class obsahuje informaci o výšce již ve své geometrii (pomocí z souřadnice), mohou tedy tvořit složitější zkosené 3D obrazce. Pokud to objekty pro svoji vizualizaci vyžadovaly,
33
Obr. 29. Možný efekt průhlednosti oken byly tyto vrstvy vytříděny a později jim byl přizpůsoben postup vizualizace. Ze všech vrstev použitých v geodatabázích bylo vybráno 15 stěžejních, do kterých byly později rozřazeny veškeré objekty. Některé entity bylo z důvodu zjednodušení nutné převést nebo upravit, zásadní však zůstala snaha o komplexní vykreslení pláště budov, směřující ke kompaktnosti modelu.
3.3.2
3D vizualizace dat
Po fázi předzpracování následovalo samotné ztvárnění modelu, které mělo být realizováno pomocí ArcGIS nadstavby 3D Analyst, resp. vizualizačního nástroje ArcScene. Důležitý je fakt, že program sám o sobě netvoří prostorové objekty, pouze vizualizuje dvourozměrné objekty trojrozměrně. Po nastavení několika základních možností je možné užitím intuitivních navigačních nástrojů trojrozměrně pozorovat vzniklý model. V první řadě bylo třeba vytříděným objektům nadefinovat základní výšku, ve které se mají zobrazit. K tomu posloužila u 2D Feature Class v atributové tabulce pole „vyska odÿ a u 3D Feature Class samotná z souřadnice v geometriích objektů. Tyto hodnoty byly definovány v metrech, představovaly nadmořskou výšku (ve zpracovávané lokalitě cca 280 m n. m.). Příklad vizualizovaných základních výšek objektů vyobrazuje obr. 30. V rámci stanovení základních výšek byly ihned detekovány chybně definované objekty s nesprávnou nadmořskou výškou – nezobrazily se vůbec, nebo v rozdílné výšce, což si vynutilo manuální úpravu nastavení. Opravené objekty byly připraveny k samotné 3D vizualizaci, kdy jim byly definovány výšky, o které bylo nutné veškeré entity vyzdvihnout (extrudovat).
34
Obr. 30. Vizualizace stanovených základních výšek objektům budov (BHA03 a BHA04) Funkce Extrude je základním kamenem 3D vizualizačních principů nejen tohoto produktu. Extrudovat (přidat třetí souřadnici) je možné jakýkoliv bodový, liniový i polygonový prvek, a to o přesně definovanou konstantní hodnotu nebo o položku v atributové tabulce (či její aritmetický derivát) pro každý prvek. V práci by byla oceněna možnost extrudovat i o jiné hodnoty, konkrétně o z souřadnici jednotlivých vertexů, umístěnou v geometrii, systém však tuto alternativu nenabízí. Navzdory tomu funkce nabízí možnost nastavit způsob vytažení. Jak bylo výše zmíněno, Extrude respektuje objekt jako položku v atributové tabulce a je možné jej vyzdvihnout o hodnotu, která se přidá k jeho minimální souřadnici, k jeho maximální souřadnici, hodnota může být přidána ke všem souřadnicím rovnoměrně, případně může určovat výšku, do které je objekt vytažen. Ve valné většině případů bylo využito přidání hodnoty k minimální výšce, pouze u střešních oken, která byla reprezentována za pomoci 3D Feature Class, bylo nutné výšku stanovit přidáním hodnoty rovnoměrně ke všem vertexům daného objektu. Obr. 31 znázorňuje příklad extrudovaných budov, na pravé z nich je viditelná 3D Feature Class střešní kostrukce.
3.3.3
Úprava získaných výsledků
Závěrečným nastavením získal model finální podobu, která schematicky, přitom věrně reprezentuje realitu. Samozřejmě ani v této fázi nesměly být opomíjeny podmínky co nejmenší výpočetní náročnosti. Prokázalo se, že objekty se vykreslují tím rychleji, v čím menším počtu rozdílných zdrojových souborů jsou uloženy. Proto byly všechny objekty stejných tříd spojeny do jednotlivých vrstev, které se lišily nastavením vykreslování (rendrování). Vzniklo tedy 15 vrstev:
35
Obr. 31. Extrudované budovy BHA11 a BHA13 • 3D
• 2D stěny žluté [steny zlute]
okna [okna sikme]
stěny šedé [steny sede]
podlahy [podlaha sikme]
stěny červené [steny cervene]
stěny [steny sikme]
stěny hnědé [steny hnede]
rampy [rampa sikme]
stupně [stupen] stropy [strop] okna [okna] dveře [dvere] podesty [podesta] podlahy [podlaha] pomocné povrchy [pomocne] Protože objekty tvoří relativně homogenní povrchy, bylo rozhodnuto, že budovy není třeba opatřovat fotorealistickými texturami, a v rámci zachování přiměřené datové náročnosti byly stěny vykresleny barevně. Pořízení textur všech povrchů by bylo navíc krajně problematické, protože celý komplex je velmi členitý a stěny je obtížné vyfotografovat bez zanedbatelných distorzí (obr. 32). Pro ještě plynulejší manipulaci se scénou bylo všem vrstvám přidáno nastavení viditelnosti. Při navigaci byla deklarována nízká úroveň detailu, která v momentě pohybu změní objekty na obrysy (ohraničující hranoly). Důležitou možností je rovněž stanovení pořadí vykreslování, které určuje, s jakou prioritou budou objekty rendro36
Obr. 32. Těsná blízkost budov, znemožňující pořízení přijatelně zkreslených textur vány v případě shodné lokalizace. Ukázalo se však, že na počítačích s nižším výkonem má toto nastavení střídavý úspěch – objekty se nevykreslovaly správně v reálnem čase a vrstvy bylo nutné obnovit novým načtením dat ze zdrojového souboru. Při vykreslování šikmých ploch se však tato funkce ukázala jako nezbytná a bylo nutné s výkonnostními komplikacemi počítat. Ze stejného důvodu nebyly objektům nastavovány intenzity průhlednosti, které zvyšovaly nepřesnosti rendrování ještě více. Stěny byly opatřeny souvislými neprůhlednými barvami, kterým však bylo pro zvýšení plastičnosti a autentičnosti nastaveno stínování vzhledem k osvětlení celé scény, upravené globálně pro projekt.
3.4
Vizualizace výsledného modelu
Původní dohoda s ÚVT představovala vytvoření modelu v prostředí produktů ESRI, konkrétně vizualizovatelného v ArcScene, proto byl na tuto podmínku kladen primární důraz. Pro lepší dostupnost modelu uživatelům, kteří nevlastní software ArcGIS, byla scéna vyexportována do VRML. Vzniklý soubor lze zobrazit v internetovém prohlížeči za účasti např. Cortona VRML plug-inu, který je stažitelný zdarma. Pro ilustraci bylo pořízeno několik obrázků, tvořících příl. 1 a jedno AVI video přeletu nad modelem, umístěné na DVD jako příl. 2.4.
37
3.4.1
Vizualizace v ArcScene
Vytvořený model se skládá z projektového souboru [ukb.sxd] a datových souborů, představujících zdrojové vrstvy. Tyto vrstvy jsou sémanticky rozdělené na budovy, vektorové opory, terén v podobě TINů a bodové symboly. Každá skupina prvků je opatřena výše popsaným nastavením, proto je součást projektového souboru nedílná. Jak SXD souboru, tak všem ostatním vrstvám, bylo podle zvyklostí nastaveno Křovákovo zobrazení za použití S-JTSK. Soubor byl vytvořen ve verzi ArcGIS 9.3 a je umístěn na přiloženém DVD jako příl. 2.2. Z důvodu respektování autorských práv vlastníků geodatabází musel být tento nejpodrobnější model uložen v zašifrovaném archivu, tedy je veřejnosti nepřístupný. Pro dostatečně plynulé zobrazování je zapotřebí relativně výkonná výpočetní technika, ideální je existence vysoké operační paměti a nadprůměrné grafické karty. Obr. 33 představuje ukázku vizualizace finální podoby modelu [ukb.sxd], větší množství pohledů různých detailů je součástí příl. 1.
Obr. 33. Vizualizace výsledného modelu [ukb.sxd] v prostředí ArcScene
3.4.2
Export do VRML
ArcScene elementárně obsahuje přímý export 3D scény do VRML, funkce tedy bylo využito k exportu budov a terénu bez textur. Kvůli snížení výpočetní náročnosti na tenkého VRML klienta rovněž nebyly exportovány bodové prvky. Výhodou procházení modelu v internetovém prohlížeči je bezesporu dostupnost a jednoduchost, která je však 38
vykoupená omezeným výčtem ovládacích prvků a nezaručenou stabilitou. Výsledná scéna figuruje na DVD jako příl. 2.3, příklad zobrazení pomocí VRML klienta Cortona 3D v internetovém prohlížeči Firefox je uveden na obr. 34.
Obr. 34. Vizualizace výsledného modelu [ukb.wrl] v prostředí Cortona 3D – Firefox
3.4.3
Tvorba animace
Součástí ArcScene je i nástroj pro tvorbu pohledových animací, které mohou komplexně a jednoduše zobrazit výsledek i při absenci speciálního prohlížeče. K zobrazení postačí běžný videopřehrávač podporující AVI, příp. MOV soubory. Nevýhodu představuje nastavený průběh zpracovatelem a chybějící interaktivita, jedná se však o oblíbenou alternativu prezentace výsledné scény. Samotné generování animace probíhá dvěma způsoby. Buď záznamem průchodu scénou v reálnem čase, nebo definováním klíčových snímků, kdy přechody mezi nimi systém interpoluje, a vytvoří tak spojitý průlet. Funkce obsahuje různá nastavení, která zvýrazňují výsledný efekt, např. změnu polohy zdroje světla nebo uvažování přechodů mezi vrstvami v průběhu přeletu. V případě zpracovávaného modelu byl definováním klíčových snímků vytvořen jeden soubor přeletu, umístěný na DVD jako příl. 2.4.
39
4 Publikování modelu Jedním ze zásadních problémů řešených v této práci byl také způsob zprostředkování modelu širšímu okruhu uživatelů. Jako nejlepší byl zvolen způsob zveřejnění pomocí Internetu, konkrétně využitím formátu KML, zobrazitelném např. v prohlížeči Google Earth. Každý přenos dat po síti vyžaduje minimální datovou náročnost, proto stávající model bylo třeba co nejvíce zjednodušit, exportovat do softwaru schopného zpracovat a uložit data jako KML. Společnost Google pro tuto činnost produkuje systém SketchUp, pomocí služby 3D Warehouse jsou pak schválené modely přístupné celému světu.
4.1
Generalizace vytvořeného modelu
Jelikož vytvořená scéna obsahovala nadměrné množství prvků, a nebyla tak po Internetu přijatelně přenositelná, musela být generalizována na co nejmenší počet prvků s co nejjednodušším průběhem. Jako přiměřená se ukázala reprezentace budov zpravidla pouze pomocí stěn a oken. Průběh stěn byl zjednodušen na maximální možnou úroveň odstraněním přebytečných vertexů, případně vytvořením zcela nového objektu. Proces byl vykonán pro všechny budovy a ukázalo se, že je takto zjednodušený model velmi dobře zobrazitelný. Budovy, které původně obsahovaly velké množství objektů, byly touto generalizací datově zmenšeny až dvacetkrát na soubory velikosti v řádu desítek až několika málo stovek kB. Na obr. 35 je viditelné srovnání budovy podrobného modelu (a) s generalizovaným (b). Patrné jsou změny v průběhu objektů i vykreslování, datová úspora je však značná. Celý zjednodušený model byl uložen do vrstev rozdělených podle budov a umístěn spolu se zdrojovým souborem na DVD pod názvem [ukb zjednoduseny.sxd] (příl. 2.5). Rovněž byl pro srovnání vytvořen VRML export [ukb zjednoduseny.wrl] (příl. 2.6) a AVI animace [ukb zjednoduseny.avi] (příl. 2.7). Primárně však byly vrstvy zjednodušených budov určeny pro následné zpracování v produktu SketchUp.
40
(a)
(b)
Obr. 35. Srovnání původní reprezentace budovy BHA05 (a) se zjednodušenou (b)
4.2
Google SketchUp
SketchUp je původně produktem firmy @Last Software, kterou v březnu 2006 odkoupil Google. Tento mocný nástroj vznikl pro rychlou a snadnou realizaci 3D myšlenky zejména pro architekty nebo designéry. Narozdíl od CAD systémů, vhodných pro přesné výkresy, je však založen na filozofii skicování za použití rychlosti a flexibility současných výpočetních systémů. SketchUp je těsně spjat s aplikací Google Earth, což za pomoci několika dalších doporučených aplikací tvoří komplexní nástroj pro tvorbu a vizualizaci geoprostorových dat. V listopadu 2008 byla vydána dosud nejnovější verze SketchUp 7 (obr. 36), a to tradičně ve dvou variantách. Základní je volně dostupná, podporující většinu funkcí a pro běžné modelování a export do Google Earth dostačující. Vylepšená placená verze SketchUp 7 Pro se vyznačuje zvýšenou funkcionalitou v oblasti vytváření inteligentních a dynamických objektů, možností exportu do mnoha rozšířených 2D (PDF, EPS, EPX, DWG, DXF) i 3D (3DS, DWG, DXF, DAE, FBX, OBJ, XSI, VRML) formátů. Možné je také generování animací v rozšířených videoformátech MOV nebo AVI nebo převedení do specifických formátů užitím přídavných modulů, včetně geodatabází podporovaných systémem ArcGIS. Další součástí rozšířené verze je aplikace vytvářející propracované prezentace modelů (LayOut 2) nebo Style Builder, sloužící k návrhu prostředí a přizpůsobení stylů při modelování ve SketchUp. Testování i modelování proběhlo pomocí plné verze SketchUp 7 Pro, k níž firma Google zdarma poskytla roční studentskou licenci.
4.2.1
Funkcionalita SketchUp
Produkt je založen na zcela jiných principech 3D modelování než tradiční systémy. Záměrně potlačuje detail CAD aplikací výměnou za jednoduchost, názornost a intuitivnost; nutno však říct, že to nijak neovlivňuje přesnost. Stavební elementy jsou jednoduché, ovládací prvky inteligentní a modelovací nástroje rychlé s okamžitě kontrolovatelným výsledkem.
41
Obr. 36. Uživatelské prostředí aplikace SketchUp 7 Pro
Inteligence modelování spočívá v propracovaném systému navádění kurzoru myši. Při přiblížení ke stěně tělesa systém automaticky kreslí právě do této roviny, pomocí neviditelné řídicí struktury dokáže vykreslit kolmice, rovnoběžky či jinak vztažené linie a plochy. Jednoduché definování rozměrů či poloh se provádí pomocí lineárního odvozování, hrany jsou vedeny např. po určité linii, příp. v určité vzdálenosti. Obr. 37 ukazuje příklady inteligentního odvozování směru, resp. automatického navádění kurzoru myši. Základními kameny modelování v Google SketchUp jsou linie, které mohou tvořit plochy. Právě v plochách tkví zásadní patentovaná funkce Push/Pull, která tyto ohraničené oblasti „vytahujeÿ do prostoru, a tvoří tím trojrozměrná tělesa. Vytahováním se rozumí generování výšky rovinného tvaru a její změna v prostoru (např. vytažením obdélníku vzniká kvádr (obr. 38(a)), vytažením kružnice válec, apod.). Vytahovány mohou být i složitější tvary (obr. 38(b)), vždy je však nutné splnit podmínku jedné roviny. Tento proces se nutně nemusí provádět generováním výšky, ale i následováním určité šablony (Follow me). Rovina tak může např. rotovat kolem kružnice nebo jiného speciálního tvaru, což dokazuje obr. 38(c, d), na kterém je vidět vznik poháru rotací rovinného útvaru kolem kružnice. Kromě těchto základních principů má v sobě program samozřejmě implementováno mnoho dalších ovládacích a podpůrných funkcí, všechny jsou však přizpůsobeny zmíněným primárním principům. Značnou předností je objektově orientovaný přístup, jenž umožňuje definování společných vlastností a atributů pro skupiny objektů, je tím ušetřen čas i výpočetní náročnost. Proměnné mohou být různé – od metriky, použitých materiálů nebo textur, charakteru vržených stínů až po dynamické chování. Aplikace v sobě též obsahuje interpolační algoritmus, který dokáže pomocí vrstevnic vytvořit
42
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
(l)
Obr. 37. Systém inteligentního navádění: zohlednění koncového (a), středního bodu (b), průsečíku (c), bodu, určujícího rovinu (d), hranu (e), osy souřadného systému (f, g, h), uvažující polohu určitého bodu (i), rovnoběžnost (j), pravoúhlost (k) nebo pravidelnost – např. čtverec (l) spojitý model terénu (TIN) a další přidané prvky funkcionality, vytvořené např. pomocí skriptovacího jazyka Ruby.
4.2.2
Import DWG
Předtím, než došlo k samotnému importu vytvořených budov v ArcGIS, byla otestována možnost tvorby budov přímo z DWG podkladů, jež SketchUp implicitně podporuje. Prvotním úkolem bylo z velkého množství informací vybrat jen ty potřebné a uložit je do jednoho souboru. Jako výhodné se ukázalo vytvářet import a úpravy po částech, a to z důvodu lepší manipulace s daty a značného snížení výpočetní náročnosti. Aplikace může s načtenými soubory pracovat dvěma způsoby. Prvním je přímý import linií, se kterými budou dále algoritmy pracovat, příp. použití výkresu pouze jako reference. První způsob se zprvu jevil jako přirozený a jednodušší, v zápětí se však ukázal naopak zdlouhavějším. Bylo to dáno tím, že SketchUp pracuje pouze s plochami, které tvoří uzavřené linie, ve výkresu se však vyskytovalo mnoho neúplně spojených hran budov. Systém je nepovažoval za plochy, tyto nespojitosti bylo velmi zdlouhavé detekovat a opravit, přistoupilo se tedy k rychlejší druhé možnosti, tzn. použít výkres jako referenci, nad níž byla vytvořena kresba nová.
43
(a)
(b)
(c)
(d)
Obr. 38. Ukázka technik Push/Pull (a, b) a Follow me (c,d)
Při samotném načtení je vždy vhodné nastavit správné jednotky (metry), které výrobci ihned po vykreslení doporučují na hraně známé délky zkontrolovat. Kvůli velkému množství ukládaných vrstev v CAD nástrojích bylo nutné všechny objekty přesunout pouze do jedné, SketchUp totiž rozdělení do vrstev uvažuje jen z důvodu přehlednosti, nikoliv funkcionality. Následně byla vrstva přizpůsobena místnímu souřadnicovému systému, sloučena do jedné skupiny a zamčena proti editaci. V posledním kroku byly pro lepší orientaci vytvořeny dvě scény; na jedné byla viditelná právě vytvořená reference, druhá plnila funkci kontroly modelovaných budov. Obr. 39 zobrazuje připravenou referenci pro „Modrou etapuÿ výstavby.
4.2.3
3D modelování
Fáze vlastního generování třetího rozměru probíhá na principu výše popsaného postupu Push/Pull, tzn. jednoduchého přidání výšky. V první řadě byla celá plocha etapy pokryta obdélníky tak, aby výsledné polygony přesně kopírovaly původní obrys. Oválné objekty byly opsány obdobným způsobem, pouze za užití nástroje Arc. Při opisování těchto tvarů byly zjištěny mírné nepřesnosti v původních datech, budovy nedosahovaly zcela pravoúhlých tvarů. Chyba se však pohybovala v řádu cm, proto byla zanedbána a tvary byly přizpůsobeny. Obr. 40(a) znázorňuje povrch části budov „Modré etapyÿ pokrytý korektními polygony. Od této chvíle mohlo tedy dojít k vlastnímu vytahování jednotlivých polygonů, každému byla při tomto procesu zadána 44
Obr. 39. Importovaná DWG reference „Modré etapyÿ, připravená pro modelování
výška (obr. 40(b)). Důležitou součást komplexu tvořily podchody, které byly realizovány obdobným způsobem – posunutím do patřičné výšky nad zem a poté vytažením o požadovanou výšku (obr. 40(c)). Závěrečná fáze spočívala ve vymazání přebytečných hran a drobných opravách geometrie (přesahů, apod.) – tak vznikl hrubý model (obr. 40(d)). SketchUp obsahuje velmi dobrý nástroj pro nasazování textur na plochy. Pomocí intuitivního ovládání je možné texturu nejen načíst, ale i umístit přesně na povrch a minimalizovat distorze vzniklé nesprávným pořízením snímku (obr. 41). Jak bylo však výše popsáno, textury nebylo možné v areálu vzhledem k malému prostoru pořizovat běžným objektivem s malou ohniskovou vzdáleností. Textury by musely být pro většinu stěn sloučeny ze dvou, pořízených vedle sebe, což by nepřineslo spolehlivé výsledky. V tomto komplexu budov se navíc nevyskytují výrazně nehomogenní povrchy budov, proto by takovéto opatření texturami bylo nadměrně výpočetně náročné a nepřineslo by kýžený efekt. Protože by vymodelování celého areálu touto metodou představovalo zbytečně komplikované postupné zpracování všech objektů, bylo rozhodnuto, že model vznikne pouze přímým importem a následnými úpravami objektů z vytvořeného generalizovaného modelu. Nutno však přiznat, že ani zmíněné úpravy nemohou proběhnout bez výše poznaných principů, které činí SketchUp výjimečným.
4.2.4
Import generalizovaného modelu
Pro export objektů z ArcGIS do SketchUp slouží speciální plug-in, který je nutné nainstalovat do aplikace ArcGIS. Hlavní devizu této metody oproti přímé konverzi do KML představuje možnost definování způsobu 3D zobrazení přímo při exportu. V praxi 45
(a)
(b)
(c)
(d)
Obr. 40. Fáze tvorby budov metodou Push/Pull probíhá převod tak, že označeným objektům ve scéně je zadána hodnota výšky nad zemským povrchem a výška, o kterou bude daný objekt extrudován. Hned po exportu následuje automatické spuštění SketchUp s importovanými objekty. Exportovat je možné jak vektorové prvky, tak TINy. Výhodou je také zachování rozřazení objektů ve vrstvách a sloučení TINů shodných atributů; jednodušší zpracování však vyžaduje změnu jednotek ze stop na metry. Jelikož není možné exportovat vizualizace bodových symbolů, bylo rozhodnuto, že výsledný model bude reprezentován pouze zmíněnými vektorovými objety a TINy.
(a)
(b)
Obr. 41. Nástroj pro umísťování textur objektům (a); nasazená textura na budovu (b)
46
4.2.5
Úpravy importovaných objektů
Protože ArcGIS exportuje pouze geometrie, nikoliv nastavení, bylo nezbytné znovu definovat jednotlivým objektům způsoby jejich vizualizace. U aplikace SketchUp se více než v jiných použitých aplikacích projevila výpočetní náročnost velkých 3D modelů, která si vynutila využívat přepínání viditelností jednotlivých vrstev, seskupování do větších celků a skrývání jejich geometrií. Jako první úkol byla zvolena úprava importovaných TINů. Tento proces byl z důvodu přehledného rozřazení velmi jednoduchý. Každé skupině TINů stejného povrchu byla přiřazena dříve vytvořená textura, příp. barevné označení (obr. 42). Jako nevýhoda se ukázala nemožnost určování pořadí vykreslování, SketchUp v sobě nemá zabudován nástroj pro řešení kolizních situací v případě shodné lokalizace objektů. Komplikace se objevila při vizualizaci vodorovného značení na silnici, pěšin či mříží. Tyto vrstvy byly položeny na TINy jiných tříd a při zobrazení se jejich textury prolínaly. Problém musel být vyřešen jednoduchým vyzdvižením jednoho z dvojice TINů o 1 cm.
Obr. 42. Umísťování textur importovaným TINům V druhé řadě bylo třeba definovat způsob rendrování budov. Nastavení bylo prováděno po jednotlivých budovách jednoduchým přiřazováním předdefinovaných barev, totožných s nastavením v ArcGIS. Velmi se osvědčilo inteligentní shlukování vrstev stejných atributů, a tak nebyl proces časově příliš náročný. Další komplikaci představoval nesprávný import objektů uložených ve 3D Feature Class. Plug-in se nedokázal vypořádat s třetí souřadnicí, zabudovanou přímo v geometrii jednotlivých objektů a zobrazoval je v jiné výšce, příp. vůbec. Proto musely nastat ruční opravy, většinou 3D objektů umístěných na střechách budov. Díky technikám Push/Pull byly konstrukce vytvořeny efektivně, a budovy tak mohly být vizualizovány korektně. Obr. 43 znázorňuje výsledný 47
model, připravený k dalšímu zpracování, resp. exportu do 3D PDF a KML.
Obr. 43. Výsledné úpravy ve SketchUp
4.2.6
Export do 3D PDF
Velmi užitečnou a efektní možností SketchUp je export modelu do 3D PDF. Děje se tak za pomoci aplikace RPS 3D PDF Exporter21 , která dokáže SKP soubor načíst a vytvořit z něj PDF pozorovatelné trojdimenzionálně. 3D PDF je možné zobrazit v široce dostupném Acrobat Readeru verze 7.07 a vyšší. Vyznačuje se širokým uživatelským nastavením. V dokumentu je mimo jiné možné měnit barvu pozadí, druh a intenzitu osvětlení nebo způsob zobrazení. Uživatelé GIS pravděpodobně ocení i možnost vypínání zobrazení jednotlivých vrstev. Aplikace je určená pro prezentaci výkresů, proto umožňuje široké nastavení a zobrazení tiráže a metadatových údajů. Scéna zpracovávaného komplexu je uložena na DVD jako příl. 2.8 pod názvem [ukb zjednodusene.pdf].
4.3
Google Earth
V současné době je Google Earth nejpopulárnější aplikací virtuální prohlídky geografických dat, prochází značným dynamickým rozvojem, a spoluvytváří tak trendy světové kartografie. Tento virtuální globus původně vyvinula firma Keyhole Inc., kterou v roce 2004 odkoupil Google, jenž v následujícím roce původní Earth Viewer vydal jako dnes známý Google Earth. 21
http://www.renderplus.com/htm/download.htm
48
4.3.1
Základní vlastnosti
Zobrazovaná data se skládají ze satelitních a leteckých snímků proměnných původů i rozlišení, většinou od těch nejpodrobnějších (15 cm) v oblastech světových metropolí až po nejméně podrobné (15 m) v zónách anekumeny. Vyobrazená data však nemusí být nutně dvourozměrná rastrová, aplikace disponuje množstvím vektorových vrstev, terénních modelů (obr. 44) nebo populárních modelů budov a měst. Komplexnost aplikaci dodávají zobrazení z libovolných úhlů mnoha stupňů detailu (pomocí funkce Street View dokonce až na úroveň ulic), v první řadě však rozmanitý obsah, utvořený mnoha rozdílnými zdroji. Hlavními propojeními jsou prostorově lokalizované odkazy (Panoramio, Wikipedia, YouTube, National Geographic), informace o stavu počasí v celém světě a připojení GPS nebo WMS22 vrstev v pokročilejších verzích. Aplikace v současné verzi Google Earth 5 umožňuje i pozorování dynamiky pomocí rozsáhlého datového skladu historických satelitních snímků či zobrazení mořského dna. Pro větší atraktivnost lze uvažovat sluneční svit dle aktuální denní i roční doby nebo aktivovat letecký simulátor (obr. 45). Neomezuje se však pouze na povrch zemský, podobným způsobem prezentuje i planetu Mars nebo dokonce hvězdnou oblohu s aktivním obsahem oběžných principů.
Obr. 44. Grand Canyon – DEM
Obr. 45. Letecký simulátor v Google Earth
Velkou příležitostí pro uživatele je možnost modelování a importování vlastního obsahu na základě KML standardu. Této skutečnosti využívají nejen soukromé subjekty a vědecká půda – technologie je např. implementována i jako součást řízení letového provozu.
4.3.2
Import ze SketchUp
Provázanost aplikací SketchUp a Google Earth se nejvíce projeví při exportu SKP scény do KML. Princip je velmi jednoduchý. Nejprve je nutné obě aplikace spustit, v Google Earth najít oblast požadovaného umístění a ve SketchUp použít funkci Get 22
Web Map Service
49
Current View. Tímto způsobem byl tedy obraz mezi aplikacemi přenesen a použit jako reference. Při zobrazení bylo nutné dát pozor na reprezentaci, ve skutečnosti jsou přeneseny snímky dva – jeden 2D a druhý 3D, jenž je reprezentován terénním modelem. Pomocí dříve popsaných nástrojů bylo třeba model umístit přesně na přenesený snímek. Vzhledem k respektování metrů coby používané jednotky v celém zpracování spočívalo toto umístění pouze v posunutí nebo pootočení, a nebylo třeba model nijak tvarově deformovat. Jako vlícovací byly použity co nejjasněji definovatelné body, nejčastěji rohy budov. Na obr. 46 je znázorněno umístění vytvořeného modelu na referenci přenesenou z Google Earth. Důležité je podotknout, že snímky této oblasti použité v Google Earth nejsou ze skupiny True Orthofoto, proto se na nich budovy uklánějí do stran. Tento efekt je obtížné potlačit, možným řešením by bylo použití vlastní podkladové vrstvy. Navíc jsou tyto snímky vytvořené v roce 2004, což je vzhledem ke stavební dynamice této oblasti nevyhovující, mnoho staveb má dnes jiný průběh.
Obr. 46. Přichycení modelu na letecký snímek z Google Earth
4.3.3
Výsledný KML soubor
Jakmile je model přizpůsoben referenci, je možné přistoupit k vlastnímu exportu. Provést ho je možné buď exportem z nabídky File, nebo za pomoci funkce Place Model, kdy je výsledek ihned vizualizován v prostředí Google Earth. Ten lze uložit jako KML, příp. jeho zazipovanou formu KMZ. Převod v této práci také neprobíhal zcela bez problémů. Vzhledem k velkému množství vertexů a hran bylo nutné exportovat pouze budovy bez podkladových TINů a použít terén obsažený implicitně v Google Earth.
50
Obr. 47. Vizualizace UKB v prostředí Google Earth
4.4
Google 3D Warehouse
Aby mohly být vytvořené 3D objekty jednoduše publikovatelné, vyvinula firma Google nástroj k jejich šíření. Galerie 3D objektů23 je ve skutečnosti online úložiště umožňující vyhledávání, prohlížení či stahování modelů nejrůznějších druhů i podrobností. Model univeritního kampusu byl kvůli datovému omezení rozdělen na dvě části a nahrán do databáze pod názvem „Brno-Bohunice University Campusÿ. Modely, které projdou schvalovacím procesem, jsou poté zařazeny do databáze „prostorově zobrazených budovÿ v rámci Google Earth a jsou tedy zobrazitelné všem uživatelům bez omezení.
23
http://sketchup.google.com/3dwarehouse/
51
5 Závěr Cílem práce bylo podání obecného přehledu tvorby 3D modelů v současné geoinformatice a testování konkrétního zpracování na příkladu univerzitního kampusu v Brně-Bohunicích. První část se zabývá principy trojrozměrné počítačové grafiky, sběrem, modelováním a vizualizací prostorových, zejména geografických dat. Zmíněny jsou také principy virtuální reality a příklady řešených problémů a konkrétních využití trojrozměrného modelování v kartografii. Druhá část představuje praktické modelování komplexu budov i s okolními terénními poměry. Popsány jsou postupy získávání zdrojových dat jak z DWG souborů, geodatabází stavebního pasportu Masarykovy univerzity, tak provedených měření. Následně byly postupně vytvořeny TINy reprezentující terén, a vektorové opory, sloužící k jeho propojení s následně vytvořenými budovami. V další fázi byly testovány možnosti exportu modelu a distribuce koncovému uživateli, zvláštní důraz byl však kladen na trojici Google SketchUp, Google Earth a Google 3D Warehouse. V průběhu zpracování celého projektu bylo řešeno mnoho komplikací, zpravidla zapřičiněných faktem, že 3D grafika je relativně náročná na počítačové vybavení. Zmíněnou limitaci může také umocnit vícenásobná reprezentace objektů, kdy např. v produktu AutoCAD je obtížné detekovat duplicity, které zbytečně zvyšují datovou i paměťovou náročnost. Na trhu existuje velmi mnoho nástrojů produkujících trojrozměrné modely, každý se však vyznačuje nějakou limitací. Programové vybavení je nutné zvolit dle účelu tvorby modelu, metodiky, povahy vstupních dat, možností zpracovatele a dalších faktorů. Vždy je podstatné najít rovnováhu mezi podrobností modelu a jeho užitnou hodnotou – ukázalo se, že někdy je více generalizovaný produkt mnohem vhodnější než podrobný. Jako nutnost se jevila konfrontace s realitou – bez počátečního pořízení několika stovek fotografií celého areálu by práce vznikala jen s velkými nepřesnostmi. Jaký je však smysl trojrozměrného modelování? Věrné fotorealistické modely v budoucnu pravděpodobně dokážou nahradit dojem vizuální, nikdy v sobě však nezahrnou autentičnost skutečnosti. Další otázkou je, zda vůbec může 3D informace nahradit klasickou mapu dvojrozměrnou, v níž je stěžejní symbolika, a informace i spojitosti mohou být tudíž zřetelnější. Zřejmá je potřeba do budoucna vytvářet komplexní, vzájemně provázané plně funkční GIS systémy, ve kterých je trojrozměrná složka nezastupitelná. Už v současné době se však dimenze neomezují na tři. Velmi důležitá je implementace
52
čtvrtého rozměru v podobě časové složky, která napomáhá sledování změn nejrůznějších jevů, tedy i jejich předpovídání, což je pro lidstvo informace často zásadní. Vlivem zvyšování výkonu výpočetních zařízení se bude technologie prostorových analýz využívat stále častěji, nesmí však být opomíjen důraz na kvalitu vstupních dat coby často limitující složky systému.
53
Seznam použitých zdrojů Tištěné dokumenty DUŠEK, Jiří. Špioni z vesmíru. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004. 35 s. ISBN 8025102688. GRAJETZKI, Wolfram, SHIODE, Narushige. Digital Egypt: recontructions from Egypt on the World Wide Web. In LONGLEY, Paul, BATTY, Michael. Advanced Spatial Analysis: the CASA book of GIS. 1st ed. Redlands, Calif.: ESRI Press, 2003, vol. 2, p. 21-39. KAŇOK, Jaromír. Tematická kartografie. 1. vyd. Ostrava: Ostravská univerzita, 1999. 318. s. ISBN 8070427817. KRAAK, Menno-Jan, ORMELING, Ferjan. Cartography: Visualization of Geospatial Data. 2nd ed. Harlow: Prentice Hall, 2003. 205 p. ISBN 0130888907. LOIDOLD, Manfred. Three-dimensional GIS. In KEMP, Karen K. Encyclopedia of Geographic Information Science. Los Angeles, Calif.: SAGE Publications, 2008, p. 470-474. NEVES, Jorge. Virtual Environments. In KEMP, Karen K. Encyclopedia of Geographic Information Science. Los Angeles, Calif.: SAGE Publications, 2008, p. 503-505. OTTOSON, Patrik. Three-dimensional Visualization on the Internet. In PETERSON, Michael P. Maps and The Internet. 1st ed. Amsterdam: Elsevier, 2005, chap. 15, p. 247-270. PRAVDA, Ján, KUSENDOVÁ, Dagmar. Počítačová tvorba tematických máp. 1. vyd. Bratislava: Univerzita Komenského, 2004. 264 s. ISBN 8022320110. REDDY, Martin. Three-dimensional Visualization. In KEMP, Karen K. Encyclopedia of Geographic Information Science. Los Angeles, Calif.: SAGE Publications, 2008, p. 474-477.
54
SLOCUM, Terry A. et al. Thematic Cartography and Geographic Visualization. 2nd ed. Upper Sadle River, N. J.: Pearson Prentice Hall, 2005. 518 p. ISBN 0130351237. SMITH, Sarah L. Urban remote sensing: the use of LiDAR in the creation of physical urban models. In LONGLEY, Paul, BATTY, Michael. Advanced Spatial Analysis: the CASA book of GIS. 1st ed. Redlands, Calif.: ESRI Press, 2003, vol. 9, p. 171-190. VEVERKA, Bohuslav. Topografická a tematická kartografie 10. 1. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2004. 220 s. ISBN 8001023818. VOŽENÍLEK, Vít. Cartography for GIS: Geovisualization and Map Communication. 1st ed. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2005. 142 p. ISBN 8024410478. ZHOU, Guoqing, KELMELIS, John A. True Orthoimage Generation for Urban Areas with Very High Buildings. In WENG, Qihao, QUATTROCHI, Dale A. Urban Remote Sensing. Boca Raton: CRC Press, 2007, vol. 1, p. 3-20.
Články v časopise GEOBUSINESS. 3D myš pro ESRI ArcGIS. Geobusiness: srozumitelně o geoinformatice vpraxi, 2007, roč. 6, č. 4, s. 16.
Elektronické dokumenty BRENNER, Claus. Towards Fully Automatic Generation of City Models [online]. 2000 [cit. 20. září 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www.ifp.uni-stuttgart. de/publications/2000/Brenner_amsterdam.pdfi. FAVALORA, Gregg E. et al. 100 Million-voxel Volumetric Display [online]. 2002 [cit.14. prosince 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://actuality-medical.com/ site/content/pdf/Actuality_Whitepaper_AeroSense_2002.pdfi. FRÜH, Christian, ZAKHOR, Avideh. An Automated Method for Large-Scale, GroundBased City Model Acquisition [online]. 2004 [cit. 16. listopadu 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www-video.eecs.berkeley.edu/papers/frueh/ijcv2004.pdfi. HANUŠOVÁ, Jitka. Prostorový model budov a místností a metody generování 3D dat: diplomová práce [online]. 2007 [cit. 14. října 2008]. Dostupné na WWW:hhttps: //is.muni.cz/auth/th/60504/fi_m/DP.pdfi.
55
HOPKINS, Paul F., POCZOBUTT, Marian, SZEMKOW, Paul J. Erdas Stereo Analyst Version 1.1 [online]. 2001 [cit. 16. listopadu 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www.asprs.org/resources/software/review-09-2001/index.htmli. IO2 TECHNOLOGY. Heliodisplay M30 [online]. 2008 [cit. 14. listopadu 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www.io2technology.com/media/m30\%20SPECS_2008. pdfi. KADA, Martin. 3D Building Generalisation [online]. 2005 [cit. 12. prosince 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www.ifp.uni-stuttgart.de/publications/2005/ kada05_icc.pdfi. KRATOCHVÍL, Petr. 3D model FEL ČVUT Dejvice: bakalářská práce [online]. 2006 [cit. 16. listopadu 2008]. Dostupné na WWW: hhttps://dip.felk.cvut.cz/browse/ pdfcache/kratop1_2006bach.pdfi. OLIVÍK, Stanislav. 3D virtuální model areálu ZČU Borská pole: diplomová práce [online]. 2003 [cit. 27. prosince 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://mat.fsv.cvut. cz/olivik/vrml/img/diplomka.pdfi. PODHRÁZSKÝ, Zbyšek. „Cartoon-likeÿ 3D vizualizace digitálních plánů měst: diplomová práce [online]. 2006 [cit. 14. listopadu 2008]. Dostupné na WWW:hhttps: //is.muni.cz/auth/th/67579/prif_m/diplomka_final.pdfi. RAPANT, Petr. Geoinformační technologie [online]. 2005 [cit. 20. září 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://gis.vsb.cz/publikace/giti. SÁGHY, Tomáš. Srovnání existujících 3D enginů: bakalářská práce [online]. 2007 [cit. 18. října 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://is.muni.cz/th/72771/fi_b/ bakalarka.pdfi. SLOCUM, Terry A. et al. Cognitive and Usability Issues in Geovisualization [online]. 2000 [cit. 12. ledna 2009]. Dostupné zWWW: hhttp://www.geovista.psu.edu/ sites/icavis/agenda/PDF/SlocumLong.pdfi. SLOVÁČEK, Radim. Tvorba 3D modelů zástavby z leteckých snímků [online]. 2002 [cit. 15. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://gis.vsb.cz/GISacek/GISacek_ 2002/sbornik/slovacek/Slovacek.htmi. ŠPICELOVÁ, Klára. KML model areálu Západočeské univerzity [online]. 2007a [cit. 12. prosince 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://gis.zcu.cz/studium/agi/ referaty/2007/Spicelova_ZCUvKML/i. ŠPICELOVÁ, Klára. ZCUvKML [online KMZ soubor]. 2007b [cit. 12. prosince 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://mapserver.zcu.cz/ZCUvKML.kmzi. 56
TSAI, Fuan et al. Texture Generation and Mapping Using Video Sequences for 3D Building Models [online]. 2006 [cit. 14. ledna 2008]. Dostupné na WWW: hhttp: //gcl.csrsr.ncu.edu.tw/GCL/publication/video3DGeoInfo06.pdfi.
WWW stránky 3DCGI. 3D Autostereoscopic displays [online]. 2009 [cit. 12. února 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://3dcgi.com/cooltech/displays/displays.htmi. 3DLM. StreetMapper [online]. 2008 [cit. 2. ledna 200]. Dostupné na WWW: hhttp: //www.3dlasermapping.com/uk/mobile/streetmapper/home.htmi. AAMHATCH. 3D City Models [online]. 2009 [cit. 25. února 2005]. Dostupné na WWW: hhttp://www.aamhatch.com/products/3d_city_models.cfmi. ADOBE. Acrobat 3D [online]. 2009 [cit. 5. března 2009]. Dostupné na WWW: hhttp: //www.adobe.com/support/downloads/detail.jsp?ftpID=3850i. DIGITAL EGYPT. Thebes 3D Models [online]. 2003 [cit. 31. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.digitalegypt.ucl.ac.uk/3d/thebes.htmli. DIRECTIONS MAGAZINE. ’WOW Technology’ Found Among the Many Exhibitors at the ESRI User’s Conference [online]. 2004 [cit. 14. února 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.directionsmag.com/article.php?article_id=641&trv=1i. DOVEVIAGGIO. Visitare Roma in 3D con 3D Rewind Rome [online]. 2008 [cit. 5. března 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.doveviaggio.com/news/ visitare-roma-in-3d-con-3d-rewind-romei. ENGELHARDT, Jim. The 3D Future is Now [online]. 2004 [cit. 9. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.geospatial-solutions.com/ geospatialsolutions/article/articleDetail.jsp?id=125725&pageID=1&sk= &date=i. GEODIS. 3D modely měst [online]. 2008a [cit. 12. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.geodis.cz/produkty/3d-modely-mest?lchan=1&lred=1i. GEODIS. GeoShow3D [online]. 2008b [cit. 12. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www2.geodis.cz/geoshow3D/vyuziti.htmli. LONDON AIR QUALITY NETWORK. 3-D Map of Air Pollution in London [online]. 2009 [cit. 9. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.londonair.org. uk/london/asp/virtualmaps.asp?view=mapsi. 57
MICROSOFT VIRTUAL EARTH. Integrated Mapping, Imaging, Search and Location Web Service [online]. 2009 [cit. 5. března 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www. microsoft.com/virtualearth/i. MLAVEC, Jiří, VOLDÁN, Petr. Virtuální divadlo [online]. 2009 [cit 25. února 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://divadlock.ic.cz/i. MORAVSKOSLEZSKÝ KRAJ. 3D model ortofotomapy Moravskoslezského kraje [online]. 2008 [cit. 15. září 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://verejna-sprava. kr-moravskoslezsky.cz/mapy_3d.htmli. NASA. World Wind 1.4 [online]. 2008 [cit. 5. března 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://worldwind.arc.nasa.gov/i. PKMODEL. 3D printer [online]. 2008 [cit. 12. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://pkmodel.cz/3Dprinter.htmli. PLASTICKÉ MAPY. Plastické a pohledové mapy [online]. 2009 [cit. 2. února 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.plasticke-mapy.cz/i. PROMICRA. True 3D Viewer [online]. 2006 [cit. 14. září 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www.promicra.cz/produkty-true-3dviewer.phpi. REVIEWSPRING. 3D LCD Monitors [online]. 2008 [cit. 11. listopadu 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www.reviewspring.com/3d-lcd-monitors-a80.phpi. SISTEMA CAD. Instalace MicroStation95 v operačním systému Linux [online]. 2008 [4. července 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://ustation.ru/articles/stat04. htmli. SKYLINE GLOBE. Terra Explorer [online]. 2008 [cit. 2. února 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.skylinesoft.com/SkylineGlobe/corporate/Products/ TerraExplorer.aspxi. ŠTEFEK, Martin. Rapid Prototyping s 3D tiskárnami CONTEX [online]. 2007 [cit. 12. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.designtech.cz/c/it-reseni/ rapid-prototyping-s-3d-tiskarnami.htmi. TAYLOR, Frank. Google Earth Blog: Virtual Earth 3D Comparisons with Google Earth [online]. 2007 [cit. 11. listopadu 2008]. Dostupné na WWW: hhttp://www. gearthblog.com/blog/archives/2007/05/virtual_earth_3d_com_1.htmli. UST. Jerusalem’s Temple Mount [online]. 2008 [cit. 2. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.ust.ucla.edu/ustweb/Projects/Israel/USpress1_327. htmi. 58
VTP. Virtual Terrain Project [online]. 2009 [cit. 5. března 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://www.asprs.org/resources/software/review-09-2001/index.htmli. WIKIPEDIA. Holography [online]. 2009 [cit. 9. ledna 2009]. Dostupné na WWW: hhttp://en.wikipedia.org/wiki/Holographyi. WVVEL. Projects [online]. 2007 [cit. 4. července 2008]. Dostupné na WWW: hhttp: //wvvel.csee.wvu.edu/projects_scan.htmli.
59
Přílohy Seznam příloh • Vázané přílohy Příl. 1. Pohledová galerie modelu UKB • Volné přílohy - DVD Příl. 2.1. Text práce [maly dp.pdf] Příl. 2.2. Podrobný model [ukb.rar] Příl. 2.3. VRML scéna podrobného modelu [ukb.wrl] Příl. 2.4. Přeletová animace podrobného modelu [ukb.avi] Příl. 2.5. Zjednodušený model [ukb zjednodusene.sxd] Příl. 2.6. VRML scéna zjednodušeného modelu [ukb zjednodusene.wrl] Příl. 2.7. Přeletová animace zjednodušeného modelu [ukb zjednodusene.avi] Příl. 2.8. 3D PDF [ukb zjednodusene.pdf] Příl. 2.9. KML soubor [ukb zjednodusene.kmz]
Příl. 1.
Prostranství mezi BHA04 a BHA05
60
Pohled na Morfocentrum a Medipo od jihovýchodu
Vstupní pavilon a přiléhající koridor
Parkoviště pod pavilonem „Zvířetníkÿ
Klidová zóna „Modré etapyÿ
Volné prostranství s lavičkami
Pohled od severozápadu
Budovy „Modré etapyÿ a Ilbit s lávkou přes silnici
Autobusová zastávka ve směru do centra
Parkoviště na východní straně areálu
Propojující cesta pod hlavním koridorem
