v prostředí Internetu

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Provozně ekonomická fakulta

3D modelování rozsáhlých území v prostředí Internetu Diplomová práce

Vedoucí práce: Mgr. Jitka Machalová, Ph. D.

Brno, květen 2007

Bc. Jitka Malcová

Ráda bych poděkovala paní Mgr. Jitce Machalové, Ph.D., vedoucí mé diplomové práce, a Ing. Romanu Vrbovi, kteří mně během práce na tomto projektu pomáhali svými radami a ochotně poskytovali konzultace. Dále bych ráda poděkovala firmě ARCDATA Praha s. r. o. za laskavé zapůjčení softwaru Leica Virtual Explorer a panu doc. Ing. Dr. Jiřímu Rybičkovi za tvorbu sazebního stylu pro bakalářské a diplomové práce.

Čestně prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracovala samostatně. Všechny prameny a literaturu, které jsem při vypracování používala nebo z nich čerpala, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj.

Brno, 25. 5. 2007

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

4

Abstract Malcová J., 3D visualization of large area in Internet. Diploma thesis. Brno, 2007. Recently the popularity and using models of virtual reality increases. New technologies in 3D visualization of geospatial data are created. These technologies are available for all users, not only specialists, but also to general public. The thesis deals with issue of 3D visualization and distribution of geospatial data of large area in Internet. In the first part is described issue of digital models of terrain and basics of computer graphics and 3D visualization. In the next part is a description and comparision of some suitable tools for modeling of geospatial data, using ArcGIS Server and Leica Virtual Explorer programs. The example of practical use is given on the model of campus of Mendel University of Agriculture and Forestry Brno (MUAF) in both tested programs.

Abstrakt Malcová J., 3D modelování rozsáhlých území v prostředí Internetu. Diplomová práce. Brno, 2007. V poslední době dochází ke zvyšování popularity a následnému používání virtuálního modelu reality. Vznikají nové technologie ve 3D zobrazování geodat a zpřístupňují se všem uživatelům, nejen specialistům, ale i široké veřejnosti. Práce se věnuje problematice 3D modelování a distribuci geodat rozsáhlých území v prostředí Internetu. V úvodní části je popsána problematika digitálních modelů terénu a základy počítačové grafiky i 3D modelování. V následující části je popis a srovnání některých vhodných nástrojů pro modelování geodat, především programy ArcGIS Server a Leica Virtual Explorer. Příklad praktického použití je uveden na modelu areálu univerzity Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně (MZLU) zpracovaný v obou testovaných programech.

5

OBSAH

Obsah 1 Úvod a cíl práce 1.1 Úvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Cíl práce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 7 7

2 Současný stav 3D modelování reálných 2.1 Geografické informační systémy . . . . 2.1.1 Modelování . . . . . . . . . . . 2.1.2 Činnosti v rámci projektu . . . 2.1.3 Vstup dat do GIT . . . . . . . 2.1.4 Výstupy z GIT . . . . . . . . . 2.1.5 Využití GIT . . . . . . . . . . . 2.2 Digitální model terénu . . . . . . . . . 2.2.1 Zdroje dat pro DMT . . . . . . 2.2.2 Analytické úlohy nad DMR . . 2.2.3 Využití DMT . . . . . . . . . . 2.2.4 Geoweb . . . . . . . . . . . . . 2.3 Počítačová grafika . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Vizualizace . . . . . . . . . . . 2.3.2 Trojrozměrné modely . . . . . . 2.3.3 3D modelování . . . . . . . . . 2.3.4 Počítačová animace . . . . . . . 2.3.5 Virtuální realita . . . . . . . . . 2.3.6 Formát VRML . . . . . . . . . 2.3.7 3D vizualizace . . . . . . . . . .

prostor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

8 8 9 9 10 11 12 12 13 15 16 17 18 19 20 20 21 21 23 24

3 Metodický postup 3.1 Postup práce . . . . . 3.2 Použitý SW . . . . . . 3.2.1 Grafický SW . 3.2.2 Geografický SW

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

25 25 25 25 29

4 Vlastní řešení 4.1 Získání dat . . . . . . . . . . 4.2 Tvorba modelů budov . . . . 4.3 Tvorba a zpřístupnění scén . . 4.3.1 ArcGIS Server . . . . . 4.3.2 Leica Virtual Explorer

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

33 33 33 34 34 38

. . . .

. . . .

. . . .

5 Diskuse 43 5.1 Ekonomické zhodnocení a aplikovatelnost na MZLU . . . . . . . . . . 44 6 Závěr

46

OBSAH

6

7 Literatura

47

8 Modely budov

49

9 Ukázky pracovních prostředí

59

10 DVD

64

1

ÚVOD A CíL PRÁCE

1 1.1

7

Úvod a cíl práce Úvod

Počítače jsou nedílnou součástí moderní společnosti. Už několik let dochází k rychlému rozvoji všech informačních a komunikačních technologií. Současně s jejich rozvojem dochází k jejich širšímu použití i v oblastech, kde se jimi dříve zabývali pouze profesionálové a odborné firmy. K tomuto velkému rozvoji dochází i v oblasti geografických dat. Snad každý z nás už se setkal s 3D modelem terénu, ať už ve formě plastového modelu vybraného území, který se používá ve školách nebo na úřadech například při prezentaci plánovaných změn na území města či obce, nebo s trojrozměrným prostorovým modelem ve virtuálních kinech, televizi nebo na počítači. Jejich využití je široké. Modely se používají v oblasti geodézie, geologie, geografie, na stavebních úřadech a firmách, vodním hospodářství i pro vojenské účely. Tyto modely se však ukazují v dnešní „technické a digitálníÿ době jako nedostatečné. Sestavení 3D modelů nebylo dříve příliš jednoduché, se současných rozvojem techniky, programů a dostupností Internetu si však může vlastní model vytvořit téměř každý. Na Internetu poskytují geografické firmy některá svá data zdarma nebo si je může člověk zaměřit pomocí dnes již hojně rozšířených přístrojů s GPS. Vyskytují se zde i programy, které umožňují jednoduchou tvorbu 3D modelu území, které člověka zajímá. Současně vznikají nové technologie ve 3D zobrazování geodat a nové možnosti zpřístupnění těchto dat nejen odborníkům, ale i široké veřejnosti. Každý má tak možnost sestavit si model přesně podle svých požadavků a oblasti zájmu. Základním předpokladem pro tuto práci je, že Internet je vhodné médium pro šíření 3D vizualizovaných oblastí. Jeho vhodnost v současnosti posiluje i to, že je stále dostupnější a rychlost připojení dostatečná pro přenosy velkých objemů dat.

1.2

Cíl práce

Cílem této práce je problematika 3D modelování a distribuce geodat rozsáhlých území v prostředí Internetu. Půjde o zjištění existujících nástrojů pro 3D modelování reálných objektů, způsoby prezentace 3D geodat na Internetu a o posouzení a vzájemné srovnání těchto přístupů ke zpracování 3D geodat. Součástí práce bude i realizace vlastního návrhu postupu tvorby 3D modelu areálu Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně.

2

SOUČASNÝ STAV 3D MODELOVÁNí REÁLNÝCH PROSTOR

2 2.1

8

Současný stav 3D modelování reálných prostor Geografické informační systémy

Informační systém (IS) obecně je uspořádaný souhrn prvků a činností spolu s jejich vlastnostmi a vztahy, který transformací dat vytváří informace pro uživatele (Rábová, 2003). Je to systém na uchovávání, znovuzískávání, spojování a vyhodnocování informací. Skládá se ze zařízení na zpracování dat, systému banky dat a vyhodnocovacích programů. Geografické informační technologie (GIT) obohacují obecný IS o prostorovou (územně identifikovatelnou) informaci provázanou na všechny atributově sestavené databázové sady. V ideálním případě jsou GIT plně integrovány do IS podniku, proto je lépe hovořit o geografických informačních technologiích (Machalová, 2004). IS, které jako součást obsahují GIT, jsou nazývány geografické informační systémy (GIS). Je ovšem těžké jednoznačně definovat GIS, protože existuje více různých ohnisek zájmu o GIS. Někteří autoři vidí GIS jako speciální případ informačního systému, jiní jako systém pro zpracování geografických údajů a někteří uživatelé především jako aplikaci, kterou používají na řešení problémů. Jako obecnou využíváme definici, kterou používá firma Environmental System Research Institute (ESRI) v materiálech ke svému systému ArcInfo: „Geografický informační systém je organizovaný souhrn počítačové techniky, programového vybavení, geografických dat a zaměstnanců navržený tak, aby mohl efektivně získávat, ukládat, aktualizovat, analyzovat, přenášet a zobrazovat všechny druhy geograficky vztažených informací.ÿ (ARCDATA PRAHA, 2007a) Pro bližší představu lze pojem geografický informační systém rozložit na jednotlivá slova s následujícím významem: • geo = jde o údaje vztahující se k Zemi, • grafický = grafická reprezentace dat (tisk nebo zobrazení mapy, výsledky analýz, atd.), • informační = sběr a ukládání dat, jejich analýza s cílem získat nové informace, • systém = soubor technických a programových prostředků, dat, pracovních postupů atd. do jednoho celku. Na GIT je možné pohlížet z různých stran. Lze identifikovat následující tři pohledy (Tuček, 1998): • GIT jako prostředek zpracování, tvorby a zobrazování map – práce s digitálními mapami a prezentace výsledků zpracování. • Databázový pohled – důležitá je především dobře navrhnutá a zorganizovaná databáze. Reaguje tak na potřeby inventarizace, shromažďování, třídění, selekci a prezentaci údajů. • Analytický pohled – představuje prostorovou analýzu, syntézu poznatků a modelování. Jde o tzv. „pohled informatikůÿ. GIT jako celek se skládají z několika součástí: • hardware (PC, digitizér, skener, ploter, tiskárna),

2.1

Geografické informační systémy

9

• software, • geografické údaje (více než 70 % nákladů spočívá v získávání údajů), • personální zdroje (projekt GIT může být úspěšný pouze tehdy, pokud má kvalitní obsluhu pro budování týmů, školení uživatelů, integraci nových technologií při změnách organizace, atd.). 2.1.1

Modelování

V geoinformatice se nezabýváme reálnými objekty jako takovými, ale jejich zjednodušenou reprezentací – modelem reality. Model je abstraktní konstrukce, ve které jsou části jedné domény – zdrojové, reprezentovány v jiné doméně – cílové. Účelem modelu je zjednodušit a abstrahovat zdrojovou doménu. Model je tedy zjednodušené zobrazení skutečnosti nebo části reality. Cílem modelování může být nejen snaha o poznání chování předlohy reálné povahy, ale může se jednat i o vytváření logických konstrukcí úplně abstraktního typu. Geografické informace jsou pro potřeby praktického použití reprezentovány pomocí dvourozměrných analogových modelů známých jako mapy. Mapa sama o sobě slouží k uložení údajů i k jejich prezentaci uživateli. Je to prostředek pro uložení velkého objemu prostorových informací. Avšak dvojitá úloha mapy, jako médium pro uložení i jako prostředek pro prezentaci, má mnoho omezení. Pokud má být mapa srozumitelná a čitelná, je objem údajů, které prezentuje, velmi limitovaný. V GIT na bázi počítače je uložení údajů odděleno od jejich prezentace. Údaje mohou být uloženy na vysoké úrovni detailu a potom kreslené na více generalizované úrovni a v různých měřítkách. V GIT se mapa stává jen jedním z prostředků prezentace. Stává se jedním z obrazů geografické databáze. Dva základní způsoby prezentace údajů v GIT (Tuček, 1998): • explicitní (rastrová) prezentace = mozaiková (tesselační), vychází z modelování pomocí polí – absolutního modelování prostoru, • implicitní (vektorová) prezentace, vychází z objektového – relativního modelování prostoru. V rastrových reprezentacích definujeme hodnotu sledovaných jevů v konkrétních polohách prostoru. Objekty jako takové neexistují. Ve vektorových datových modelech základní logické jednotky modelu v geografickém kontextu korespondují s čarami na mapě, reprezentují objekty jako jsou řeky, ulice, hranice ploch atd. Obraz (model) objektu je potom vytvořen z čar. 2.1.2

Činnosti v rámci projektu

Tvorba každého projektu v rámci GIT se skládá z několika etap, které je vhodné dodržet: • zhodnocení současného stavu, • stanovení cílů projektu,

2.1


10

• budování databáze, – navržení struktury databáze, – naplnění databáze (vstup údajů), – kontrola údajů a odstraňování chyb, • restrukturalizace nebo manipulace s údaji, • vykonání analýz a syntéz, • vytváření výstupů. 2.1.3

Vstup dat do GIT

Naplnění databáze je časově i finančně nejnáročnější a nejkomplikovanější krok v rámci projektu GIT. Cílem zaznamenávání údajů je dlouhodobé uchovávání naměřených (zjištěných) hodnot měření na nosiči informací. Zdroje dat lze rozdělit na primární a sekundární. Sekundární data vznikají zpracováním a vyhodnocením primárních dat různým způsobem, přičemž se zvyšuje jejich informační hodnota – obsah. Primární zdroje jsou tedy zdroje údajů, získané přímým měřením a zjišťováním na geografických objektech. Pokud jde o geometrickou část popisu, jedná se hlavně o výsledky geodetických měření různého druhu. V případě atributových údajů jde o výsledky přímého zjišťování – průzkumu ve formě vyčerpávajících zjišťování, ale častěji různých výběrových – statistických zjišťování popisných charakteristik objektů. Sekundární zdroje jsou údaje obsažené obzvlášť v kartografických podkladech nejrůznějšího druhu. Označení sekundární znamená, že byly primárně získány měřením či zjišťováním v procesu mapování – tvorby mapy. Druhotné kartografické zdroje lze použít jak pro geometrický, tak i pro atributový popis geoobjektů. Údaje, které již existují v digitální podobě, jsou považovány za druhotné, neboť byly různým způsoben odvozeny z primárních i sekundárních zdrojů. Proces vstupu údajů můžeme rozdělit na vstup geometrických údajů, vstup nebo definování topologických vztahů a vstup atributových údajů. Nejčastějším zdrojem informací pro GIT jsou existující mapy. Metody sběru dat: • V současnosti nejpřesnějšími a nejdokonalejšími zdroji geometrické části prostorových údajů jsou geodetická měření. • Fotogrammetrie uskutečňuje měření na fotografiích objektu nebo optických modelech objektu vytvořených z měřičských snímků. Předností je možnost zachytit pohyblivé objekty a možnost měření na snímcích opakovat, kontrolovat či doplnit. • DPZ (Dálkový Průzkum Země) je každé získávání informací o objektu zkoumáním z dálky, bez přímého kontaktu s ním.

2.1


11

• Manuální vstup přes klávesnici je pracný a výjimečně používaný způsob vstupu dat. Body a jejich souřadnice jsou zadávány ručně. Tato metoda je vhodná pro atributová data. • Digitalizace je nejčastěji používaný způsob vstupu údajů z mapových podkladů. Použitím specializovaných zařízení (tablet, digitizér) zjišťujeme souřadnice a polohu bodů. Údaje v analogové formě jsou tak převedeny do formy digitální. • Skenování je proces snímání libovolného grafického podkladu (map, obrazů). V prostřední GIS se na takto získaných snímcích musí před užitím provést různé úpravy, např. zavedení souřadnicového systému a vektorizace. • Konverze ze stávající databáze je dnes také hojně používanou metodou. Každý výrobce SW obvykle používá vlastní metody strukturování a ukládání údajů. Pro použití dat uložených v jiném formátu je třeba data transformovat, v horším případě je nutné údaje znovu zadat. Proto je v poslední době vyvíjena snaha o standardizaci. Při výběru konkrétního postupu pro vstup dat je třeba zvážit více okolností. Významné je, zda jsou materiály volně dostupné nebo za úplatu, jaká je kvalita a cena podkladů, roli hraje i hardwarové, softwarové i personální vybavení. Jednodušší postupy jsou méně náročné na vlastní vybavení, jsou ovšem pracnější. Naopak složitější postupy jsou náročné na vybavení, jsou ovšem produktivnější. 2.1.4

Výstupy z GIT

Výstupem z GIT jsou obvykle mapy. Mapa je v měřítku zmenšený a generalizovaný model reality s cílem zprostředkovat vybrané geoinformace. Mapy jsou dvojího druhu – analogové nebo digitální. Analogové jsou vytištěny na fólii nebo papíře a slouží k zobrazení geodat. Výstup je možné předem připravit a upravit dle konkrétních požadavků. K mapovému poli lze přidat další volitelné prvky jako jsou legenda, popisky, ohraničení, měřítko, typy a barvy čar a další doplňující údaje. Mezi výhody analogových map patří jejich dostupnost a nízká pořizovací cena. Mezi jejich nevýhody patří obtížnost aktualizace, omezený objem údajů, pevné měřítko. Digitální (elektronická) mapa je uložena v digitální podobě na paměťovém médiu. Zobrazuje se na monitoru počítače a využívá se především při vstupu a editaci údajů, zobrazování průběžných výsledků analýz, zobrazení části území, změně měřítka zobrazené oblasti, změně zobrazení prvků a způsobu popisu. Digitální mapa kombinuje více moderních technologií: GIS, digitální kartografii, multimédia (text, zvuk, video, animace) a virtuální realitu. Výhodami elektronických map oproti tištěným mapám jsou interakce s objekty v mapě (výběr objektů bodem, obdélníkem, polygonem nebo SQL dotazem a získání prostorové a atributové informace), podpora multimédií pro lepší vyjádření prostorové informace, interaktivní změna měřítka mapy a výřezu, možnost individuální tvorby obsahu map (vykreslování libovolných vrstev, vlastností jevu apod.), možnost změny kartografického zobrazení,

2.2

Digitální model terénu

12

měření vzdáleností a ploch na mapách, snadná aktualizace obsahu, snadná přenositelnost a v neposlední řadě zlepšení prestiže vydavatelů a uživatelů. 2.1.5

Využití GIT

Základním úkolem geografických IT je zprostředkovávat z geodat informace prostřednictvím prostorových analýz a umožnit vhodnou prezentaci (např. formou map). Dále se GIT využívají pro různé druhy analýz, které souvisejí s polohou, k sledování objektů a jejich pohybu či změn, k simulacím chování objektů v prostředí. Praktické užití GIT je velmi různorodé. Lze je využít např.: • ve státní správě a samosprávě (evidence majetku, parcel, nemovitostí), • při plánování dopravy (sledování pohybu vozidel, jízdní řády), • při správě inženýrských sítí (technické sítě, energetika, evidence majetku), • v kartografii (digitální zpracování map), • pro marketingové analýzy (analýzy trhu), • v urbanismu (tvorba územního plánu, strategického plánu), • v ekologii (vývoj krajiny, odpady), • v zemědělství, lesnictví (půda, hospodaření), • při modelování dynamických jevů v území (hydrologie, rizikovost liniových staveb), • pro integrovaný záchranný systém (hasiči, záchranná služba, policie), • pro armádu (modelování činnosti vojsk, pohybu objektů).

2.2


Digitální modely terénu jsou používány v geoinformatice zhruba od roku 1950. Od této doby se staly nedílnou součástí digitálního zpracování prostorových geografických informací. V aplikacích GIS poskytují příležitosti pro modelování, analyzování a zobrazování úkazů souvisejících s topografií a reliéfem. V literatuře se vyskytují odlišné metody chápání termínu digitální model terénu, ale následující klasifikace je nejčastější (Klimánek, 2006): • DTM – digital terrain model (DMT – digitální model terénu, DMR – digitální model reliéfu) popisuje zemský povrch ve smyslu holého povrchu bez vegetace a bez lidských výtvorů jako jsou budovy, mosty apod. • DSM – digital surface model (DMP – digitální model povrchu) popisuje zemský povrch ve smyslu prvního průsečíku projekčního paprsku, tzn. že zahrnuje body na budovách, vegetaci apod. • DEM – digital elevation model (DVM – digitální výškový model) popisuje 2,5D rastrový model, který obsahuje výškové body ve vztahu k referenčnímu povrchu, často bez omezení toho, co objekty reprezentují. Tento termín tak charakterizuje spíše modelovací techniku, než data, která DEM popisuje.

2.2


13

Proces terénního modelování zahrnuje tyto základní kroky: • Manipulace DMT – modifikace a „čistěníÿ, odvozování dílčích modelů. • Interpretace DMT – analýza, získávání informací z modelu. • Vizualizace DMT – grafické ztvárnění modelu a odvozených informací. • Aplikace DMT – vývoj vhodné aplikace pro specifické disciplíny.

Obr. 1: Hlavní úkoly při modelování terénu (Klimánek, 2006)

2.2.1

Zdroje dat pro DMT

Stejně jako ve všech GIS má na kvalitu výsledného digitálního modelu terénu největší vliv výběr datových zdrojů, rozmístění a metoda sběru dat. Jak již bylo zmíněno, zdrojová data lze rozdělit na primární a sekundární. Primární data jsou obvykle získávána pozemním měřením nebo technologiemi dálkového průzkumu Země. Za sekundární data jsou považována již existující digitální data nebo zdigitalizované analogové podklady. Často se ale při získávání zdrojových dat kombinuje více postupů, aby se dosáhlo větší přesnosti vytvářeného DMT. Obecně je možné rozdělit problematiku zdrojových dat na oblast pozemních měření a na oblast DPZ. Principiálně se od sebe liší způsobem měření polohy a zaznamenáváním atributu (např. výšky) k této poloze. Pozemní měření lze rozdělit na geodetická měření a měření přes družicové polohové systémy (Klimánek, 2006). Geodetická měření patří k nejpřesnějším, ale zároveň nejpracnějším metodám získávání vstupních dat. Nejdříve dojde k zaměření polohových souřadnic vrcholů polygonových pořadů, u kterých je nivelací určena nadmořská výška. Poté jsou jednotlivé body terénního reliéfu zaměřovány tachymetrií, kdy dochází k současnému určování polohy (vyjádřené polárními souřadnicemi) i výšky (trigonometricky). Důležité je zejména zaměření bodů vystihujících charakteristické prvky reliéfu terénu v závislosti na měřítku mapování. V současné době významně zefektivňují práci totální stanice, zejména díky následnému zpracování na výkonných počítačích s příslušným geodetickým softwarem. Přes pracnost získávání jsou ovšem tato data stále nezbytná zejména v oblasti stavební činnosti. Historie globálních navigačních satelitních systémů (GPS) sahá do poloviny 60. let 20. století. Počátkem 70. let jsou budovány dva systémy nové generace. V USA

2.2


14

to byl projekt GPS – NAVSTAR (Global Positioning System – Navigation System using Time and Ranging) a v SSSR projekt GLONASS (Globalnaja Navigacionnaja Sputnikovaja Sistěma). V dnešní době je s velkou převahou používán pouze systém GPS. V USA ještě existuje systém OMNITRACS firmy Qualcomm, který je využíván na kontinentálním území USA ke sledování vozidel. Obdobou tohoto systému je EUTELTRACS v Evropě. Ve stádiu budování se nyní nachází evropský systém GALILEO jako konkurence GPS.

Obr. 2: Ortofotomapa Brna a okolí

Při dálkovém průzkumu Země jsou využívány tři metody: fotogrammetrická analýza, radarové snímání a laserové snímání (LiDAR). K fotogrammetrické analýze je zapotřebí dvojice leteckých nebo družicových snímků se stereoskopickým překryvem (obvykle 60–80 %) a nezbytné přístrojové vybavení (stereoplotr nebo digitální fotogrammetrická stanice). Polohová i výšková přesnost je přímo úměrná měřítku snímku, prostorovému rozlišení snímku a přesnosti, s jakou jsou známy souřadnice vlícovacích bodů použitých pro triangulaci. Zjištění přesné výšky je obtížné na místech, kde pozorovatel nevidí terén kvůli husté vegetaci nebo budovám, případně když je snímek znehodnocen oblačností. Systém laserového snímání je založen na principu analýzy svazku laserových paprsků, který je vysílán z nosiče, pohybujícího se v určité vzdálenosti od snímaného objektu. U každého laserového paprsku, který je vyslán ze zdroje, je zaznamenána jeho aktuální poloha v prostoru pomocí diferenciální GPS a inerciální navigace. Paprsek dopadne na objekt a odráží se v podobě echa zpět k senzoru, přičemž je změřena vzdálenost, kterou urazil. Laserové snímání klade vysoké nároky na zpracovatelské možnosti disponibilní techniky.

2.2


2.2.2

15

Analytické úlohy nad DMR

Interpretací (analýzou) modelů terénu je možné získat řadu cenných informací ve formě atributů, vztahujících se k povrchu reálného terénu. Tyto analýzy mohou probíhat ve dvou rovinách, častěji se však vyskytují v obou následujících kombinacích. Jde o vizuální (grafickou) interpretaci nebo se jedná o čistě kvantitativní analýzu, kdy výstupy mohou být použity v ostatních složkách GIS nebo jsou vstupem do dalších modelů (Klimánek, 2006). DMT jsou sice běžnou součástí geoinformačních systému a jejich digitálních databází, ale získávání informací z nich vyžaduje specializované techniky, které jsou odlišné od postupů běžně používaných pro práci s geodaty. Analytické úlohy prováděné nad digitálními modely reliéfu lze rozdělit do následujících skupin (Rapant, 2005): • objemové výpočty, • analýzy viditelnosti, • analýzy orientace a velikosti sklonu svahů, • analýzy drenážních sítí, odtokových poměrů, povodí apod. 2.2.2.1 Objemové výpočty Jednou z běžných analýz prováděných na digitálních modelech reliéfu jsou objemové výpočty. Například při návrhu nové dálnice je mnohdy nezbytné přemístit velké objemy hornin, a to ať už při vytváření zářezů v existujícím terénu nebo při vytváření náspů. Rovněž je možné pomocí DMR spočítat objem přehradní nádrže, objem vydobyté horniny, objem odpadů navezených na skládku, objemové změny v důsledku eroze půdy apod. Většinou se postupuje tak, že se počítá objem prostoru omezeného dvěma povrchy nebo objem prostoru omezeného digitálním modelem reliéfu a danou referenční úrovní. 2.2.2.2 Analýzy viditelnosti Při analýzách DMR lze řešit i otázky viditelnosti, tj. lokalizaci a zjištění velikosti oblasti terénu, viditelné z určitého bodu. Takovéto analýzy jsou velice užitečné pro potřeby navigace, hodnocení vzhledu krajiny, vojenského hlídkování a průzkumu, pro generování map viditelnosti při analýzách rozmístění různých zařízení (např. rozhledny, vysílače, . . . ). Existují však i pokročilejší varianty, které řeší otázky typu: Jak rozmístit vysílače a jak mají být vysoké, aby bylo pokryto co největší území při zachování daného rozpočtu, případně jak pokrýt celé území s co nejnižšími náklady? Pro analýzu viditelnosti lze použít jak rastrové, tak i vektorové DMR. Výsledky získané z rastrového DMR obvykle nedosahují potřebné kvality, protože jako viditelná jednotka je zde používána celá buňka mřížky. A to přináší známé problémy: čtyři body obvykle neleží v rovině a výsledek analýzy viditelnosti buňky je proto velice zjednodušený. Proto je pro účely analýz viditelnosti vhodnější TIN model (Trianguled Irregular Network – trojúhelníková nepravidelná síť).

2.2


16

2.2.2.3 Analýzy orientace a velikosti sklonu svahů Analýzy orientace a velikosti sklonu svahů se snáze provádějí nad DMR typu TIN. Každá trojúhelníková ploška představuje rovinu, pro kterou lze poměrně snadno určit její spádnici (a z ní sklon svahu) i normálu, která umožňuje určit orientaci svahu. V případě DMR typu grid se pro určování hledaných parametrů zpravidla používá klouzavé okno velikosti 3x3 buňky. Z výšek okrajových buněk okna se určují hledané parametry pro centrální buňku. Tento typ analýz má velký význam pro územní plánování a pro architekturu krajiny. V územním plánování umožňuje vymezit oblasti vhodné pro daný způsob využití území jako je například výstavba vinic, obytných a průmyslových zón apod. V případě architektury krajiny umožňuje hodnotit ohrožení území erozními účinky stékajících vod a na základě těchto informací navrhnout vhodná protierozní opatření, která území ochrání a přitom do něj vhodně zapadnou. 2.2.2.4 Analýzy sítí Při těchto analýzách je cílem zjistit poměry modelovaného území, odvodit průběh trasy kumulovaného odtoku srážek z území, zjistit plochy povodí a průběhy rozvodnic, případně i vyhledat uzavřené deprese v území, která se budou při stékání srážek postupně zaplňovat a teprve poté dojde k přetoku a odtoku srážkových vod dále. Tyto analýzy lze provádět jak na modely typu TIN, tak i grid. V případě typu grid jsou postupy provádění analýz jednodušší a jejich přesnost je přitom obvykle dostačující. 2.2.3

Využití DMT

Využití DMT je podobné jako využití GIT. V tomto odstavci se více rozepíšu o konkrétních možnostech. V současné době je využití DMT velmi rozsáhlé, protože nástroje pro jejich tvorbu a analýzy jsou běžnou součástí softwaru pro GIS. Z hlavních oblastí aplikace DMT je možno vylišit tyto: • Geoinformační technologie – v oborech jako je geodézie, GIS a DPZ je základním požadavkem přesnost DMT, protože jsou na něm založeny další operace s obrazovými daty. • Stavební inženýrství – je typickým uživatelem DMT, jak v oblasti plánovací (směrová a výšková vedení tras, kalkulace přesunu hmot, těžební činnost, šíření radiového signálu apod.), tak v oblasti vizualizace výsledků této činnosti v krajině. • Hospodaření s přírodními zdroji – jedná se o značně širokou oblast v oborech jako jsou zemědělství, lesnictví, meteorologie, logistika atd. Tyto obory kladou důraz zejména na analytické možnosti DMT (odhad potenciální půdní eroze, modelování klimatických veličin, pěstební a těžební strategie, optimalizace tras) a samozřejmě také na vizualizaci. • Přírodní vědy – tato oblast se týká zejména oborů jako jsou geologie, pedologie, geomorfologie, hydrologie a ekologie. Zabývá se především modelováním pří-

2.2


17

rodních procesů a jejich interpretací (půdní charakteristiky, modelování odtoku v souvislosti se záplavami, šíření znečištění, geomorfologické simulace a klasifikace apod.). • Vojenské účely – terén je prakticky nejdůležitější charakteristikou ve vojenství a je tedy v této oblasti kladen důraz jak na pořizování vstupních dat (v globálním i lokálním měřítku), tak na jeho analýzy (logistická podpora, fotorealistická vizualizace bojiště, analýzy dostupnosti a dohlednosti, optimalizace tras, letové simulátory apod.). 2.2.4

Geoweb

Rozvoj služby WWW (World Wide Web) přinesl především možnost zpřístupnění informací velkému počtu potenciálních uživatelů. Geoinformatika a geoinformační technologie nemohly zůstat stranou hlavního proudu informační dálnice, vedoucí přes Internet a především službu WWW. Proto byly vyvinuty technologie a postupy, které umožňují zpřístupnění geodat v prostředí webu. Vznikla tak nová kvalita poskytování služeb na Internetu. Tuto skutečnost dobře vystihuje označení geoweb. Geoweb navíc umožňuje prostorová data a informace nejen zpřístupňovat, nýbrž také zpracovávat prostřednictvím různých služeb, přístupných opět v prostředí Internetu. Zpřístupnění a analýza geodat prostřednictvím webu minimalizuje náklady na vybavení počítačů koncových uživatelů a umožňuje tak rozšířit jednoduchým způsobem počty těchto uživatelů.

Obr. 3: Organizační schéma geowebu (Rapant, 2005)

Webové služby v prostředí geowebu můžeme rozdělit do několika kategorií (Rapant, 2005): • Služby pro zpřístupňování geodat – do této kategorie patří služby, které jsou užívány pro zpřístupňování různých geodat, zpravidla v podobě map, používaných buďto pro potřeby vizualizace jako podklad pro zobrazování jiných geodat

2.3

Počítačová grafika

18

nebo jako datové sady vstupující do analýz. Těmto službám se někdy také říká mapové servery nebo mapové služby. • Služby pro zpracování geodat – tyto služby zpřístupňují uživateli různé nástroje pro zpracování prostorových dat, jako jsou například transformace souřadnic, změny formátu nebo různé analytické funkce. Každá služba má jasně definovaný formát vstupních dat a popřípadě i parametrů, které ovlivňují způsob provedení dané operace, a také formát výstupních dat. Služby je možné řetězit, navazovat je na mapové servery a vytvářet ucelené aplikace, které se však neprovádějí na lokálním počítači, nýbrž distribuovaně v prostředí Internetu. • Katalogové služby – představují nástroj umožňující jednak sestavovat seznamy datových sad a služeb dostupných v prostředí Internetu spolu se základními metadaty o nich, jednak vyhledávat v těchto seznamech datové sady a služby odpovídající požadavkům uživatele nebo požadavkům jiné služby. • Služby pro vytváření aplikací – umožňují uživateli zadat požadavek na komplexní zpracování a případně i zadat postup zpracování a tato služba sestaví datové zdroje a služby tak, aby jejich postupným provedením získal uživatel požadovaný výsledek.

2.3


Základem modelování je tvorba obrazu na základě jeho geometrického popisu. Je třeba popsat objekty, které mají být zobrazovány, ať již mají dvourozměrný nebo trojrozměrný charakter. Tyto objekty jsou posléze podrobovány různým transformacím a operacím a nakonec převedeny do podoby (rastrového) obrazu. Ten může být dále upravován. Všechny prostředky, které jsou k těmto operacím potřeba, zahrnuje počítačová grafika.

Obr. 4: Způsoby zpracování informací grafického charakteru (Žára a kol., 2004)

Obecně lze počítačovou grafiku rozdělit na dvourozměrnou (rovinnou, 2D) a trojrozměrnou (prostorovou, 3D) grafiku (Žára a kol., 2004). S dvourozměrnou grafikou se setkáváme například při tvorbě publikací (Desk Top Publishing) nebo při návrhu reklamních letáků, novin, časopisů. Dnes už prakticky neexistuje dokument, který by v některé fázi zpracování neprošel počítačem. Prostředky rovinné grafiky se

2.3


19

používají při vytváření prezentací, webových stránek, jsou využívány při zpracování digitálních fotografií, videa a tvorbě filmových triků. Za základní dvourozměrné objekty jsou považovány úsečky, lomené čáry, kružnice, elipsy, mnohoúhelníky, křivky a textové řetězce (Žára a kol., 2004). Tyto objekty se nazývají základní grafické prvky a mají buď liniový nebo plošný charakter. Podle typu zobrazovacího zařízení jsou výsledkem algoritmů pro kresbu grafických prvků buď posloupnosti bodů (pixelů) nebo posloupnosti úseček. V případě matice bodů, kde každý nabývá hodnot podle typu obrazu, získáváme rastrový obraz. Druhý typ algoritmů vytváří obraz vektorový. 2.3.1

Vizualizace

Pojmem vizualizace označujeme jakýkoliv postup, při němž vyjadřujeme nějaké hodnoty nebo vztahy pomocí obrázků. Jde o formu sdělení, která je názorná. V užším slova smyslu chápeme vizualizaci jako sadu nástrojů a postupů, sloužících k vizuální analýze dat, tedy o celý proces zkoumání dat a informací po jejich převedení do grafické podoby. Cílem vizualizace je pochopení zkoumaných jevů a jejich vnitřních vztahů. Prostředkem jsou interaktivní zobrazení (Žára a kol., 2004). Pro vizualizaci je typické zejména velké množství často vícerozměrných dat. Z toho vyplývají velké nároky na výkon algoritmů i výpočetních systémů.

Obr. 5: Historická mapka (Žára a kol., 2004)

Za první použití vizualizace k vědeckým účelům je považován kartografický snímek doktora Johna Snowa z roku 1855. Při výzkumu epidemie cholery v Londýně a hledání zdroje nákazy si pomohl plánkem, kde si zaznačil všechny mrtvé. Zjistil tak, že všechny oběti braly vodu z jedné studny, která byla znečištěná (Žára a kol., 2004).

2.3


2.3.2

20

Trojrozměrné modely

V počítači lze prezentovat také objekty, které mají určitý objem. Jde o těleso, které je chápáno jako spojitý útvar, tvořený jedním celkem. Pro modelování lze využít klasických křivek a ploch. Trojrozměrný počítačový model nějakého objektu je možné získat v zásadě třemi způsoby (Žára a kol., 2004). První možností je získání trojrozměrného snímku objektu získaného přímo z geometrie reálného objektu. Ten lze pořídit za pomoci prostorového scanneru nebo pomocí rekonstrukce několika snímků z fotoaparátu. Tato metoda se s rychlým rozvojem digitálních fotoaparátů používá stále častěji. Těmto postupům se říká na obrazech založené modelování. Druhým způsobem pořizování modelů objektů je jejich interaktivní modelování. Animátor usedne k počítači a model vytvoří za pomoci myši, klávesnice, či dalšího vstupního zařízení ve speciálním grafickém programu. Tento postup je pracný, pořízená data jsou ovšem sémanticky správná. Poslední způsob získávání trojrozměrného modelu je jeho generování pomocí speciálního algoritmu. Tomuto postupu se říká procedurální programování. Je možné ho rozdělit do několika skupin podle různých kritérií. Procedurální modelování se zaměřuje na automatické generování objektů, které se vizuálně či chováním podobají objektům, se kterými se setkáváme v přírodě, např. rostliny, hory, krajiny, kameny, korály, stromy, exploze, simulace ohně, dýmu atd. 2.3.3

3D modelování

Existují dva základní způsoby, jak v prostoru vymodelovat model (Marvan, 2007): • pomocí objemového modelování, • pomocí modelování a plátování ploch. Oba způsoby mají své výhody a nevýhody, a tak se jednoznačně nedá říci, že jeden je lepší než druhý. Spíše záleží na jejich kombinaci a na volbě toho správného způsobu, pro ten který konkrétní model. Pro geometricky přesné modely je vhodnější objemové modelování, pro objekty prezentovatelné volnými křivkami jsou vhodnější plochy. V objemovém modelování existují tři základní způsoby, jak v prostoru vymodelovat objemový model: • pomocí objemových primitiv a Booleovských operací, • pomocí tvořících křivek a Booleovských operací, • kombinací předešlých dvou způsobů. Booleovské operace se dají přirovnat k matematickým operacím sjednocení, odečtení a průniku, jenže to celé probíhá ve 3D prostoru. V praxi to znamená, že tedy můžeme dvě a více již existujících těles sjednotit do jediného nového tělesa, nebo od jednoho tělesa odečíst jiné jedno (nebo více) těleso a tím nám opět vznikne těleso nové a nebo, v poslední variantě, necháme počítač sestrojit průnik všech námi vybraných těles. Pro tyto operace je nutné splnit následující podmínky:

2.3


21

1. Ve virtuálním prostoru musí existovat nejméně dva objekty. 2. Tato tělesa by se měla vzájemně alespoň dotýkat, když už ne naprosto pronikat. Modelování pomocí objemových primitiv představuje modelování pomocí základních tvarů určených pro tvorbu 3D scény. Většinou se jedná o kvádr, válec, kouli, kužel, klín, anuloid a text. Při vkládání tvaru do scény volíme nejprve typ objektu a pak se nás program postupně ptá na velikost, umístění a orientaci objektu v prostoru. Pomocí kombinací těchto tvarů skládáme složitější tělesa, která pak „scelujemeÿ za pomoci Booleovských operací. Druhým základním způsobem, kterak ve virtuálním 3D prostoru vytvořit nějaké těleso, je použít tvořící křivky tohoto tělesa a tyto pak „vytáhnoutÿ či „orotovatÿ do požadovaného tvaru. Booleovskými operacemi pak už pouze spojujeme jednotlivé díly budoucího tělesa v jeden celek. Nejčastějším způsobem je kombinace obou předchozích způsobů. Nutné je nejdříve pořádně se zamyslet, který prvek objektu vytvoříme jakým způsobem. Na konec všechno sjednotíme pomocí Booleovských operací. 2.3.4

Počítačová animace

Nejjednodušším příkladem animace je zobrazení dynamické scény, jehož výsledkem je posloupnost obrazů. Pohybovat se mohou objekty, které jsou součástí scény, případně kamery, které scénu snímají. Pokud hovoříme o počítačové animaci, jde především o pohyb, který ale může mít několik různých forem – od posouvání hrnku po stole, třepetání vlajky, tekoucí vodu po pohyb objektů ve scéně. Výhodou počítačové animace je možnost aplikace algoritmů stimulujících fyzikální jevy, jako je detekce kolizí, větru, proudění vody, zobrazení scény v závislosti na denní či roční době a podobně. 2.3.5

Virtuální realita

Cílem systémů pro virtuální realitu je poskytnout uživateli iluzi, že se nachází v umělém prostředí, nazývaném virtuální svět, virtuální scéna či virtuální prostředí. Prostředí virtuální reality je nejčastěji vytvořeno v paměti počítače, může však existovat i jako kombinace skutečného světa a počítačem doplněných objektů. Dosažení pocitu přítomnosti uživatele ve virtuálním světě se dociluje ovlivněním lidských smyslů, nejčastěji zraku a sluchu, vzácněji pak hmatu a v simulátorech rovnováhy. Svoji roli hraje i představivost a ochota uživatele přijmout představu světa prezentovanou počítačem. Tato ochota nemusí být nutně vědomá – smysly uživatelů se často podvědomě brání uvěřit informacím, které jsou jim z počítače prezentovány, neboť oproti skutečnosti je tato prezentace ne zcela dokonalá, případně je v částečném rozporu s dosavadními zkušenostmi z reálného světa. Chování jednotlivých součástí virtuálního světa by mělo být v souladu s fyzikálními zákony. Je například žádoucí, aby se těžké virtuální předměty pohybovaly pomalu nebo aby se rychlost a orientace pohybu uživatele ve virtuální realitě neměnily skokově.

2.3


22

Z hlediska počítačové grafiky jsou základem virtuální reality postupy v grafice běžně používané – tvorba modelů a scén, manipulace s nimi, pohyb v trojrozměrném prostoru a zobrazování v reálném čase. Tyto metody jsou umocněny použitím periferií, které zajišťují obrazovou, zvukovou a hmatovou interakci. Jde zejména o přilby se zabudovanými displeji, stereoskopické projekční plochy, snímače polohy v prostoru, hmatová zařízení a simulační kabiny. Virtuální realitu lze realizovat také bez speciálních zařízení, ovšem za cenu nižší kvality vjemu. Do virtuálního světa se můžeme dostat i přes obrazovku osobního počítače. K pohybu v tomto světě pak slouží klávesnice a myš. Aplikací z oblasti virtuální reality nazveme takový program, u něhož převládají následující vlastnosti (Žára a kol., 2004): • Reálný čas – zobrazování a interakce s uživatelem se provádějí takovou rychlostí, při níž se pohyb na obrazovce jeví jako plynulý. Za minimální rychlost se považuje 25 snímků za sekundu z důvodu setrvačnosti lidského oka. • 3D prostor – scéna a objekty mají trojrozměrný charakter nebo alespoň vytvářejí jeho iluzi. Scény jsou v této oblasti nazývány virtuálním světem či prostředím. • Navigace – uživatel neprohlíží scénu zvenčí, ale vstupuje do ní a prochází v ní po rozličných drahách (chodí, létá, skáče a mžikem se přesouvá). Při pohybu může na uživatele působit gravitace a jsou vyhodnocovány i kolize při nárazech do objektů. • Interaktivita – scéna obsahuje interaktivní objekty, s nimiž může uživatel přímo manipulovat a nebo jsou animovány podle předem daných scénářů či s ohledem na aktivitu uživatele. • Multimedia – často je využíván zvuk, ať již jako doplňující celkovou atmosféru scény na pozadí, nebo přinášející konkrétní informaci o vlastnostech objektů, s nimiž uživatel interaguje. Virtuální prostředí zahrnuje i použití videosekvencí a textur. Z těchto vlastností je nejdůležitější reálný čas. Plynulé zobrazení scény má přednost před zajištěním realistického vzhledu scény. Tuto skutečnost lze vysvětlit na příkladu televizního vysílání – lidé spíše přijmou horší kvalitu obrazu nežli trhavý a přerušovaný děj. Do virtuální reality lze zařadit několik typů aplikací. Do jednoduché virtuální reality řadíme aplikace, které nevyužívají speciální technická zařízení. K iluzi práce nebo pohybu ve virtuální realitě poslouží obrazovka počítače, prostorový zvuk dodají stereofonní reproduktory a ukazovací nebo uchopovací zařízení nahradí myš nebo klávesnice. Aplikace jednoduché virtuální reality lze provozovat na většině běžných počítačů, a proto naleznou široké uplatnění např. v zábavě (počítačové hry), vzdělávání (různé simulace) až po profesionální aplikace (výzkum, trénink, simulace). Dalším typem virtuální reality je rozšiřující virtuální realita. Aplikace tohoto typu kombinují informace ze skutečného světa s doplněnými prvky virtuální reality. Součástí systému bývá kamera, jejíž pozice a orientace je synchronizována s pohy-

2.3


23

bem uživatele, jehož pohyb je snímán senzory. Příklad využití je např. ve vojenství, instalaci elektrických rozvodů nebo při procházce historickými objekty, kdy je scéna doplněna o stavby, předměty nebo i osoby z minulosti. Třetím typem virtuální reality je pohlcující virtuální realita. Ta je vždy spjata se speciálními technickými zařízeními, která mají v co největší míře odříznout uživatele od vjemů skutečného světa a dodat mu zdání, že je zcela ponořen do světa virtuálního. Uživatel má zvláštní přilbu s brýlemi a sluchátky a často je umístěn ve speciální kabině, která se naklání nebo vyvolává pocit pádu či dostředivé síly. Uplatnění tyto aplikace nacházejí např. v herních centrech nebo trenažérech. 2.3.6

Formát VRML

Pro popis virtuálního prostředí a jeho interaktivních vlastností byla vyvinuta mezinárodní norma a publikována pod názvem VRML – Virtual Reality Modeling Language. Norma definuje jazyk pro popis virtuálních světů a současně formát souborů, v nichž se tyto světy ukládají a přenášejí po celosvětové síti Internet. VRML model je možné prohlížet přímo ve webovém prohlížeči, do kterého je pouze zapotřebí doinstalovat některý ze zdarma přístupných zásuvných modulů (např. Cortona VRML nebo starší, ale stále používaný Cosmo Player). Pluginy jsou dostupné pro všechny operační systémy. Po doinstalování zásuvného modulu je možné si VRML model stáhnout a prohlédnout ve svém počítači nebo prohlédnout přímo v prohlížeči bez stahování. Dynamika VRML souvisí s rychlým rozvojem Internetu, růstem výkonnosti počítačů a voláním uživatelů po univerzálním prostředku pro popis prostorových dat určených pro zobrazování v reálném čase. Základní charakteristika VRML (Žára, 1999): • Scéna je organizována do stromové struktury, která umožňuje skládat transformace a snadno vytvářet kopie dříve definovaných objektů. • Tělesa a další objekty jsou popsány pomocí hraniční prezentace a jsou tvořeny rovinnými ploškami. Na plošky lze mapovat jak textury statické (jpeg, gif, png) nebo dynamické (mpeg). • Scéna obsahuje většinu běžně používaných prvků jako jsou zdroje světla, předdefinované polohy a pohyby kamer či barevná mlha. • Přestože VRML není programovací jazyk, je možno editovat existující struktury a definovat nad nimi vlastní parametrizované objekty. Funkční vlastnosti nových objektů lze popsat jazyky Java a JavaScript. • Jazyk je zaměřen na prezentaci virtuální reality na webu. Scénu lze kombinovat ze souborů lokálních i přístupných přes web. Po síti lze sdílet 3D objekty, textury a zvuky a automaticky je ukládat do virtuálního prostředí. • Jazyk obsahuje prostředky pro popis animace objektů a interakce s uživatelem. Animace jsou založeny na lineární interpolaci klíčových hodnot. Pro interakce slouží různé senzory, reagující nejen na ukazovací vstupní zařízení, ale i na

2.3


24

pohyb uživatele. Interakce a další dynamické akce využívají pro synchronizaci principu tzv. událostí. • Scéna popsaná pomocí VRML se ukládá v textovém formátu. Soubory mají příponu .wrl. Pře uložením do souboru je povoleno komprimovat data programem gzip. Výhody jazyka VRML spočívají v jeho možnostech prohlížení trojrozměrného světa, nezávislosti na platformě, na níž je provozován, v dobré práci i při pomalých přenosových linkách, jeho rozšiřitelnost a dynamika objektů. Nevýhodou VRML je pomalé generování u rozsáhlejších scén nebo scén s mnoha texturami, nemožnost zobrazení běžné HTML stránky uvnitř VRML světa a nemožnost interakce s dalšími virtuálními osobami. 2.3.7

3D vizualizace

Současná výkonná výpočetní technika a dostupnější programové vybavení umožňuje poměrně jednoduchou, rychlou a finančně nenáročnou tvorbu 3D modelů s prostorovým vnímáním výšky. Největší rozmach zažívají internetové aplikace, které umožňují interaktivní pohyb v 3D modelech. Mezi nejpopulárnější patří Google Earth of firmy Google, která se podle podporovaných funkcí vyskytuje ve třech verzích – Free, Plus a Pro. Tato aplikace poskytuje družicové snímky, mapy, modely terénu a prostorových budov téměř celého světa. Do již hotových snímků mohou uživatelé přidávat a sdílet vlastní geografické informace, zakreslovat další útvary pro názornější popisy a komentáře. Aplikace Google Earth pracuje s jednotným formátem KML nebo komprimovaným KMZ. Od firmy Google je i program, který umožňuje tvorbu 3D objektů na povrchu v tomto formátu – Google SketchUp. Většina dalších programů umožňujících zpracování DMT je z oblasti GIS. Mezi tyto aplikace patří balík ArcGIS (s nadstavbou 3D Analyst) od firmy ESRI, Leica Virtual Explorer od firmy Leica, Inc., původní český GIS TopoL firmy TopoL Software, s. r. o., produkt firmy Golden Software Inc. s názvem Surface, systém Atlas od stejnojmenné české firmy a volně dostupný software GRASS.

3

METODICKÝ POSTUP

3 3.1

25

Metodický postup Postup práce

Stejně jako každý projekt GIT lze i doporučený postup na této diplomové práci rozdělit do několika kroků: • Prostudování problematiky digitálních modelů terénu. • Zjištění použitelného a dostupného SW pro problematiku 3D modelování budov a pro zobrazení 3D geodat. • Zajištění dostupných dat o budovách v areálu MZLU v Brně. • Získání geodat areálu univerzity a okolí případně celého Brna. • Návrh postupu tvorby modelu areálu MZLU v Brně. • Realizace modelu areálu univerzity. – Tvorba pomocných vrstev. – Tvorba 3D modelů budov. – Tvorba scén v programech ArcGIS a Leica Virtual Server. – Animace a tvorba prezentace modelu.

3.2

Použitý SW

Pro praktickou ukázku postupu tvorby 3D projektu a jeho zpřístupnění v síti nebo na Internetu budu potřebovat několik SW od různých firem. Požadovaný SW se dá rozdělit do dvou skupin podle účelu použití: grafický a geografický. Pro modelování jednotlivých budov areálu MZLU bude třeba grafický SW, ve kterém je možné vytvářet trojrozměrné modely. Ty budou později využity pro tvorbu reálného prostředí v geografickém SW. Požadavkem na tento SW je, aby jeho součástí byla serverová aplikace, která umožní výsledek prezentovat v síti nebo na Internetu. 3.2.1

Grafický SW

Pro modelování budov areálu univerzity budou použity dva různé programy, aby bylo možné alespoň základní srovnání. Program Rhinoceros v. 3.0 a program Google SketchUp v. 6.0. Každý z nich má své výhody i nevýhody, ale pro daný účel jsou oba vyhovující. Samozřejmě existují i další grafické programy pro 3D modelování, které je možné využít, např. 3D MAX 7, Blender 2. Jediným kritériem je možnost exportu modelu do některého z formátů, které jsou podporovány SW pro zobrazování geodat. Formát WRML, který slouží k tvorbě a sdílení trojrozměrných modelů a scén nakonec nebyl použit, protože jej geografický SW Leica Virtual Explorer nepodporuje. 3.2.1.1 Rhinoceros v. 3.0 Rhinoceros je výkonný 3D program pro modelování volných ploch od americké firmy Robert McNeel & Assoc. Umožňuje tvořit, upravovat, analyzovat a převádět

3.2

Použitý SW

26

NURBS křivky, plochy a tělesa v prostředí Windows. Neexistuje omezení složitosti, stupně nebo velikosti modelu. Rhinoceros také pracuje s polygonovými sítěmi a mraky bodů. Je možné vymodelovat v podstatě jakýkoli tvar (Robert McNeel, 2007). Mezi jeho vlastnosti patří: • Přesnost potřebná pro tvorbu designu, výrobu prototypů a forem, analýzu a finální výrobu jakýchkoliv tvarů od šperku až po letadlo. • Kompatibilita se všemi aplikacemi pro design, kreslení, CAM, strojírenství, analýzu, renderování, animaci a ilustraci. • Snadnost obsluhy. • Rychlost dokonce i na obyčejném notebooku. Není vyžadován žádný speciální hardware. • Dostupnost. Program pracuje na běžném PC.

Obr. 6: Pracovní prostředí Rhinoceros

Program je komerční. Cena plné verze se v České republice pohybuje okolo 32 000 Kč. Studentská a učitelská licence stojí 6 600 Kč a školní multilicence 31 500 Kč. Je možné stáhnout i zkušební plně funkční verzi programu, která má

3.2

Použitý SW

27

pouze omezení v počtu ukládání. V této verzi Rhinoceros umožní uložit práci pouze 25×. Poté bude program stále funkční, pouze nebude možné ukládat rozdělanou práci a nebudou funkční pluginy. Na fakultě je program Rhinoceros nainstalován ve dvou učebnách. V Q08, která je využívána pro výuku a v Q04, která je v odpoledních hodinách volně dostupná studentům Provozně ekonomické fakulty. Výhodou programu je široká nabídka ovládacích prvků, možnosti exportu a importu velkého množství grafických formátů a lokalizace v češtině. Nevýhodou programu je především jeho cena. 3.2.1.2 Google SketchUp v. 6.0 Program SketchUp je původně od firmy @Last Software, kterou ale i s jejím produktem v březnu 2006 koupila společnost Google (Google, 2007b). SketchUp je dostupný ve dvou verzích: Google SketchUp Free a Google SketchUp Pro. Jak z názvu vyplývá, Google SketchUp Free je volný a dá se stáhnout z Internetu. Jeho ovládání a nápověda je v angličtině a pro tvorbu 3D grafiky obsahuje stejné nástroje jako plná verze. Zásadní omezení je v možnostech exportu modelu. Tato verze umožňuje export pouze do formátu, který je otevřitelný pouze v tomto programu. Není tedy možné model upravovat v jiných grafických programech. Některé programy geografických SW jej ale podporují. Pokročilejší verze SketchUp Pro však tento nedostatek odstraňuje. Umožňuje export do několika dalších běžně používaných grafických formátů. Kromě exportu do 2D obrázku několika formátů je možné 3D model vyexportovat do formátů .3ds, .dwg, .dxf, .kmz, .wrl, .fbx, .obj, .dae, .xsi. Tato verze je ovšem placená. Pro běžnou práci plně postačuje volná verze SketchUp. Pro případné exporty konečných modelů je možné využít zkušební verzi Google SketchUp Pro, která je omezena na 8 hodin používání. Verzi Google SketchUp Pro je možné získat i v češtině. Plnou lokalizovanou verzi, včetně tištěné české učebnice, je při stažení z Internetu možné koupit za 14 300 Kč. Pro tento produkt existuje také roční studentská verze za 1 500 Kč nebo školní síťová multilicence za 7 000 Kč (16licence) nebo za 12 000 Kč (30licence). Veškeré ovládací prvky a nápověda jsou v češtině. Největší předností SketchUpu je jedinečné prostředí, které umožňuje vytváření 3D objektů – hrany modelu ve 3D prostoru jsou kresleny stejně, jako tužkou na papír. Tzv. „inteligentní myšÿ automaticky rozpoznává druhy přímek a vyplňuje uzavřené tvary, s jejichž pomocí pak vytváří 3D geometrii. SketchUp uživateli umožní zaměřit se pouze na návrh, nikoliv na ovládání programu (3E Praha, 2007a). Ovládání programu je jednoduché. Proces tvorby 3D modelu probíhá v jednom okně a pro modelování se používá pouze několik základních funkcí: • Tlak/Tah – 3D geometrii lze rychle vytvořit vytažením nebo zatlačením 2D uzavřených tvarů a hran. • Materiály – vztahy mezi barvou, texturou, tvarem a světlem jsou poměrně komplikované a nelze je jednoduše odvodit z jednobarevných modelů nebo vzorků

3.2

Použitý SW

28

Obr. 7: Pracovní prostředí SketchUp

•

•

•

•

barev. Proto SketchUp umožňuje experimentování s barvami a texturami přímo na modelu. Stíny – pomocí této funkce získá uživatel přesnou představu o oslunění navrženého modelu v závislosti na zeměpisném umístění, ročním období i denním čase. Interaktivní řezy – rovina řezu umístěná do modelu se chová interaktivně. Lze ji následně posouvat a natáčet jako jakýkoliv jiný prvek modelu. Při posunu lze dynamicky odkrývat vnitřní detaily modelu. V některém z podporovaných formátů lze vygenerovat pohled 2D řezu pro další zpracování v jiném softwaru. Komponenty – slouží k oddělení konkrétní geometrie – prvku, části modelu – od zbývajícího. Komponenty jsou řazeny ve složkách a lze je použít na jiném místě modelu, případně také v jiném projektu. Pokud uživatel edituje jednu komponentu umístěnou ve výkresu, upraví se automaticky všechny výskyty této komponenty na daném modelu. Komponenty je možné stáhnout i z Internetu. Kótování a poznámky – jsou umisťovány na odkazových čarách dynamicky, jejich poloha i znění poznámky jsou dále editovatelné, kóty se chovají asociativně.

3.2

Použitý SW

29

• Import a Export – do SketchUpu lze importovat DWG/DXF formáty jako úvodní materiály pro zpracování 3D návrhu. Exportovat lze buď 2D obrázek do formátů .pdf, .eps, .bmp, .jpg, .tif, .png, .epx, .dwg, .dxf, nebo 3D model do formátů .3ds, .dwg, .dxf, .kmz, .wrl, .fbx, .obj, .dae, .xsi. Pro snadnější naučení a pochopení hlavních ovládacích nástrojů jsou vhodné videopříručky na stránkách výrobce (Google, 2007c) nebo na stránkách výhradního distributora a prodejce české verze SketchUp (3E Praha, 2007b). 3.2.2

Geografický SW

Pro zobrazení geografických dat areálu Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně budu používat programy dvou různých firem. Program ArcGIS od firmy ESRI a program Leica Virtual Explorer od firmy Leica Geosystems. Obě tyto firmy v České republice zastupuje především firma ARCDATA PRAHA. Od této firmy se mi také podařilo získat dvouměsíční zkušební verzi programu Leica Virtual Explorer na testování. 3.2.2.1 ArcGIS ArcGIS je produkt americké firmy ESRI (Environmental Systems Research Institute), která vznikla v roce 1969. Patří mezi největší světové výrobce software pro geografické informační systémy (ESRI, 2007a). ArcGIS je sada produktů, ze kterých je možné vystavět geografický informační systém podle potřeb uživatele. Poskytuje prostředky pro zajištění jakéhokoli GIS, od jednouživatelského až po rozsáhlý systém, který zpřístupňuje geografická data a analýzy nejen pracovníkům organizace, ale prostřednictvím Internetu i široké veřejnosti. Skládá se ze tří částí, které se liší podle místa použití: desktop, server a mobilní. ArcGIS tvoří následující software: ArcView, ArcEditor, ArcInfo, ArcGIS nadstavby, ArcReader, ArcSDE, ArcIMS a ArcGIS Server (ARCDATA PRAHA, 2007b). ESRI nabízí také software, který pokrývá většinu serverových potřeb pro GIS, ať už se jedná o poskytování dat nebo o samotné aplikační servery, které poskytují plnou funkcionalitu GIS pro Internet anebo intranet. První skupinu produktů zastupuje prostorová nadstavba ArcSDE, která spolupracuje s nejvýznamnějšími produkty v oblasti databázových serverů a která poskytuje také vlastní prostředky pro přístup k prostorově orientovaným datům. Do druhé skupiny patří aplikační mapový server ArcIMS s širokou škálou výstupů a možných klientů a dále ArcGIS Server, což je systém, který umožňuje provozovat centralizovaný GIS se schopnostmi desktopového GIS, ovšem bez nutnosti instalovat desktopový GIS na klientské systémy. ArcIMS ArcIMS je internetová technologie GIS, která umožňuje centrálně prezentovat a poskytovat mapy, data a služby GIS v prostředí intranetu či internetu. Uživatelé mo-

3.2

Použitý SW

30

hou přistupovat k datům a mapovým službám a poté je využívat společně s daty z místních či internetových zdrojů (ARCDATA PRAHA, 2007c). ArcIMS umožňuje zpřístupnění jakýchkoli dat GIS bez nutnosti programování. Internetové řešení ArcIMS je možné využít například pro tvorbu městských internetových stránek, které poskytují informace, jako jsou údaje o nemovitostech, informace o sběrných dvorech, vyhledávání ubytovacích zařízení, nejbližšího bankomatu, zastávky MHD atd., občanům, turistům, obchodníkům a dalším zájemcům. Prostřednictvím ArcIMS serveru mohou být poskytovány informace pro motoristy, např. aktuální stav silnic nebo informace o uzavírkách a dopravních nehodách. Pomocí této technologie je možné na Internetu zpřístupnit jakékoli informace, které mají geografický charakter. Uživatelům ArcIMS serveru je možné zpřístupnit i vektorová data, která si pak mohou stáhnout, uložit a začlenit do svého geografického informačního systému. ArcGIS Server ArcGIS Server je platforma pro tvorbu víceuživatelských, centrálně spravovaných aplikací, která přináší do oblasti serverů schopnosti dříve dostupné pouze prostřednictvím desktop GIS. S jeho použitím lze budovat webové aplikace či webové služby zajišťující plnou funkcionalitu GIS, jako například prostorovou analýzu dat a jejich správu. Funkcionalitu ArcGIS serveru lze rozšířit o nadstavby Network Extension, Spatial Extension a 3D Extension (ARCDATA PRAHA, 2007d). Klientem může být webový prohlížeč, ať už na PC či mobilním zařízení nebo klasická desktopová aplikace. Použití standardních vývojových prostředí a protokolů umožňuje integraci GIS do stávajících informačních systémů a díky podpoře Javy zde není omezení pouze na prostředí Microsoft Windows. Důležité je, že zpracování neprobíhá v počítači klienta, ale na serveru, což přináší nové možnosti při využití tzv. tenkých klientů, kdy uživatel nemusí být specialista na GIS, ale přesto mu je umožněno pracovat s prostorovými daty, může získávat jednoduše výsledky i složitých analýz s minimálními nároky na hardware. 3.2.2.2 Leica Virtual Explorer Leica Virtual Explorer (LVE) je komplexním nástrojem pro tvorbu a distribuci 3D scén. Umožňuje bezešvým způsobem pospojovat velké objemy prostorových informací do modelu Země a výsledek distribuovat kolegům jak vedle v kanceláři, tak vzdáleným tisíce kilometrů bez nutnosti jakéhokoli předzpracování dat. Uživatelé pak mohou využít širokou škálu nástrojů pro analýzy a editace vytvořených scén nebo alternativně spolupracovat s dalšími uživateli pomocí chatu, sdílet pohledy, poznámky či uživatelské vrstvy GIS (Leica Geosystems, 2007). Základní vlastnosti LVE: • prezentace realistických a přesných 3D scén prostřednictvím Internetu bez nutnosti předzpracování dat, • jednotné, snadno použitelné a intuitivní uživatelské rozhraní, • široká škála nástrojů pro vizualizaci a analýzu terénu,

3.2

Použitý SW

31

• pokročilé možnosti pro prostorové animace, • komplexní nástroje pro GIS analýzy, • podpora všech typů prostorových informací včetně komplexních a otexturovaných 3D modelů, • zobrazení filmů, obrázků a dalších podpůrných informací prostřednictvím prohlížeče, • úplná serverová administrace, • možnost distribuce dat na DVD a na základě souborů, • podpora spolupráce uživatelů. Leica Virtual Explorer je škálovatelné řešení, které podporuje jakoukoli úroveň šíření dat od jednoduchého desktop přístupu a distribuce na CD/DVD nosičích po živé internetové simultánní distribuce dat mnoha uživatelům. Leica Virtual Explorer je skladebný systém, který sestává z šesti samostatných produktů: • Leica Virtual Explorer Architect je 3D vizualizační program, který obsahuje nástroje pro tvorbu a zkoumání 3D scén. Scény je možné vytvořit z obrázků, vrstev GIS, terénů nebo dalších geodetických dat. Uživatel může vkládat animované objekty a vrstvy, spouštěče událostí i odkazy. Jakmile je scéna vytvořena, může být uložena a přidána na Leica Virtual Explorer Server pro zpřístupnění na web nebo publikována v závislosti na velikosti na CD nebo DVD. • Leica Virtual Explorer Client je volně šiřitelná aplikace, která umožňuje uživateli zkoumat 3D scény, ovládat zobrazení vrstev, zaznamenávat do scény oblíbená místa a vkládat různé poznámky. • Leica Virtual Explorer Pro Client je rozšířená klientská aplikace, která umožňuje vzdáleným uživatelům analyzovat 3D scény pomocí plného spektra analytických nástrojů a přidávat vlastní data do scény. • Leica Virtual Explorer Server slouží pro sdílení vytvořených 3D scén prostřednictvím datových sítí nebo na Internetu. Scény mohou být prohlíženy pomocí programu LVE Client nebo LVE Client Pro po celém světě. Součástí LVE Server jsou administrační nástroje, které umožňují nastavení klientů a přístupových práv ke každé scéně zvlášť. • Leica Virtual Explorer DVD slouží pro snadné převedení 3D scén do distribuovatelných souborů optimalizovaných pro šíření na CD nebo DVD. Vytvořené 3D scény lze pak prohlížet pomocí Leica Virtual Exploreru Client či Client Pro. • Leica Virtual Explorer Collaboration umožňuje uživatelům po celém světě společné prohlížení, analýzy a úpravy 3D scén v zabezpečeném či veřejném webovém prostředí. Doporučené hardwarové a systémové konfigurace pro počítače, na kterých běží LVE, jsou shrnuty v následující tabulce:

3.2

Použitý SW

Tab. 1: Doporučená konfigurace pro LVE

32

4

VLASTNí ŘEŠENí

4

33

Vlastní řešení

Po prostudování podkladů a shrnutí získaných poznatků byl zvolen postup vlastní tvorby 3D modelu. Pro rozhodování bylo důležité zvažovat i dostupnost dat, možnosti jejich získání a softwarové možnosti. Například laserové snímání nebo fotogrammetrie byly pro svou technickou náročnost a nedostupnost zamítnuty jako metody získávání dat pro účely této práce. Vlastní řešení této práce spočívá ve tvorbě praktické ukázky postupu vytvoření a publikování 3D scény na Internetu. Aby demonstrace byla smysluplná, byl pro tvorbu modelu použit areál MZLU. Celý postup je v této práci podrobně popsán, aby mohl sloužit jako návod pro další použití zvolených metod. Nejvýznamnějším výsledkem této práce je použitelný model skutečně existujícího objektu s řadou zajímavých a užitečných možností použití.

4.1

Získání dat

Pro tvorbu reálného modelu areálu MZLU v Brně jsem potřebovala získat především rozměry budov. Z univerzitních zdrojů jsem získala polygonovou vrstvu areálu MZLU, ze které se daly vyčíst přibližné údaje o rozměrech a výškách jednotlivých budov. Z Odboru informatiky Krajského úřadu Jihomoravského kraje se mi podařilo získat ortofotomapy a digitální model terénu celého Brna a okolí.

4.2

Tvorba modelů budov

Vlastní modely budov byly tvořeny ve dvou grafických programech, aby bylo možné jejich vzájemné srovnání. Vzhledem k cenám, dostupnosti jednotlivých programů a náročnosti na ovládání jsem nakonec pro většinu budov použila volnou verzi programu SketchUp. Podle požadavků geografického SW Leica Virtual Explorer na formát importovaných prvků jsem pro export hotových modelů do formátu .3ds použila zkušební verzi SketchUp Pro. Pro tvorbu a export modelu budovy Q byl použit program Rhinoceros. Grafické výstupy jednotlivých modelů jsou uvedeny v příloze. Program Rhinoceros poskytuje velké množství nástrojů pro tvorbu 3D objektů. Je tak možné vymodelovat i nejmenší detaily a různé tvary. Pracovní prostředí je přehledné, uživatel má při práci neustále možnost sledovat model ve čtyřech pohledech. Program je náročný na velkou přesnost a pečlivost práce. Velké množství dostupných funkcí si ale také vynucuje široké menu. Zvládnutí všech nástrojů však vyžaduje delší časovou přípravu a seznamování se s programem. Pro první práci s programem je vhodné použít některý z příruček pro začátečníky, které jsou dostupné na Internetu. Po vytvoření výsledného modelu budovy je nutné model vyexportovat do formátu .3ds, který podporují všechny GIS. Program SketchUp částečně splňuje podmínku volné dostupnosti pro uživatele na Internetu. Pracovní prostředí je jednoduché, uživatel při práci používá jedno okno, které zabírá scénu z perspektivy. Ovládacích nástrojů není mnoho a jejich

4.3

Tvorba a zpřístupnění scén

34

zvládnutí je jednoduché. Pro snazší pochopení funkce jednotlivých nástrojů jsou vhodné videopříručky na stránkách výrobce. K jejich zvládnutí stačí krátká doba, během několika minut může i nezkušený uživatel vytvořit jednoduchý 3D model. Po dokončení práce je nutné model uložit podle požadavků geografických programů. Pro práci s ArcGIS postačí uložení souboru ve formátu starší verze programu, tj. .skp ve verzi 5 případně 4, nebo do některého z dalších podporovaných formátů – 3DS Max (.3ds), OpenFlight 15.8 (.flt), VRML 2.0 (.wrl). Pro práci s Leica Virtual Explorerem volná verze nestačila a budovy bylo nutné vyexportovat ve zkušební verzi SketchUp Pro do formátu .3ds. Časová náročnost tvorby modelu závisí na tom, jak detailní modely jsou vytvářeny. Jednoduchá budova tvořená z kvádru a trojúhelníkové střechy s použitím textur, které jsou součástí programu, může být vytvořena během deseti minut. Při tvorbě dalších detailů, jako jsou např. okna, dveře, různé věžičky, výklenky, nebo komíny, záleží především na zkušenostech uživatele s programem a na jeho pečlivosti. Délka tvorby je tedy relativní. Dá se říci, že některé jednoduché modely byly vytvořeny za několik hodin, tvorba složitějších zabrala i několik dní.

4.3 4.3.1

Tvorba a zpřístupnění scén ArcGIS Server

Při přípravě scény a práci na univerzitním počítači jsem používala balík ArcDesktop verze 9.1. Kvůli licenčním problémům jsem instalaci ArcGIS Serveru 9.2 a zpřístupnění scény na Internet prováděla na Jihomoravském krajském úřadě. Instalace balíku ArcDesktop vyžaduje dva kroky. Prvním je instalace programu pro správu licencí (Licenční manager) a nahrání licenčního souboru. Druhým je instalace vlastního programu. Její průběh je obdobný, jako u dalších programů – potvrzení licenčního ustanovení, zvolení cesty pro instalaci a zvolení instalovaných prvků. Instalace programu ArcGIS Server odpovídá náročnosti programu a je třeba věnovat jí o něco více pozornosti. Po vložení instalačního CD se spustí úvodní obrazovka s nabídkou na instalaci několika verzí programu (ArcGIS Server Enterprise, Standard, Basic). Po vybrání správné verze se spustí vlastní instalace. Ještě před jejím počátkem je vhodné ukončit všechny aplikace ArcGIS a z instalačního CD instalovat .NET Framework 2.0, i když jej třeba v počítači již máte. Jiné verze jsou instalačním programem shledány jako nevyhovující a instalace bude zastavena. Během dalšího průběhu instalace je třeba souhlasit s licenčním ustanovením, zadat umístění programu, zvolit součásti, které si přejete nainstalovat a používanou platformu (.NET, Java). Po několikaminutovém kopírování a instalování souborů je nutné pro dokončení instalace zadat cestu k licenčnímu souboru, který jste obdrželi od firmy ESRI. Po úspěšném dokončení se spustí poinstalační procedura na nastavení několika účtů a hesel pro administraci a pro přístup k webovým aplika-

4.3


35

cím. Po skončení celého procesu je vhodné počítač restartovat a ve Správě počítače zkontrolovat, zda služba ArcGIS Server skutečně běží. Před vytvářením vlastní scény, kterou chceme zpřístupnit, je nutné připravit si vrstvy, jenž budou prezentovat jednotlivé objekty v modelu. Vlastní vytvoření vrstvy se provede v programu ArcCatalog. Jednotlivé body lze do vrstvy zaznamenat dvojím způsobem. Prvním je jejich zaměření pomocí GPS. Druhou možností je ruční zaznamenání. Při využití druhé možnosti je pro lepší orientaci a přesnější umístění prvků vhodné použít např. letecký nebo družicový snímek v dostatečném rozlišení. Pro ruční zaznamenávání jednotlivých bodů do vrstvy slouží program ArcMap.

Obr. 8: Dialog Symbology, nastavení Categories

V ArcGIS je možné vytvářet scény v několika programech. Dvourozměrné scény (mapy) se vytvářejí v programu ArcMap, trojrozměrné scény v nadstavbě 3D Analyst – v programech ArcScene nebo ArcGlobe. Se všemi programy se pracuje podobně. Pro zpřístupnění na ArcGIS Serveru je ale nutné projekt vytvořit v ArcMap nebo v případě trojrozměrné scény v ArcGlobe. Nejdříve je nutné do projektu vložit připravené vrstvy – rastrové, bodové, liniové, polygonové. Pro reálné zobrazení reliéfu se jim přiřadí výškový profil – Properties / Elevation / Layer floats independent of the globe surface, draped on:. Pro vkládání jednotlivých trojrozměrných modelů je nutná bodová vrstva. Ve vlastnostech vrstvy se bodům přiřadí konkrétní objekty. Může to být jeden stejný model pro všechny body, nebo je možné body rozlišit a v menu Properties / Symbology / Categories nastavit kategorie podle vhodné vlastnosti (ID, druh, výška, . . . ). Poté je možné jednotlivým bodům přiřadit vlastní objekty. Kliknutím na konkrétní bod v postranní liště vrstev se zobrazí menu pro volbu symbolu. Je možné použít již přednastavených symbolů firmy ESRI pod menu More symbols . . . . Další možností je po kliknutí na Properties vložení vlastního modelu. Zde je nutné v menu Type zvolit 3D Marker Symbol. Poté v dialogu Otevření souboru zadat cestu k danému modelu v některém z podporovaných formátů (.skp, .3ds, .flt, .wrl). V tomto dialogu je také možné nastavit velikost a otočení modelu. Je vhodné model umístit

4.3


36

Obr. 9: Vložení 3D symbolu v ArcGIS

potvrzením OK, zkontrolovat jeho polohu ve scéně a případně se do menu stejným postupem vrátit a vlastnosti upravit. Celý rozpracovaný projekt je vhodné pravidelně ukládat a případně v důležitých krocích i zálohovat. Zejména při práci se složitějšími modely se mohou vyskytnou problémy s pamětí a aplikace může být náhle ukončena. V některých případech pak nemusí jít poslední uložený soubor ani otevřít. Rozpracovaný projekt by pak byl ztracen. Tyto problémy se vyskytovaly jak ve verzi 9.1, tak ve verzi 9.2 a na počítačích různého hardwarového vybavení, od běžného uživatelského až po výkonný grafický stejně a nebylo možné je odstranit. Aby mohla být vytvořená scéna zpřístupněna, je nutné umístit ji na server, v tomto případě ArcGIS Server. Jsou dvě možnosti. Jednou je v programu ArcCatalog kliknout pravým tlačítkem na projekt s vytvořenou scénou (*.3dd) a zvolit Publish to ArcGIS Server. V následujícím dialogu je pak nutné zkontrolovat nastavení. Pro plynulé zobrazování je důležitá zejména záložka Caching. Pomocí tohoto dialogu se nastaví kvalita pro zobrazování dané scény a provede se tzv. cachování, uložení všech obrázků scény na disk. To umožní uživatelům na Internetu stejně rychlé nahrávání a plynulé zobrazování všech scén, jednoduchých i složitých. V závislosti na velikosti projektu jde však o několikahodinovou záležitost, která si spotřebuje plný výkon procesoru a zároveň vyžaduje hodně místa na disku.

Obr. 10: Dialog Publish to ArcGIS Server / Caching

4.3


37

Druhou možností je využít ArcGIS Server Manager. Tento program je umístěn v Start / Programy / ArcGIS Server, nebo je možné jej spustit klasicky v prohlížeči s adresou http://<server>/ArcGIS/Manager. Po přihlášení pod administrátorským účtem se objeví úvodní obrazovka pro správu ArcGIS Serveru.

Obr. 11: Úvodní obrazovka Managera ArcGIS Serveru; Services

Připravenou scénu publikujeme vytvořením nové mapové služby. Prvním krokem je umístění projektu na server. Kliknutím na Publish a map, globe or other GIS resource as a service na úvodní obrazovce, nebo přes Services / Publish a GIS resource se spustí průvodce, který uživatele provede celým procesem umístění scény na server. Na první obrazovce je třeba zadat umístění projektu a případný název projektu, pod kterým bude scéna na serveru uložena. Dalším krokem je vytvoření nové mapové služby. V případě publikování 3D scény jde o ArcGlobe Services. Proces spustíme v tabulce Services / Add New Services. Na první obrazovce se opět zadá název projektu a typ mapové služby. Na další obrazovce se zadá umístění projektu se scénou v počítači nebo na serveru a cesta k místu, kde je uložena cache projektu. Dále následují obrazovky, kde lze nastavit vlastnosti pro daný projekt – zda je přístup omezen nebo ne, kolik uživatelů může zároveň přistupovat ke scéně a celkový přehled nastavení. Po potvrzení poslední obrazovky se objeví seznam všech služeb, včetně nově vytvořené. Je nutné zkontrolovat, zda je služba spuštěna. Pokud není, spustí se zatržením požadované služby a kliknutím na Start. Na této obrazovce Services je také možné ovládat všechny služby – spouštět je, zastavovat nebo editovat. Jediná nevýhoda umisťování projektu na server přes program ArcGIS Manager je, že zde z neznámého důvodu není položka Caching a složitější scény se nemusí podařit po zpřístupnění touto metodou spustit. Dalším krokem zpřístupnění projektu je tvorba webové služby pomocí Create a web application. V průvodci zadáme název serveru, kde aplikace v budoucnu poběží a náš pracovní název aplikace. V dalším okně zvolíme typ mapové služby, kterou budeme zpřístupňovat a adresu serveru, na kterém je aplikace přístupná, např. http://<server>/arcgis/services. Pokud byla adresa zadána správně, zobrazí

4.3


38

se seznam služeb běžících na serveru. Pomocí Add přidáme službu, pro kterou aplikaci vytváříme. Poté zadáme další prvky jako titulek, barevné schéma, odkazy. Dále zvolíme, které prvky budou ve službě dostupné – obsah, náhled mapy, lišta nástrojů, směrová šipka – a případně upravíme jejich vlastnosti. Po potvrzení se objeví přehledové okno se všemi nastavenými vlastnostmi a adresou stránky, kde aplikace poběží. Proces se dokončí tlačítkem Finish. Běžní uživatelé, kteří si chtějí prohlédnout geodata umístěná na serveru, už v dnešní době nemusí na svém počítači mít nainstalován celý balík ArcDesktop. Stačí pouze z Internetu stažitelný prohlížeč ArcExplorer. Instalace je jednoduchá a rychlá, odpovídá určení programu pro běžné uživatele. Po spuštění programu se zadá název serveru s geodaty. Pokud jsou na něm spuštěny mapové služby, zobrazí se uživateli jejich seznam. Po vybrání konkrétního projektu se může uživatel v závislosti na rychlosti internetového spojení pohybovat scénou. 4.3.2

Leica Virtual Explorer

Dvouměsíční zkušební verzi Leica Virtual Explorer 3.1, určenou pro testování a studentské práce, jsem obdržela od firmy ARCDATA PRAHA. Instalace programu LVE je jednoduchá. Po vložení instalačního DVD se spustí úvodní obrazovka s nabídkou na instalaci kompletního LVE nebo pouze klienta. Při instalaci je třeba „odklikatÿ pouze několik obrazovek s licenčním ustanovením a uložením programu. Dále je možné si zvolit položky pro instalaci. Během instalace je také nutné zadat jméno a heslo, které bude používáno pro administraci serveru.

Obr. 12: Volba položek pro instalaci; Dialog zadání administrátorského jména a hesla

Po dokončení instalace programu je třeba ještě nahrát licenční soubor. Nejdříve se tak provede na serveru pomocí „dvojklikuÿ na tento soubor nebo přes program Licence Server Setup. Poté se v License Managementu na počítači (nebo jednotlivých počítačích v síti), na kterém bude některý z programů používán, nastaví název serveru s licencí. V případě, že server s licencí je současně i pracovní, použije se tlačítko Manage Local.

4.3


39

Tvorba vlastní scény probíhá v programu LVE Architect. V mém případě nebyly kromě ortofotomapy a modelu terénu nutné žádné připravené vrstvy. U větších a složitějších projektů by bylo možné využít již existujících liniových a polygonových vrstev (např. silnice, řeky, cyklotrasy, . . . ). Pokud by bylo třeba vytvořit nové vrstvy, bylo by nutné použít jiný geografický SW. Po otevření programu LVE Architect se objeví základní scéna, která představuje celou zeměkouli. Pro další práci je možné ji v programu ponechat případně otevřít nový čistý projekt.

Obr. 13: Přidání vrstev do projektu v LVE; Možnosti nastavení importované vrstvy

Dalším krokem je přidání vrstev do projektu. Vrstvy jsou rozděleny do tří základních skupin – rastrové (ortofotomapy), výškové (modely terénu) a vektorové (liniové, polygonové). Vrstvy je možné přidat přes menu File / Add Layer nebo kliknutím pravým tlačítkem v seznamu vrstev na požadovaný typ vrstvy a zvolit Add. Při vkládání vektorových vrstev se objeví nabídka způsobu importu. Je možné nastavit popisky, zda bude vrstva volně překrývat terén nebo bude pevně přichycena, nastavit způsob a výšku vytažení polygonových vrstev nebo jim přiřadit 2D symboly nebo 3D modely.

Obr. 14: Postup umístění 3D modelu do scény

Vlastní modely se do scény importují pomocí editační funkce Model placer. Po vyhledání modelu v jednom z povolených formátů v dialogu Otevření souboru se ve scéně zobrazí symbol vybraného modelu. Točením kolečkem myši nastavíme jeho velikost tak, aby odpovídala velikosti ve scéně, najedeme na místo, kam chceme model umístit a potvrdíme ”dvojklikem” na toto místo. Poté se zobrazí dialog s vlastnostmi

4.3


40

prvku, Features Properties, ve kterém je možné ještě upravit velikost a polohu modelu. Při změnách je důležité uvědomit si, že poloha prvku je zadána pomocí zeměpisných souřadnic. Vhodnou funkcí je i Drop to ground, po jejímž zvolení bude model umístěn tak, aby se dotýkal terénu. V prostorech s výškovými nerovnostmi tak může být jeho spodní část skryta pod povrchem. K vlastnostem jakéhokoliv prvku je možné se později kdykoliv vrátit volbou Attributes z menu Tools. Dalším zajímavým prvkem při tvorbě scén je tvorba vlastních dalších budov, zdí a lesů, které dotvářejí reálnost celého prostředí. Jsou dva způsoby.

Obr. 15: Nastavení vlastností importované polygonové vrstvy budov

Prvním je import liniových a polygonových vrstev. Při importu pomocí funkce Vector Loader jim lze zadat vlastnosti, podle kterých budou vykresleny. Například u polygonové vrstvy, která představuje půdorysy, můžeme zadat výšku, podle které budou budovy „vytaženyÿ. Výška může být zvolena jednotně pro všechny budovy stejně nebo lze zvolit pole, ve kterém je zaznamenána. Pro reálnější vykreslení budov lze nastavit i texturu zdí, střech (konkrétní barva nebo převzatá z podkladu) a tvar střech (rovná, pyramidová nebo 3D).

Obr. 16: Dialog vlastností – budovy; les

Druhou možností je práce bez připravených vrstev. V LVE je možné prvky vytvářet přímo ve scéně. Při tvorbě jednotlivých budov nebo lesů se postupuje podobně. V editačním menu se zvolí pro budovy položka Textured Building nebo pro

4.3


41

lesy položka Bush. Kurzor se změní v editační nástroj, pomocí něhož nakreslíme jednotlivé hrany polygonu, u budov i výšku. Po dokončení dvojklikem se opět objeví dialog s vlastnostmi, které můžeme dále upravovat – u budov výšku, textury, typy a barvy střechy, u lesa výšku, hustotu pokrytí nebo počet stromů. Dalšími prvky, které lze do scény vkládat, jsou popisky a hyperlinky. Popisky jednotlivých prvků ve scéně mohou být vkládány pomocí funkce Label, grafické popisky i s praktickou spojovací čárou pomocí funkce 2D Pointer. Hyperlinky se zadávají ve vlastnostech jednotlivých prvků. Jejich užití je různorodé. Je možné nastavit přehrání hudby nebo videa při vstupu do projektu, na určitý prvek ve scéně nebo spouštění různých skriptů. Jednotlivé prvky lze ve scéně i rozpohybovat pomocí funkce Animation Digitize.

Obr. 17: LVE Architect – nastavení Publisher

Pokud chceme vytvořenou scénu sdílet nebo jen přenést na jiný počítač, je nutné využít funkci Publisher. Po spuštění se zobrazí v levé liště nabídka na nastavení detailnosti exportovaných prvků – rastru, terénu a textur. Při nastavení na 0 % bude scéna datově malá na úkor kvality. Naopak při nastavení na 100 % bude scéna v nejvyšší kvalitě (budou exportovány všechny detaily), bude však zabírat více místa. V závislosti na tomto nastavení a složitosti projektu se během několika minut (až desítek minut) vytvoří soubory s příponou .sa0 až .san, které už je pak možné přenést na jiný počítač nebo vypálit na CD či DVD. Soubory s příponou .sar. nebo .scw je pak možné otevřít v LVE Architect pro další úpravy, zpřístupnit pomocí LVE Server případně prohlížet pomocí LVE Client / Client Pro. Vytvořenou scénu je možné zpřístupnit na LVE serveru. Služba LVE Server běží na portu 6 000. Po spuštění programu se nejdříve zadá název počítače (serveru), na kterém je vytvořená scéna (localhost, název počítače nebo IP adresa). Poté se k němu přiřadí vytvořená scéna. Program obsahuje čtyři záložky, na kterých je možné nastavit účty s hesly pro administraci scény, nastavení maximálního počtu uživatelů, vytvořit seznam uživatelů se zakázaným/povoleným přístupem. Při běhu je možné vidět i seznam aktuálních uživatelů, kteří si scénu prohlížejí. Při prohlížení scény na straně uživatele, ať už v sousední kanceláři nebo na druhé straně zeměkoule, se používá LVE Client nebo verze s více funkcemi Client

4.3


42

Obr. 18: LVE Server – přidání serveru, nastavení vlastností scény

Pro. Po spuštění jednoho z programů uživatel zadá adresu serveru, na kterém je scéna umístěna. Pokud není server omezen přístupovými právy, zobrazí se seznam dostupných scén. Po kliknutí na vybranou scénu se zobrazí v okně programu. Další práce s programem už je jednoduchá. Jen je třeba si zvyknout na ovládání pohybu ve scéně v různých zobrazovacích režimech. U verze Client Pro může uživatel se scénou pracovat, přidávat si další prvky, provádět analýzy, ale není možné novou scénu uložit. Program LVE Client Pro umožňuje i základní analýzy nad modelem. Lze měřit vzdálenosti jednotlivých prvků nebo si vymodelovat, jak by scéna vypadala například při povodni.

5

5

DISKUSE

43

Diskuse

Během vytváření modelů jednotlivých budov areálu MZLU byla snaha o dodržení rozměrů a v určité míře i zachycení některých detailnějších prvků. Jsou zde různé výklenky, okna a dveře, na druhé straně chybí například komíny, v některých případech střešní okna a úplné detaily jako kliky a ozdoby na fasádách. I přes zjednodušení byly nakonec zjištěny problémy plynoucí ze složitosti a velikosti modelů. Při jejich použití v geografických programech byly nadbytečné detaily spíše na škodu. Pro tvorbu modelů pro prostředí Internetu by asi bylo vhodné použít spíše koster budov a fototextur. Pro pořízení fotografií budov by byl vhodný širokoúhlý fotoaparát s větším rozlišením. Po odstranění „nežádoucíchÿ prvků (stromy, lampy, lidé, . . . ) v grafických programech, zmenšení velikosti a dalších úpravách by pak byly výřezy fotografií použity jako textury. Tímto by se dalo dosáhnout menších nároků na hardwarové vybavení. Při používání LVE jsem se setkala s několika problémy. Prvním bylo hardwarové vybavení počítačů. Už při vytváření scény se mi nepracovalo dobře. Dalo by se říci, že „poslepuÿ, bez nastavení správné velikosti a natočení, jsem naskládala své vymodelované budovy na scénu, protože jsem je neviděla. A ani poté se mi nezobrazily. Asi po 15 minutách se mi zobrazila jenom jedna budova z celého areálu, a to pouze šedivá kostka, bez textur a detailů. Po konzultaci se studentem z Univerzity Palackého v Olomouci, který v LVE také dělá závěrečnou práci, jsem zjistila, že celý problém je zřejmě v grafické kartě. Hardwarové vybavení našich počítačů se lišilo pouze ve velikosti paměti grafické karty, která měla 512 MB oproti mé integrované grafické kartě s 256 MB. Pak se podle jeho zkušeností dalo s programem pracovat, prodlevy byly v řádu desítek sekund u jednodušších modelů, u složitějších už šlo i o minuty, než se vykreslily celé budovy i s detaily a texturami. Druhým problémem bylo spuštění LVE Serveru. Po vytvoření zkušební scény na školním mapovém serveru Indica jsem nebyla schopná scénu zpřístupnit. Po spuštění LVE Serveru nebylo žádným způsobem možné požadovaný počítač přidat do seznamu serverů. Nepomohly ani různé kombinace názvů a IP adres a různá nastavení firewallu. Program se tvářil, že služba LVE na počítači vůbec neběží, i když v seznamu služeb LVE Server byl mezi spuštěnými. Po neúspěšném hledání řešení ve specializovaných diskusních fórech na Internetu jsem se obrátila na pracovníky ARCDATA PRAHA. Dozvěděla jsem se, že mně zapůjčená nejnovější verze LVE 3.1 má problémy s českými operačními systémy. Konkrétně jsem pracovala na počítači s operačním systémem Windows Server 2003 v české lokalizaci. Byl mi nabídnut nevyzkoušený hotfix, který měl problém odstranit. Po jeho instalaci se ale problém neodstranil, stále nebylo možné server zpřístupnit. Naopak mi v nové verzi LVE 3.1.1 nešla otevřít původně vytvořená scéna. Po odinstalování hotfixu se vše vrátilo do původního nefunkčního stavu.

5.1

Ekonomické zhodnocení a aplikovatelnost na MZLU

44

Další možností řešení problému s LVE Serverem bylo: 1. použít na stejném počítači anglickou instalaci Windows, což nebylo z technických důvodů možné, 2. použít jiný počítač s anglickými Windows, 3. použít starší verzi LVE 3.0, která neměla s českou lokalizací problém. Ovšem na server verze 3.0 je možné umístit pouze scény vytvořené v téže verzi. Již vytvořenou scénu verze 3.1 by nebylo možné zpřístupnit. V posledních dvou případech bylo také nutné vygenerovat nový licenční soubor. Nakonec jsem se rozhodla pro instalaci na novém počítači s anglickými Windows, který mi byl poskytnut pro práci na Jihomoravském krajském úřadě. Zde byly další hardwarové problémy, především nevyhovující grafická karta. Po získání grafické karty, jež odpovídala doporučené konfiguraci pro práci s LVE Architect, se mi podařilo vytvořit základní scénu areálu MZLU. Mnohem lepších výsledků se zobrazováním bylo dosaženo po vygenerování scény pomocí funkce Publisher. Takto vygenerované soubory je možné znovu otevřít a upravovat. V mém případě byla tato další práce příjemnější, po krátké době už byly vidět všechny textury i detaily a pohyb scénou byl plynulejší. Lepších výsledků bylo dosaženo také zpřístupněním scény na LVE Server. Při běžném prohlížení v LVE Clientu na počítači s integrovanou grafickou kartou sice nebyly textury budov vykresleny v nejlepší kvalitě, ale byly vykresleny všechny a scénou se dalo plynule procházet. Z technických důvodů byla ale tato možnost vyzkoušena pouze v lokální síti. Při prohlížení ze vzdáleného serveru nebo na Internetu by bylo jediné omezení v přenosové rychlosti. Při používání ArcGIS jsem se také nevyhnula problémům. Zřejmě větší detailnost modelů, a tím i jejich náročnost na vykreslování, způsobovaly nestabilitu pracovního prostředí. Během práce bylo nutné po každé „kliknutíÿ delší dobu čekat a po každé provedené operaci preventivně práci ukládat. Nepravidelně totiž docházelo k chybovému stavu a zhroucení aplikace. Stávalo se tak u všech používaných a zkoušených programů (ArcMap, ArcScene, ArcGlobe) na všech použitých počítačích různých hardwarových konfigurací. Dalším problémem byla nefunkčnost serveru při vkládání 3D scén. Vytvořené projekty se po umístění na server a otevření v ArcExplorer nebo ArcGlobe vůbec nezobrazily. Zkoušením projektů pouze s jednotlivými vrstvami jsem došla k tomu, že je zde zásadní problém s 3D prvky, které snad server vůbec nerozpozná nebo s nimi nedokáže pracovat. Tento problém se řešil s pracovníky ArcData ještě po odevzdání této práce.

5.1


Zavádění každého informačního systému zahrnuje několik základních činností: organizační změny, školení uživatelů, naplnění daty, provoz a údržbu. Do nákladů je třeba tedy zahrnout pořizovací cenu systému, náklady na implementaci a provoz.

5.1


45

Náklady na vstupní geografická data jsou v obou případech stejné. Rovněž mzdové náklady grafika a správce serveru (v rámci výuky i při částečném úvazku) a pořizovací náklady na výkonnou grafickou pracovní stanici a server jsou stejné. O grafických programech Rhinoceros a SketchUp Free/Pro jsem se zmínila již dříve. Program Rhinoceros je plně komerční. SketchUp se vyskytuje ve dvou variantách: Free, která je zcela zdarma, a Pro která je komerční, ale je možné stáhnout 8hodinouvou plně funkční zkušební verzi. U geografických SW se ceny pohybují ve statisících korun. U ArcGIS by při kupování na univerzitu odpadly částečné náklady na pořízení systému. Balík ArcInfo ve verzi 9.1, jehož cena se pohybuje kolem 700 000 Kč, je zde již používán. Pro tvorbu a analýzu trojrozměrných scén důležitá nadstavba 3D Analyst je zde také používána. Odpadly by i náklady na školení, protože zvládnutí programu ArcView od firmy ESRI je součástí některých volitelných předmětů. Pro práci s velkým množstvím dat by bylo pouze vhodné dokoupit ArcSDE v hodnotě kolem 500 000 Kč. Cena programu ArcGIS Server pro sdílení dat v síti nebo na Internetu se pohybuje kolem 300 000 Kč. Straší verze programu pro sdílení dat ArcIMS, jehož vývoj a prodej ovšem končí, stál kolem 150 000 Kč. Pro všechny produkty od firmy ESRI je také možné platit si podporu 100 000 Kč/rok, která zahrnuje servis i aktualizace. Při nákupu by bylo možné využít slevy za školní multilicence. Pořízení celého balíku Leica Virtual Explorer se pohybuje v ceně okolo 45 000 USD, což odpovídá zhruba 950 000 Kč. Tento produkt je ovšem zaměřen pouze na 3D vizualizaci. Na druhou stranu, pro jednoduché zacházení bude určen spíše pro lidi a firmy, kteří nemají s GIS příliš veliké zkušenosti a chtějí si jednoduše připravit vlastní 3D prezentaci vybrané oblasti. Jde o poměrně nový produkt a zatím není v České republice mnoho firem, které by tuto aplikaci využívaly. ArcGIS tedy poskytuje za zhruba stejnou cenu komplexnější řešení, které slouží nejen k 3D vizualizaci. Je možné jeho širší využití, například propojení GIS s daty z Univerzitního informačního systému (UIS). Příkladem může být 3D model, kde se po kliknutí na budovu zobrazí dané patro, po dalším kliknutí třeba místnost a k ní seznam lidí, kteří v ní sídlí, nebo její vybavení. Dalším příkladem může být upravení aplikace pro vyhledávání lidí. Pokud uživatel zadá jméno konkrétního člověka, zobrazí se mu jeho profil, kde je například i číslo kanceláře. Po kliknutí na toto číslo se může objevit mapa nebo 3D model, kde bude poloha kanceláře vyznačena. Další variantou propojení GIS a UIS je možnost na mapě nebo 3D modelu zobrazit cestu areálem, např. ze zastávky městské hromadné dopravy do konkrétní učebny ve vybrané budově. Z hlediska počítačové grafiky je možné vytvořený model areálu MZLU použít v předmětu Animace a geoprostor a v laboratoři Virtuální reality MZLU. Je možné jej dále rozšiřovat o další zajímavé budovy a vytvořit tak model celého města Brna a případně i blízkého okolí.

6

6

ZÁVĚR

46

Závěr

V současné době velmi roste poptávka po aplikacích umožňujících tvorbu trojrozměrných vizualizací a jejich sdílení v síti nebo na Internetu. Obliba těchto aplikací se zvyšuje jak mezi odborníky, tak i u laické veřejnosti. Pro člověka je přirozené vnímat okolní svět prostorově, proto aplikace zobrazující trojrozměrná data umožňují snadnější orientaci a interpretaci. Velkou výhodou je i možnost stáhnout si tyto aplikace k sobě a nemuset odcházet od počítače. I běžní uživatelé si tak mohou vyhledat a přizpůsobit přesně ty informace, které je zajímají. Rychlé šíření umožňuje zejména rychlý technický a technologický rozvoj a zvyšující se dostupnost výkonných počítačů a rychlost internetového připojení. Diplomová práce se zabývá možnostmi tvorby a distribuce trojrozměrných geodat rozsáhlých území v prostředí Internetu. Cílem bylo prozkoumat a posoudit možnosti a nástroje pro modelování 3D objektů a pro sdílení 3D geodat v síti nebo na Internetu a na základě získaných poznatků vytvořit 3D model areálu Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, který tyto nástroje prověří. Pro tvorbu a zpřístupnění těchto modelů byly nakonec použity grafické programy Google SketchUp a Rhinoceros a geografické programy ArcGIS a Leica Virtual Explorer. V této práci jsou tyto postupy 3D vizualizace popsány. Jsem přesvědčena, že se cíle práce podařilo splnit, a že najde uplatnění jako základ při dalším využívání trojrozměrných geografických dat nejen na univerzitě. Pozornost je v této práci věnována možným postupům při tvorbě a zpřístupňování 3D geodat, což může pomoci a nasměrovat další zájemce o tuto problematiku. Součástí je shrnutí výhod a nevýhod jednotlivých použitých programů. Jde ovšem o aktuální stav, vývoj nejen v této oblasti neustále pokračuje.

7

7

LITERATURA

47

Literatura

3E Praha Engineering, a. s. (a). Popis funkcí [on-line]. Dostupný na: [cit. 18. 4. 2007]. 3E Praha Engineering, a. s. (b). Videoučebnice [on-line]. Dostupný na: [cit. 18. 4. 2007]. ARCDATA PRAHA, s. r. o. (a). Co je to GIS [on-line]. Dostupný na: [cit. 25. 4. 2007]. ARCDATA PRAHA, s. r. o. (b). ArcGIS [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. ARCDATA PRAHA, s. r. o. (c). ArcIMS [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. ARCDATA PRAHA, s. r. o. (d). ArcGIS Server [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. Booth, B. Using ArcGIS 3D Analyst. GIS by ESRI Redlands, Calif.: Environmental Systems Research Institute, 2004. 374 s. ISBN 1-58948-104-6. Marvan, L. Rady pro začínající 3D modeláře [on-line]. Dostupný na: [cit. 25. 4. 2007]. ESRI (a). Company history [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. ESRI (b). ArcGIS [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. ESRI (c). ArcGIS Server Help [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. Google (a). Google Earth [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. Google (b). History [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. Google (c). Video tutorials [on-line]. Dostupný na: [cit. 1. 5. 2007]. Klimánek, M. Digitální modely terénu 1.vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2006. 85 str. ISBN 80-7157-982-3. Leica Geosystems. Leica Virtual Explorer with 3D Visualization [on-line]. Dostupný na: [cit. 5. 5. 2007]. Machalová, J. Geografické IT pro podporu rozhodování [CD-ROM]. 1. vyd. Brno: Konvoj, 2004. ISBN 80-7302-069-6.

7

LITERATURA

48

Rábová, I. Informační systémy / Informační technologie 1. vyd. Brno: Konvoj, 2003. 26 str. ISBN 80-7302-060-2. Rapant, P. Geoinformační technologie [on-line]. Ostrava: VŠB — Technická univerzita Ostrava, 2005. Dostupný na: [cit. 20. 4. 2007]. Robert McNeel & Assoc. Modeling tools for designers [on-line]. 2003. Dostupný na: [cit. 10. 4. 2007]. Tuček, J. Geografické informační systémy – Principy a praxe 1. vyd. Praha: Computer Press, 1998. 424 str. ISBN 80-7226-091-X. Žára, J., Beneš, B., Sochor, J., Felkel, P. Moderní počítačová grafika 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004. 609 str. ISBN 80-251-0454-0. Žára, J. VRML97 – Laskavý průvodce virtuálními světy 1. vyd. Brno: Computer Press, 1999. ISBN 80-7226-143-6.

8

8

MODELY BUDOV

Modely budov

Obr. 19: Budova A

Obr. 20: Budova B

49

8

MODELY BUDOV

Obr. 21: Budova C

Obr. 22: Budova D

50

8

MODELY BUDOV

Obr. 23: Budova E

Obr. 24: Budova F, M

51

8

MODELY BUDOV

Obr. 25: Budova G

Obr. 26: Budova H

52

8

MODELY BUDOV

Obr. 27: Budova J

Obr. 28: Budova K

53

8

MODELY BUDOV

Obr. 29: Budova L

Obr. 30: Budova N

54

8

MODELY BUDOV

Obr. 31: Budova O

Obr. 32: Budova P

55

8

MODELY BUDOV

Obr. 33: Budova Q

Obr. 34: Budova R

56

8

MODELY BUDOV

Obr. 35: Budova SRS stará

Obr. 36: Budova SRS nová

57

8

MODELY BUDOV

Obr. 37: Budova T

Obr. 38: Budova V

58

9

9

UKÁZKY PRACOVNíCH PROSTŘEDí

Ukázky pracovních prostředí

Obr. 39: Model budovy Q v programu Rhinoceros

59

9


Obr. 40: Budova A v programu SketchUp

60

9


Obr. 41: Model areálu MZLU v LVE Architect

61

9


Obr. 42: Pálava v programu ArcExplorer

62

9


Obr. 43: Model areálu MZLU v ArcGlobe

63

10

10

DVD

64

DVD

Obsahem DVD je tato práce v elektronické podobě, modely budov areálu MZLU v Brně ve formátech .skp a .3ds, výsledné projekty modelu areálu MZLU v ArcGlobe i Leica Virtual Explorer a jednoduchá animace přeletu nad vytvořeným modelem.

v prostředí Internetu

Recommend Documents