Цифрова 3D модель рельєфу
ЗАТ "ГЕОСТРОЙИЗЫШАНИЯ", м. Москва
Цифрова модель рельєфу (ЦМР) є засобом представлення топографічної (земної) поверхні під час комп'ютерної обробки результатів інженерно-геодезичних досліджень. За допомогою цифрової моделі рельєфу вирішуються такі прикладні завдання, як побудова горизонталей, отримання поздовжніх та поперечних профілів, підрахунок обсягів земляних мас тощо. Процеси моделювання поверхонь важливі не лише для дослідників. Наприклад, при проектуванні генеральних планів, за допомогою цифрової 3D моделі існуючого рельєфу проектувальники вирішують завдання підрахунку та оптимізації обсягів ґрунту, що переміщується. А для успішної та ефективної реалізації створених проектів, будь то генеральний план або проект автомобільної дороги, необхідно представляти проектне рішення у вигляді цифрової 3D моделі рельєфу поверхні, що проектується, оскільки такі дані життєво важливі для забезпечення роботи систем автоматичного управління будівельною технікою. Тому завдання створення та використання цифрових моделей поверхонь стоять не лише перед розвідувачами, а й перед проектувальниками та перед будівельниками.
Якщо є завдання, то має бути і рішення у вигляді надійних програм, що мають весь необхідний набір засобів для моделювання поверхонь, а також для редагування отриманої моделі.
Програма Topocad (Adtollo AB, Швеція) відповідає всім вищезазначеним вимогам і успішно використовується в сотнях організацій, як в Україні, так і за кордоном. У цій статті зосередимося на технології цифрового моделювання топографічної та проектної поверхонь у Topocad. Зазначимо особливості, пояснимо терміни та вимоги, з якими доведеться зіткнутися під час роботи.
Програма Topocad призначена для вирішення різних завдань, тому дозволяє відкривати або створювати документи різних типів. Повний перелік можливих документів показано на рис.1.
Рис 1. Види документів, створюваних у програмі Topocad
Робота починається зі створення нового документа – «Креслення». Саме в «Креслі» завантажуються вихідні дані (або створюються в результаті побудов) для генерування цифрової моделі рельєфу. Як вихідні дані для моделювання поверхні (ЦМР) у програмі можуть бути використані:
- точки, що мають просторові координати;
- лінії (полілінії, що складаються з прямих, кругових та перехідних кривих);
- символи мають точки прив'язки з трьома координатами.
Процеси моделювання поверхні за точками та символами схожі, моделювання по лініях має свої особливості. Тому розглянемо окремо процеси моделювання за точками, та був за лініями. Це важливо задля розуміння принципів роботи програми. Наголосимо, що в реальному проекті і точки, і лінії, і символи можуть брати участь у моделюванні одночасно.
Розглянемо процес моделювання поверхні за точками у програмі Topocad на прикладі рельєфу місцевості. Завантажимо результати польових вимірів рельєфу у програму. Вони з'являться у документі «Креслення» (рис. 2).
Рис.2 Завантажені результати зйомки рельєфу у документі «Креслення».
Виберемо всі точки та почнемо процес моделювання поверхні. Для правильної роботи програми задамо значення параметрів у рядках «Макс. Відст.» та «Викл. Крапки з H=0» (виділено червоним кольором на рис.3).
Рис 3. Встановлення параметрів для моделювання поверхні за точками.
Макс. Відст.» - це максимальна відстаньміж точками, що беруть участь у побудові моделі поверхні. Якщо реальна відстань між найближчими точками перевищить зазначену величину, цифрова модель рельєфу в цьому місці не буде побудована. Встановлення ознаки у рядку «Викл. Крапки з H=0» дозволить виключити з побудови поверхні точки з нульовою відміткою. Пояснення інших значень дамо трохи пізніше, коли розглядатимемо побудову цифрової моделі рельєфу з використанням ліній.
Підтверджуємо введені значення параметрів та натискаємо кнопку «Ok». Програма автоматично перейде до режиму створення документа «Модель рельєфу», інтерфейс програми зміниться (рис. 4). Доступними залишаються функції, необхідні для створення та редагування ЦМР.
Рис 4 Поверхня представлена мережею нерегулярних трикутників.
У програмі Topocad побудова цифрової моделі рельєфу ґрунтується на добре відомому та широко використовуваному алгоритмі побудови тріангуляції Делоне. Через війну створюється нерегулярна мережу трикутників. Досить часто під час побудови цифрової моделі рельєфу потрібне втручання оператора її редагування. Програма Topocad при редагуванні моделі надає такі можливості: видаляти (відновлювати) трикутники, змінювати напрямок інтерполяції, переміщати (видаляти) точки та змінювати їх висоту.
При редагуванні моделі мало бачити просто плоске зображення сітки нерегулярних трикутників. Для підвищення інформативності програма пропонує використовувати різні кольори відображення графічних елементів під час візуалізації, включати (вимикати) допоміжні горизонталі, напрямки стоків (рис. 5). Все це полегшує візуальне сприйняття створюваної моделі. Але все-таки цього мало.
Поверхня, що створюється - це тривимірний об'єкт, тобто це цифрова 3D модель рельєфу, тому було б зручно працювати з інформацією в тривимірному вигляді. Така можливість у програмі Topocad існує. Перевівши робоче вікно програми в режим «Орбіта» (мал. 6, ліва частина), можна вільно обертати об'єкт у просторі, масштабувати та переміщати його зображення, а увійшовши у спеціальне вікно «3D вигляд», працювати в тривимірному режимі.
Мал. 6 Приклад тривимірної візуалізації топографічної поверхні
У вікні «3D вигляд», крім описаних вище функцій візуалізації цифрової 3D моделі рельєфу, можна додатково накладати різні текстури на поверхню, наприклад, зафарбувати по висоті або накласти на поверхню растрове зображення аерофотознімка. Для кращого сприйняття тривимірної інформації під час створення поверхні з невеликими перепадами висот можна змінювати вертикальний масштаб, що робить поверхню більш «рельєфною». Найголовніше, що «3D вигляд» та режим «Орбіта» - це не просто зручні функції візуалізації – у даних режимах зберігаються можливості редагування створюваної моделі. Оператор, працюючи у вікні «3D вигляд», може змінювати напрями ліній інтерполяції, спостерігаючи результат своїх дій в інтерактивному режимі, наче «виліплюючи» поверхню.
Після закінчення редагування поверхня зберігається в окремому файлі у форматі DTM.
Уважний читач зауважив, що з описі процесу моделювання жодного разу не згадувався термін «структурна лінія». Слід наголосити, що всі лінії в програмі Topocad є просторовими 3D полілініями. Інакше кажучи, кожен вузол полілінії має три координати. Ця особливість програми дозволяє відмовитись від використанняокремого типу ліній, який зазвичай називається структурною лінією. Будь-яка лінія «Креслення» може грати роль структурної, якщо ми включимо її до складу вихідних даних для побудови цифрової моделі рельєфу.
Розглянемо ще один приклад. Створимо кілька концентричних кіл на різних висотах у документі «Креслення». Фактично, ми використовуємо дані кола для відображення кругових щаблів структурними лініями (рис. 7). У діалоговому вікні задаємо необхідні значення та встановимо ознаку в полі «Перевірити лінію» (виділено зеленим кольором на рис. 7).
Мал. 7 Встановлення параметрів для моделювання поверхні структурними лініями.
Це необхідно для того, щоб упорядкувати створювані трикутники вздовж кіл. Потім встановимо значення у полі «Прогин дуга/хорда». Фізичний зміст цієї операції полягає в наступному. При побудові поверхні створюється мережа трикутників, що спираються на точки, розташовані на кола (рис. 8, зліва). У «Креслі» цих точок немає, тому вони будуть створюватися автоматично, так, щоб хорда, що стягує укладену між сусідніми точками дугу, не відхилялася від дуги на величину більш заданого значення. Після підтвердження введених параметрів автоматично розпочнеться процес створення 3D моделі рельєфу. Отриманий результат подано на рис. 8 (праворуч).
Мал. 8. Тривимірна візуалізація проектних 3D моделей поверхонь
Якщо перший із розглянутих прикладів характерніший для моделювання топографічних поверхонь, то другий – для створення проектних.
На закінчення слід ще раз відзначити, що програма Topocad як вихідні дані для побудови цифрової моделі рельєфу може використовувати як лінії, так і точки, а окремої побудовиструктурних ліній не потрібно - будь-яка лінія може відігравати роль структурної.
Також до особливостей програми слід зарахувати можливість зберігання файлів цифрових моделей рельєфу окремо від файлів креслень. Це дозволяє вільно здійснювати обмін даними між проектами, а також використовувати моделі інших проектів у поточних розрахунках.
Крім того, такий принцип структурованого зберігання інформації дозволяє оптимізувати використання обчислювальних ресурсів. Відкриваючи креслення топографічного плану, бачимо на екрані всі його елементи: висотні позначки, ситуацію, тексти. Файл моделі рельєфу на той час залишається закритим і забирає комп'ютерні ресурси. Такий підхід при організації зберігання та використання даних дозволяє без видимих затримок відкривати та використовувати креслення планів та проектів на значні за площею території. Цей аргумент стає вирішальним, наприклад, під час чергових планів міст, топографічному моніторингу великих об'єктів, площі яких обчислюються квадратними кілометрами.
Пропоновані програмою функції вилучення фрагментів цифрової моделі рельєфу та його об'єднання значно підвищують ефективність роботи у об'єктах, моніторинг яких відбувається практично безперервно. До таких об'єктів можна віднести зсувні ділянки, кар'єри, будівельні майданчики.
Можливості програми Topocad не обмежуються витонченим та зручним підходом до цифрового 3D моделювання поверхонь. Докладніше про програму можна дізнатися, відвідавши сайт www.topocad.ru або один із безкоштовних семінарів, графік проведення яких можна знайти на тому ж сайті у розділі «Вивчаємо».
Оновлено бібліотеки умовних знаків та шаблонів
Оновлено графік проведення безкоштовних семінарів за програмою Topocad
Раді повідомитипро початок постачання Topocad 18 на території України та країн СНД.
Всі новини