Сутність віртуального зображення
По-англійськи «virtual» означає «фактичний», «дійсний» у сенсі, близькому до слова «реальний». А ось з французької "virtuale" перекладається як "можливий", "потенційний", a "virtualite" означає "приховану можливість". в українській мові поняття «віртуальний» тлумачать як існуючий, але «можливий», «здатний до дії».
Науковий термін «віртуальний», що вживається у фізиці, філософії, логіці та інженерній психології, комп'ютерній графіці, також має кілька значеннєвих відтінків: 1) можливий, потенційний; 2) не існуючий, але здатний виникнути за певних умов; 3) тимчасовий чи нетривалій; 4) не реальний, але такий самий, як реальний, невідмінний від реального.
У деяких роботах прямо вказується, що віртуальна реальність є «штучно створеним світом шляхом підміни навколишнього
насправді інформацією, що генерується комп'ютером». При цьому обов'язково в інтерактивному режимі імітується «занурення» людини у цей штучний «паралельний» світ. Для забезпечення інтерактивної взаємодії винайдені навіть особливі шоломи-дисплеї, що дозволяють бачити віртуальний світ стереоскопічно та синхронно фіксувати стан та реакції спостерігача.
У технічній практиці існують різні тренажери та маніпулятори (наприклад, спеціальні рукавички), за допомогою яких можна «брати в руки» штучно створені об'єкти та керувати їх положенням, передаючи на моніторинговий пристрій імпульси руху рук і пальців.
Видатний американський картограф Гарольд Моельрінг одним із перших ввів поняття «віртуальна карта», протиставивши його «реальній карті». Відмінності між ними визначаються двома ознаками: по-перше, можливістю безпосередньо бачити картографічнезображення і, по-друге, матеріально відчутною формою існування карти. Відповідно до цих ознак було виділено чотири типи карт:
• Реальна карта(R) будь-яка видима карта, що постійно існує в матеріальній формі (при цьому не важливо, створена вона вручну, механічно або за допомогою комп'ютерних засобів);
• Віртуальна карта 1-го типу(V-1) – безпосередньо видиме зображення, але тимчасово існуюче лише в електронній формі на екрані комп'ютера;
• Віртуальна карта2 -го типу(V-2) постійно та реально існуюча, але невидима карта, для візуалізації якої необхідні додаткові перетворення;
• Віртуальна карта3 -го типу(V-3) - карта, що не належить до жодного з названих вище типів, але повністю готова до перетворення на будь-який з типів.
Далі Моельрінг показав можливі перетворення (переходи) між різними типами карт. Він назвав їх "тоблерівськими перетвореннями", на ім'я Уолдо Тоблера, який розробив теорію аналітичних картографічних перетворень:
R -> R - звичайна обробка карт
R —• V-1 - цифрування просторових даних та їх зберігання
цифрової бази даних
V-1 —» R - отримання копії картки з екрана комп'ютера
V-3 —» R - креслення картки на графопобудівнику за цифровими даними
V-3 —» V-1 - виведення картки на екран за даними, що зберігаються на жорсткому диску комп'ютера
V-1 —» V-3 - редагування на екрані просторових даних, що зберігаються на жорсткому диску
V-2 —» V-3 - зчитування цифрових даних з CD-ROM та зберігання їх у пам'яті комп'ютера
V-3 - V-3 - математичні перетворення цифрових просторових даних, що зберігаються в пам'яті комп'ютера.
Таким чином, віртуальність карти в трактуванні Моельрінга пов'язується лише з реальністю її існування та способом візуалізації.
В даний час розуміння віртуального зображення зазнало значних змін. Засоби геоіформаційного картографування дозволяють візуалізувати віртуальне зображення, застосовуючи передусім ефекти тривимірності та анімації. Саме вони створюють ілюзію присутності у реальному просторі та інтерактивної взаємодії з ним.
У Тлумачному словнику основних термінів з геоінформатики, що нещодавно вийшов, термін «віртуальна реальність (virtual reality, VR)» трактується як «штучна дійсність, у всіх відносинах подібна
справжньої і зовсім від неї не відрізняється. При цьому між штучною дійсністю і людиною, що її сприймає, утворюється двосторонній зв'язок».
Таким чином, повчається, що віртуальна реальність – це якась штучна побудова, модель об'єкта чи ситуації, що дозволяє взаємодіяти з цим об'єктом чи ситуацією, керувати ними, програвати якісь завдання та приймати рішення.
З теорії та практики картографії добре відомо, що будь-яка карта (дай взагалі, всяке геозображення) – це модель. За допомогою картографічних моделей досліджують реальні об'єкти, процеси та зв'язки, візуалізують наукові абстракції, минулі (наприклад, палеогеографічні) умови та майбутні ситуації, на основі моделей планують битви та приймають управлінські рішення. Карти здатні моделювати невидимі об'єкти (наприклад, поверхню Мохоровичича) та явища, які не сприймаються органами чуття людини (наприклад, магнітне відмінювання). Зрештою, відомі карти взагалі не існуючих об'єктів, з якими можна вільно оперувати. Такі карти Землі Саннікова абоТаємничого острова, де у всіх подробицях представлена штучна (науково-фантастична) дійсність, вигадка, небилиця, фікція, але з дуже правдоподібними деталями: орографією та гідрографією, рослинним покривом та кліматом, навіть із докладною топонімікою - і все це «цілком не відрізняється» від реальності.
Виходить, картографія давно має справу із віртуальними зображеннями. Адже здатність моделювати об'єкти та процеси становить одну з найсильніших евристичних властивостей карти. Вона спирається на Фундаментальний принцип подоби і реалізується у формах геометричної, тимчасової подоби та подоби відносин. Тоді що таке віртуальна модель? У чому полягає різниця між нею і звичайною картографічною моделлю, що відтворює реальну дійсність чи вигадану ситуацію? Де пролягає кордон, який відрізняє звичну карту від віртуальної?
Спробуємо назвати чотири властивості, які пояснюють ці відмінності:
• комп'ютерна генерованість віртуальної моделі, поєднання в одному геозображенні властивостей карти, перспективного знімка,
блок-діаграми та анімації;
• можливість програмного управління цим синтезованим
• інтерактивна взаємодія з самим геозображенням та навколишнім
його віртуальним середовищем;
• зменшення властивостей знакового та умовності геозображення, надання йому рис реалістичної «портретної» та «натуральності».
Можна вважати, таким чином,віртуальне геозображення - це особлива просторово-часова модель реальних або абстрактних об'єктів і ситуацій, що формується і існує в програмно-керованому середовищі і створює можливість для інтерактивної взаємодії зі спостерігачем. Як будь-яке геозображення, воно постає у графічній образній формі, маєпроекцію, масштаб і має властивість
Деякі дослідники особливо підкреслюють відмову від умовних знаків, що, на їхню думку, надає віртуальним геозображенням «натуральність», прискорюючи та покращуючи процес комунікації просторової
інформації. Справді, «реалістичність» віртуальної моделі та навколишнього середовища впадає в очі перш за все.
Однак при детальному розгляді виявляється, що це зовсім не
суттєва ознака. Більше того, у багатьох випадках віртуальна портретність та умовно-знакові властивості карт вдало поєднуються та доповнюють одна одну.
Особлива наочність і виразність віртуальних геозображень провокують ще одне питання - чи є лише засобом комп'ютерної презентації даних або інструментом дослідження? Чи потрібні вони для реалістичного представлення об'єкта, що картографується, або для поглибленого його вивчення? Насправді такі протиставлення неправомірні. Так само дивно прозвучало б питання про те, чи є комплексні атласи способом подання географічної інформації або засобом дослідження? Максимально наочне і точніше відображення об'єкта чи процесу, звичайно ж, сприяє найкращому розумінню його морфології та генези, а отже, значно підвищує евристичний потенціал дослідження.
На вигляд до віртуальних моделей досить близькі фотопанорами.
Вони гранично реалістичні, але, звичайно, не створюють можливості інтерактивної взаємодії з ними. Схематично можна припустити, що віртуальні геозображення знаходяться десь посередині на осі «умовно-знакові карти реалістичні фотопанорами»:
Карти віртуальні моделі фотопанорами
Модельні властивості традиційних карт зробили їх найбільшпривабливим засобом представлення здобутих знань та інструментом дослідження в науках про Землю. Нагадаємо, що цими властивостями є просторово-часова подоба, змістовна відповідність, абстрактність, вибірковість і синтетичність, наявність масштабу і метричність, наочність, оглядовість, однозначність і безперервність.
Віртуальні геозображення повною мірою мають усіма цими властивостями і додають до них ряд інших, серед яких найбільш суттєві такі:
• реалістичність, що виявляється у тривимірності та перспективності зображення, хорошій передачі пластики рельєфу місцевості, природної структури ландшафту, натурального кольорового оформлення та освітлення;
• програмна керованість - зміна параметрів та зовнішнього вигляду моделі в інтерактивному режимі за допомогою меню та команд, що вибираються користувачем;
• анімаційність (динамічність) - рух або зміна всього зображення в цілому, окремих його елементів або точок огляду в автоматичному або інтерактивному режимі;
• оновлюваність - внесення нових даних, корекція, модифікація, що здійснюються в оперативному режимі, у тому числі в реальному масштабі часу;
• багатомасштабність та мультирівня генералізація - перехід з одного масштабного рівня на інший за рахунок зміни рівня детальності та текстури зображення;
• багатотемнеть - зміна тематичного змісту моделі шляхом заміни або комбінації картографічних та фотографічних шарів;
• мультимедійність - поєднання тривимірного зображення з плоскою картою або знімком, профілями, розрізами, фотографіями, звуковим супроводом, що забезпечуєвисоку інформативність віртуальних геозображень.
Деяке,неминуче схематичне уявлення про співвідношення властивостей традиційних карт та віртуальних геозображень дає таке зіставлення:
Говорячи про властивості віртуальних геозображень, не можна не сказати і про такий важливий сьогодні фактор, як привабливість їхньої новизни. Вони стають популярними багато в чому через свою незвичайність і схильність людини до нових винаходів.
Кожному хочеться глянути на віртуальний світ. Можливо, у міру того, як віртуальні геозображення увійдуть у звичний науковий і практичний ужиток, користувачі виразніше побачать їхні недоліки і обмеження і, як завжди, дійдуть висновку про те, що їх слід використовувати «не замість, а разом» з традиційними картами.
Іноді можна зустріти думку, що поява «цілком реальних» віртуальних зображень та відмова від звичних умовних знаків (наприклад від горизонталей) може означати кінець (навіть смерть) картографії. На жаль, таке нав'язливе почуття страху виникає в деяких картографів як реакція на стрімкий прогрес нових технологій. Насамперед здавалося, що дні картографії вважаються внаслідок бурхливої математизації, комп'ютеризації, впровадження дистанційного зондування, геоінформаційних систем, телекомунікаційних мереж. Але це не відбувається. Збагачуючись геоінформаційними технологіями, картографія продовжує свій розвиток, не втрачаючи, а набуваючи нових можливостей та нових сфер застосування. Втрата знаковості віртуальних карт, що здається, насправді означає відкриття нових можливостей і аспектів мови карти, розширення сфери його дії.
Методика створеннявіртуальних глобусів дозволяє зробити наочні кулясті картографічні моделі планет ще більш наочними та зручними. Ці чудові винаходикартографії, що існують вже понад п'ять століть, надзвичайно прості у використанні, а головне - не мають властивих карт спотворень, завдяки чому служать незамінним навчальним посібником. Але, як відомо, глобуси громіздкі, нетранспортабельні і тому зазвичай дрібномасштабні.
Сучасні земні глобуси найчастіше мають масштаби від 1:30 000 000 до 1:80 000 000.
Віртуальні глобуси знімають багато цих обмежень. Насамперед, вони дуже «транспортабельні» і вміщаються на одному тонкому компакт-диску. «Не треба перевозити глобуси, – зауважує А. Рідал, достатньо перевозити дані». Глобальні цифрові моделі та технології багатомасштабної апроксимації дозволяють переходити на різні рівні детальності кулястого зображення, вводити нові дані та змінювати тематику глобусів. Використання спеціальних стереоокулярів, що застосовуються в цифровій фотограмметрії, дозволяє бачити на екрані об'ємні стереоскопічні «гіперглобуси», що обертаються, що поєднують різні тематичні шари. На них можна моделювати мінливе сонячне освітлення, хмарність, показувати атмосферні фронти, зони опадів, циклони та антициклони, сезонні зміни рослинного покриву та ландшафту тощо.
У свій час у картографії проводилися експерименти зі створення голографічних карт і глобусів, але їх реалізація виявилася досить трудомісткою. Сучасні технології віртуального картографування дозволяють отримувати не менш реалістичні моделі. Технічно можна проектувати віртуальні глобуси і на кулястий екран.