Анализ современных средств, применяемых для создания трехмерных (3D) моделей по различным данным

Быстрое развитие вычислительной техники и программных средств обеспечивает возможность представлять картографическую информацию в трехмерном виде. Существует множество методов создания трехмерных моделей с помощью современных средств, а также различных данных. Таких как аэро- и космическая, наземная и лазерная съемка. У каждого вида данных имеется свои преимущества относительно друг друга, как по способам получения, так и их обработки. Трехмерную информацию о местности с успехом получали в прошлом и, вероятнее всего, будут получать и в будущем путем измерения стереоскопической модели, формируемой по паре перекрывающихся аэро- или космических снимков [1]. Стереотопографический метод до настоящего времени является главным технологическим звеном производства и обновления топографических данных. Стереомодель местности строится по паре перекрывающихся снимков, полученных аэрофотоаппаратами или космическими съемочными системами. В зависимости от того, какие используются снимки, аналоговые или цифровые, выбирают способ построении модели, с помощью аналитических универсальных приборов, либо с помощью цифровых фотограмметрических станций. В настоящее время широкое распространение получил цифровой способ построения моделей.

Современный уровень развития программного обеспечения позволяет снизить трудозатраты в значительной степени, автоматизируя многие процессы производства. На рынке программного обеспечения (ПО) по обработке данных аэро- и космических съемок появились мощные фотограмметрические станции, которые включают в себя целый ряд модулей, предназначенных для обработки и визуализации данных дистанционного зондирования, обработки и анализа гиперспектральных снимков, исправления геометрических и радиометрических искажений, интерактивного улучшения изображений, пространственной привязки изображения, ортотрансформирования, создания ЦМР, трехмерной визуализации, интерактивного дешифрирования и классификации, анализа снимков в радиодиапазоне, векторизации, поддержки объемных растровых и векторных форматов, калибровки и многого другого. Такими ПО на сегодняшний день являются Erdas Imagine компании Research Systems, Inc. (США) и ENVI (The Environment for Visualizing Images) компании Leica Geosystems GIS & Mapping, LLC [2, 3, 4]. Однако с помощью классического стереофотограмметрического метода в его аналитической или цифровой реализациях не представляется возможным воспроизвести форму сложных инженерных сооружений. Недостатками этого метода являются его трудоемкость и долгий путь от исходной информации до создания трехмерных моделей, а также высокая стоимость работ и оборудования. Одним из способов создания цифровых моделей стереофотограмметрическим методом стало использование цифровых фотоаппаратов и видеокамер.

В штате Калифорния в Сан-Диего, был осуществлен проект RealityFlythrough, который предусматривает использование цифровых и статических видеокамер для создания полноценной динамической 3D-модели пространства в режиме реального времени [5]. Алгоритмы, используемые многими популярными программами, сегодня дают возможность автоматически найти линию соприкосновения при объединении нескольких фотографий в единый панорамный снимок. Подобные технологии применяются и в этом проекте для моментального объединения нескольких видеорядов и дополнительных цифровых фотографий в единую трехмерную модель окружающего пространства.

Камеры, поддерживающие GPS, дают серверу информацию о принадлежности изображения к определенной зоне. Получая мгновенные видео с нескольких точек в городском квартале, специальное ПО создает его трехмерную модель, позволяя, таким образом, пользователю совершить виртуальную прогулку. Сбор пространственной информации о положении точек местности может выполняться по материалам наземной стереофотограмметрической съемки (НСС). Для НСС применяются фототеодолиты и другие съемочные камеры, в том числе и цифровые [6, 7]. Также существует тахеометрический метод сбора информации для построения ЦММ. Тахеометрическая съемка является весьма трудоемким способом сбора информации, также трудно учесть все особенности снимаемой местности при сложном ландшафте. Но на сегодняшний день она остается практически единственным способом построения топографических карт и планов крупных масштабов загруженных (застроенных) городских территорий. Воздушная лазерная съемка является одним из наиболее перспективных методов построения трехмерных моделей местности больших по площади территорий за сравнительно небольшой промежуток времени (ALTEXIS). Полученные различными способами топографо-геодезические данные могут быть использованы для представления ситуационных особенностей в трехмерном виде. Цифровые трехмерные модели местности можно получить с помощью специализированных программных продуктов (ПП), так называемых, систем автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют работать с исходными данными различного формата и назначения для представления геодезической информации в цифровом виде как двумерном, так и в трехмерном. Использование таких систем значительно повышает производительность и качество выполнения проектных работ.