Модельные города. Опыт создания и применения трехмерных моделей городов. Карфаген - Пунический и римский периоды

Комментариев — 13

Создание трехмерных моделей городов в последнее время становится все более популярным занятием многих ГИС-специалистов. Все больше разговоров ведется о трехмерных геоинформационных системах. Задачи, которые будут решать такие системы, все еще до конца непонятны, однако трехмерные модели городов создаются уже на протяжении более десятка лет.

Предлагаемая классификация стратегий трехмерного моделирования городов по степени автоматизации не претендует на полноту. Технологии трехмерного моделирования за свою относительно короткую историю пережили бурное развитие. Стремительное развитие этого направления связано, в первую очередь, с появлением и началом широкого использования цифровых аэрофотокамер и воздушных лазерных сканеров. Охватить все предлагаемые методики не представляется возможным, однако их можно попробовать сгруппировать по степени автоматизации основных процессов.

В этой статье мы рассмотрим 3 стратегии

Ручное создание моделей в программах трехмерного моделирования

Самый трудоемкий способ. Модели зданий создаются в таких программах как AutoCAD, ArchiCAD, ArcGIS+3DAnalyst, 3ds Max или Google SketchUp. Моделирование геометрии и текстурирование моделей проводятся вручную. Для упрощения процесса в городской застройке выделяются наборы типовых строений. Модели создаются для каждого типа строений и затем множатся нужное количество раз при размещении на карте. Для ускорения процесса трехмерные объекты часто получают методом выдавливания зданий по их отпечаткам на плане города. Высоту, на которую выдавливается каждое здание, получают из атрибута, содержащего число этажей. Текстурирование обычно выполняется наземными фотоснимками и изображениями из библиотек текстур. Данный метод создания 3D моделей городов является самым старым и хорошо изученным.

Преимущества

а) Возможность создания моделей с очень высокой геометрической детализацией.

б) Для каждого типа строений создается только одна модель. Данная модель единожды загружается при визуализации, и используется для всех зданий заданного типа. Это позволяет значительно экономить память и уменьшает размер трехмерной модели города на диске.

в) Текстуры не содержат изображений посторонних объектов, спроецированных на стены зданий. Так как текстурирование производится вручную, все изображения перед текстурирванием обрабатываются оператором. Обработка включает устранение лишних объектов на фотографиях, таких как деревья или автомобили, выравнивание изображений по яркости и тону и, часто, удаление теней.

г) Трехмерные здания являются отдельными объектами, с которыми может быть ассоциирована любая атрибутивная информация.

Недостатки

а) Очень высокая трудоемкость. Несмотря на то, что современные 3D редакторы позволяют ускорить некоторые этапы моделирования, все равно все они выполняются вручную.

б) Потенциально низкая метрическая точность. Источником размеров для модели здания обычно служат фотографии фасадов, поэтажный план или отпечаток здания на плане города. Фотограмметрические измерения по наземным фотографиям не производятся, так как это слишком затратно и не предусмотрено в 3D редакторах. Плоский план не несет всей необходимой информации о форме здания. Недостающие размеры рассчитываются приближенно, часто на глаз. Это конечно не относится к случаю, когда исходными данными для проектирования является архитектурная модель здания, использованная при его постройке, либо данные наземного лазерного сканирования. Однако такой случай – большая редкость.

в) Типизация строений кроме плюсов имеет и недостатки. Невозможность создать набор типов, описывающий все варианты зданий города, приводит к обобщению и упрощению модели города. Уникальные здания заменяются типовой моделью. Особенно это относится к частной застройке, где все многообразие архитектурных форм часто заменяется одним простым прототипом, например, серой коробкой с двускатной крышей.

г) Недостаточная фотореалистичность. В качестве текстур в данном методе обычно используются наземные фотографии. Это качественные фотографии высокого разрешения. Однако сфотографировать каждое здание города, да еще со всех сторон не представляется возможным. Недостающие фотографии заменяются типовыми текстурами из библиотек. Синтезированные таким образом текстуры выглядят искусственно из-за совмещения фотографии и библиотечной рисованной текстуры. Кроме того все текстуры выравниваются по яркости и тону, с фотографий стараются убрать тени. Отсутствие теней на стенах зданий и поверхности земли также вносит ощущение искусственности. Сложность процесса получения фотографий и текстурирования приводят к отказу от фотореалистичных текстур для многих типов зданий. Такие здания раскрашиваются одним или несколькими цветами, либо полностью покрываются изображениями из библиотек текстур.

Пример здания с библиотечными текстурами

Описанный метод применяется для наполнения слоя 3D зданий в Google Earth. Трехмерные модели зданий здесь создаются преимущественно силами пользователей в разработанной для этой цели программе – Google SketchUp. Опубликованные на специальном сайте 3D Warehouse модели проходят модерацию и потом появляются в Google Earth.

Описанный метод применяется и при создании моделей городов с применением ArcGIS и модуля 3D Analyst. В основном эти модели включают лишь несколько кварталов города, из-за огромной трудоемкости процесса. На настоящий момент, автору известна единственная на территории СНГ модель, покрывающая значительную часть города – это недавно созданная 3D модель Санкт-Петербурга . Но даже эта дорогостоящая модель (по официальным данным на ее создание было потрачено 26 млн. рублей и несколько лет работы) детально описывает лишь центральную часть города. Остальные здания представлены серыми коробками без текстур и точного воспроизведения формы.

Полностью автоматическая генерация 3D моделей

Пример модели C3 Technologies

Самая молодая и перспективная технология. Использует алгоритмы восстановления геометрической формы объектов по их стереоизображениям. Стереоизображения получают с самолета, для этого используют наклонные цифровые камеры, типа Pictometry или Geosystem 3-OC-1 . Эти же изображения используются как источник текстур фасадов зданий. Для уточнения геометрии зданий и получения модели рельефа может использоваться воздушный лазерный сканер.

Ярким примером данной технологии являются модели, создаваемые шведской компанией C3 Technologies . По утверждению представителей компании, трехмерные модели городов создаются только по наклонным и вертикальным снимкам без использования данных лазерного сканирования. Весь процесс полностью автоматизирован. Поиск одних и тех же точек на перекрывающихся снимках формирует облако точек, описывающее земную поверхность и возвышающиеся над ней объекты. Затем облако точек триангулируется с целью получения поверхности. В полученной поверхности выполняется поиск плоскостей для лучшей передачи стен и крыш зданий. Конечным продуктом является трехмерная модель местности, представленная с различной степенью детализации и доступная для просмотра онлайн .

Данная методика исключает слабые стороны полностью автоматического процесса генерации моделей городов. Геометрические модели зданий здесь создаются операторами по аэроснимкам. Этот подход применяется в Delta/Digitals и CyberCity-Modeler . Для построения моделей зданий CyberCity-Modeler позволяет также использовать данные лазерного сканирования.

Создание трехмерной модели здания состоит из измерения оператором характерных точек контура крыши. Измерения проводятся стереоскопическим методом. Для ускорения процесса применяются шаблоны, разработанные для основных типов крыш. Сложные формы образуются путем комбинации простых геометрических фигур. Высота стен зданий не измеряется. Стены образуются проецированием точек основания крыши на поверхность рельефа.

Описанная методика позволяет создавать модели зданий быстро и качественно. На одно здание опытный оператор (например в Delta/Digitals) тратит от 10 секунд до одной минуты, в зависимости от его сложности. Точность измерений сопоставима с геометрической точностью исходных аэроснимков.
Создание моделей зданий – единственный ручной процесс при генерации трехмерной модели города. Дальнейшая обработка созданных моделей производится полностью автоматически. Текстуры фасадов и крыш извлекаются из тех же снимков, что использовались для создания геометрии. На этом этапе очень важно, чтобы все стороны здания были видны на снимках. Чтобы достичь этого, используются боковые наклонные камеры либо, специально спроектированные залеты. При отсутствии боковых наклонных камер залет должен быть запланирован с более чем 50% межмаршрутным перекрытием либо с дополнительными маршрутами, направленными перпендикулярно основным.

Преимущества

а) Высокая производительность. При создании зданий используются типовые шаблоны. Благодаря этому на одно здание оператор тратит в среднем несколько десятков секунд. Что значительно меньше, времени моделирования здания в 3D редакторе.

б) Высокая геометрическая точность. Положение точек контура здания измеряется по стереоснимкам. Ошибка определения координат точек в соизмерима с геометрической точностью снимков. Степень детализации моделей зданий задается техническим заданием, которое регламентирует, насколько мелкие архитектурные элементы должны быть воспроизведены.

в) Здания являются отдельными объектами, которым могут быть назначены любые атрибуты: адрес, год постройки, тип здания, материал стен. Модель города со зданиями в виде отдельных объектов имеет более широкое применение. Ее можно использовать для городского планирования, расчета зашумленности, построения карты распространения радиоволн, прогнозирования затопления.

г) Высокая фотореалистичность. Текстурирование как и в технологии полностью автоматического моделирования производится автоматически. Текстуры извлекаются из аэроснимков и выглядят очень естественно. Тени с текстур не убираются, что создает иллюзию качественного освещения трехмерной сцены.

Недостатки

а) По сравнению с полностью автоматической генерацией моделей в данном методе присутствует ручной труд операторов. Это повышает стоимость всей модели и увеличивает время работы над ней.

б) Низкое качество текстур. Текстуры извлекаются из аэроснимков и имеют низкое разрешение, в сравнении с наземной фотосъемкой. При недостаточном числе избыточных изображений, может оказаться, что некоторые стороны зданий вовсе без текстур.

Использованный пример

Трехмерная модель Винницы (Украина), доступная по адресу http://www.vin3d.net создана с использованием полуавтоматических технологий в программном обеспечении НПП «Геосистема». В качестве исходных данных модели использовались аэроснимки с камеры 3-DAS-1 . Время, затраченное на создание – 1 месяц. Одна из немногих трехмерных моделей, полностью покрывающая все районы города. Несмотря на ручное создание моделей зданий и короткие сроки выполнения работ, было смоделировано каждое строение с площадью более 3 кв. м.

Заключение

В течении последних 5 лет мы стали свидетелями появления коммерческих реализаций и укрепления позиций полностью автоматизированных методов генерации трехмерных моделей. Очевидно, что за этими методами большое будущее. Технологию, разработанную в университете Беркли, выкупила компания Google. Microsoft также обладает подобной технологией. Сервисы этих двух крупнейших провайдеров географической информации постепенно наполняются трехмерными моделями городов.
Однако разработка подобных технологий и моделей на их основе не обязательно принадлежит большим корпорациям, что подверждает последний приведенный пример.

Обсудить в форуме

Представим, что вы решили создать 3D-модель города: первые шаги в этом деле могут быть довольно трудны, но увлекательны.

Нельзя говорить о том, что подобные технологические тренды появились только в последние годы, однако они все более и более набирают популярность. Планомерная работа специалистов в этом направлении ведется уже десятки лет.

Возможно, история такого творчества не так длинна по сравнению со многими другими, но при этом за короткое время своего существования это направление пережило бурное и стремительное развитие.

Появление 3D-рисунков и планов тесно связано с развитием геоинформационных технологий (ГИС), благодаря чему полученные панорамы территорий обладают высокой точностью и привязкой к реальным географическим координатам. Активно набираются данные для создания трехмерных геоинформационных систем, и считается, что за таким способом хранения данных будущее.

Основные способы построения объемных рисунков городского пространства и других территорий подразделяются на следующие виды:

• автоматические;
• полуавтоматические;
• ручные.

Первое направление — это самое легкое направление с точки зрения тех навыков, которые требуется от будущего создателя 3D-рисунков. Однако, такие технологии были созданы относительно недавно, а для получения данных для представления информации в объемном виде необходим определенный набор аппаратного и программного обеспечения.

Помимо специальных компьютерных программ требуется наличие цифровых камер Pictometry или Geosystem 3-OC-1, а также самолет для осуществления аэрофотосъемки. Если к преимуществам такой технологии относится ее высокая скорость и фотореалистичность, то к недостаткам можно причислить недостаточную точность с точки зрения геометрии и низкое качество текстур изображения.

Кроме того, в процессе автоматического построения объемного представления территории возникают многочисленные погрешности. Многие объекты, которые в реальности отличаются друг от друга, в модели сливаются между собой. Таким образом, изображение становится недостаточно детализированным: здания, деревья и рельеф зачастую выглядят как одна сплошная поверхность.

Полуавтоматические способы воплощения подобных концепций во многом сглаживают недостатки предыдущей методики реализации объемных изображений городов. Однако, точно так же результат работы обладает низкими текстурами вследствие низкого разрешения аэрофотоснимков по сравнению с изображениями, полученными с помощью наземной фотосъемки.

Зато геометрическая точность такого трехмерного воплощения существенно повышается, а здания в ней становятся полноценными отдельными объектами.

Более традиционными и в то же время трудоемкими методами релиазации объемных панорам различных территорий являются ручные инструменты компьютерного софта. Для этих целей используется следующее программное обеспечение:

• ArcGIS+3DAnalyst;
• Google SketchUp4;
• ArchiCAD;
• AutoCAD;
• 3ds Max.

Процесс работы над деталями панорамы является очень трудоемким, однако, чем больше сил прикладывается к реализации такого масштабного дела, тем лучше результат. Современные графические редакторы, используемые в программах, связанных с геоинформационными системами, позволяют немного облегчить творческую работу, однако все равно большинство операций проводится вручную.

Именно таким образом работали над реализацией концепции по воплощению в жизнь макета подмосковного городка Дубны, который вы можете увидеть на представленном видео.

К недостаткам таких методов является низкая фотографическая реалистичность полученного проекта. В процессе подготовки проекта изображение, полученное с помощью фотосъемки, соединяется со стандартными текстурами графических библиотек. Чаще всего результат такого синтеза получается нереалистичным и искусственным.

Воплощение территорий в трехмерном виде отличаются недостаточной точностью с точки зрения точности передачи объемных объектов, таких как многочисленные здания, разбросанные по городу. Для удобства работы сооружения поддаются типологии, что во многом схематизирует результаты творческого процесса.

Однако, в ручном исполнении существует множество преимуществ. Результаты работы обладают высокой степенью детализации, а каждый объект наделен атрибутивной информацией, которая к нему привязана.

Фотографии обрабатываются вручную оператором. При этом процессе убираются все лишние объекты, обрабатываются нечеткие линии, устраняются тени, корректируется полученное изображение.

Для тех, кто хорошо разбирается в компьютерных технологиях, не составит большого труда разобраться в специфических инструментах, представленных в геоинформационных системах. Однако, не все программы представлены в свободном доступе, ведь они предназначены для профессионального использования.

Сам процесс создания 3D-моделей очень трудоемкий. И, чтобы создать детализированную модель, вам придется потратить немало времени и сил. Зачастую многие подобные проекты создаются целым коллективом разработчиков.

Модели городов России

Наша родина богата своими достопримечательностями, разбросанными по всей нашей необъятной территории. Одну из трехмерных панорам создали для такой туристической мекки, как Санкт-Петербург. Представленная концепция отличается глубокой степенью проработки и поражает количеством маленьких деталей.

Когда речь идет о воплощении в жизнь 3D-макета города, первое, что приходит в голову, это необходимость проработки архитектурных деталей.

Однако, помимо зданий и сооружений, схема Санкт-Петербурга включает в себя и другие детали: транспорт, элементы ландшафтного дизайна, а также фигурки людей.

В макете Санкт-Петербурга, информацию о котором можно при желании найти на одном из популярных IT-порталов, воспроизведен город в том виде, в каком он представал перед туристами в далеком 18 веке. Соответственно, окружающая обстановка и костюмы жителей соответствуют именно той исторической эпохе.

Масштаб представления данных в макете — 1:87. Концепция его воплощения очень тщательно проработана и сразу же привлекает к себе внимание аудитории своей детальностью.

Здесь внимательный зритель сможет при желании насчитать 1000 различных зданий, а также 25 тысяч человек, гуляющих по дорогам протяженностью в 305 метров в рамках модели. А сколько это составляет при переводе на реальные цифры, особо любознательные читатели могут рассчитать самостоятельно.

Кстати, горожане столицы Российской империи не только гуляют: это прерогатива более обеспеченных слоев населения. Простой рабочий люд в это время трудится в многочисленных мастерских, разбросанных по городу.

Площадь миниатюрного города составила 1,5 тыс. квадратных метров. Отличительной особенностью данного проекта является то, что в ней есть и водные элементы. Ведь Санкт-Петербург — известная морская столица, которая славится своими многочисленными реками и каналами.

На функционирование такого уникального объекта расходуется около 20 тысяч тонн водных ресурсов. Масштабы такой идеи по-настоящему впечатляют.

Бюджет создания такой интересной объемной панорамы составил порядка 5 миллионов долларов. А уж сколько трудовых усилий потратили на него его создатели, остается загадкой.

Объемные рисунки городов

Если вы задались целью создания модели любой территории, лучше всего начинать с самых простых техник и приемов. Для начала набросайте небольшой рисунок, который сможет стать прототипом вашего будущего проекта.

Построением 3D-схем городских территорий профильно занимаются многие архитектурные компании. Данные для построения панорам обладают высокой точностью благодаря использованию современных достижений аэрофотосъемки.

В ходу многочисленные геоинформационные технологии, которые не оставляют никакие, даже самые амбициозные проекты, без возможности реализации.

Современные возможности по созданию объемных изображений городов просто поражают даже самое изощренное воображение. Например, компания «ГеоСкан» создала трехмерный рисунок такой крупной точки на карте России, как Томск.

Она охватывает собой основную часть территории площадью 320 квадратных километров. Проект отличается высокой детализированностью и точностью привязки к географическим координатам.

Такая профессионально созданная панорама города имеет самые широкие возможности практического применения. Речь идет как о нуждах кадастра, так и о туристических целях. Есть возможность использовать использовать данный проект при размещении объектов торговли и транспорта, а также при оказании информационных услуг населению.

Объемные изображения и рисунки можно использовать и в деле, связанном со спасением жизни людей. Например, такие проекты могут понадобиться при прогнозировании различных чрезвычайных ситуаций, а также планировании эвакуационных и спасительных мероприятий.

Подобные проекты могут помочь и в налаживании инвестиционной деятельности города. Наглядность модели способствует привлечению потенциальных инвесторов, готовых вложить средства в дальнейшее развитие и реализацию потенциала территории.

Панорамы городов мира

Естественно, что технологии объемного моделирования известны не только в России, но уже давно успели распространиться по всему миру.

Если говорить о наших ближайших созданиях, то в Молдавии создали 3D-схему своей столицы — Кишинева. Проект разработали студенты факультета градостроительства и архитектуры, получающие свое образование в стенах Технического университета Молдовы.

О начале работы над проектом было заявлено в 2015 году. По сравнению с упомянутым выше Санкт-Петербургом, Кишинев представляет собой достаточно небольшой населенный пункт. Соответственно, и студенческий проект выглядит не столь масштабным. Планируется, что в готовом виде инсталляция займет всего лишь 400 метров квадратных по площади.

Любая студенческая работа, как правило, создается не только с обучающей целью, но и в расчете на последующее практическое применение.

А ведь 3D-модели в последнее время получили невероятную популярность, и они вполне могут стать новым городским туристическим объектом наряду с традиционными достопримечательностями.

Еще одна возможность практического применения подобного объемного изображения заключается в возможности установить его на улицах города и создать таким образом своеобразный туристический путеводитель.

Для этого всего лишь необходимо дополнить первоначальный проект светодиодным освещением. И, конечно же, не стоит забывать о профиле подготовки, по которому обучаются студенты, выступающие в роли авторов данной концепции.

Готовые результаты кропотливой работы можно использовать для обеспечения наглядности в процессе архитектурного проектирования.

Есть мнение, что никакое 3D-моделирование при помощи современных компьютерных программ не способно полностью заменить построение настоящих моделей, в которых полностью соблюдаются возможности представления объектов с их шириной, высотой и глубиной.

Только на таких объектах можно избежать искажений и погрешностей, что обеспечит точность при проведении градостроительного планирования и архитектурного проектирования.

Создание объемных панорам различных территорий — это новый популярный тренд. В интернете можно найти ресурсы, где умельцы компьютерного моделирования выкладывают свои работы, доступные для скачивания.

Результаты кропотливого творческого процесса представлены в различных цифровых форматах, что облегчает поиск софта для их просмотра с помощью персонального компьютера и делает его выбор более широким и разнообразным.

И цель воплощения в жизнь таких трехмерных рисунков не направлена на архитектурное проектирование. Речь идет, скорее, о демонстрации возможностей современных информационных технологий и графических редакторов.

Созданные трехмерные панорамы поражают воображение. В сети появляется множество восторженных отзывов на подобные работы графических дизайнеров.

За 1 месяц с помощью применения полуавтоматических геоинформационных технологий была создана трехмерное изображение территории Винницы, которая расположена на Украине. При ее создании использовалась программное обеспечение «Геосистема», а для проведения съемок применялась камера 3-DAS-1.

Полученные данные обладают высокой точностью и охватывает собой практически все районы рассматриваемой территории. Площадь проекта составляет 3 квадратных метра.

Накоплением геоинформационных данных активно занимаются такие известные компании, как Microsoft и Google . Всем известная возможность виртуальных прогулок по улицам основных крупных точек мира, предоставляемая сервисом Гугл Карты. В настоящее время трехмерная передача данных о земной поверхности становятся неотъемлемым атрибутом баз данных, содержащих географическую информацию.

Крупные компьютерные корпорации выкупают новейшие и самые перспективные технологии у более мелких разработчиков. Буквально за последние 5 лет геоинформационные технологии существенно обогатились за счет появления новых разработок в этой области, а также их коммерческого воплощения.

Все более укрепляются позиции полностью автоматизированных технологий воплощения объемных панорам, представляющих различные виды на карте мира.

Всем известна популярная технология Google Earth . При создании и наполнении его 3D-слоя используются ручные инструменты моделирования. Для этого применяется разработанная той же компанией технология Google SketchUp.

Все созданные различными редакторами, разбросанными по всему миру, полученные данные проходят предварительную модерацию при помощи специального сервиса на сайте 3D Warehouse. Таким образом, сервис Google Earth пополняется только проверенной информацией.

Концептуальное планирование развития территории

Высокий интерес к геоинформационным системам (ГИС) легко объясним. Помимо наглядности и легкости навигации по электронной карте, в ГИС есть возможность быстро получать справочную информацию, привязанную к объектам, проводить анализ с учетом расположения объектов. Традиционные чертежи и схемы в этом плане менее удобны.

В России пока получили распространение по большей части двухмерные ГИС – электронные карты с привязанной к ним информацией по объектам. Например, генеральные планы территории, которые сегодня зачастую используются для городского планирования, представляют собой изображение, полученное методом графического наложения чертежа проектируемого объекта на топографический, инженерно-топографический или фотографический план территории. Кроме того, генплан включает в себя ряд схем, в частности объектов электро-, тепло-, газо- и водоснабжения населения; автодорог, мостов и иных транспортных инженерных сооружений; границ территорий объектов культурного наследия.

Вот лишь некоторые проблемы, с которыми приходится сталкиваться при использовании двухмерного плана территории:

• схематичное изображение объектов не дает представления о фасаде (нет возможности дополнительного контроля сохранности исторического облика, подготовки дополнительных материалов для гостей города), высотности зданий и деталях экстерьера (пандусы, высокие тротуары и т. д.);
• процесс принятия решений по планировке, застройке, реконструкции городских объектов занимает много времени;
• реестровые системы и системы, базирующиеся на 2D-плане, недостаточны для решения ряда вопросов, связанных с социальной защитой, безопасностью, сохранением и развитием культурного облика города;
• несмотря на доступность генеральных планов и реестровой информации многих городов в Интернете, по ним довольно сложно ориентироваться и они не дают представления о внешнем облике зданий и городской среде в целом.

Трехмерные ГИС, получившие распространение за рубежом, позволяют решить большинство подобных задач.

Виртуальное путешествие по 3D-городу

3D-макет города , доступный через Интернет, – уникальная технология, позволяющая не выходя из дома получать наглядное представление об объектах инфраструктуры, быстро перемещаться по виртуальному городу, изучать обширные территории. Программа имеет легкий в освоении и интуитивно понятный интерфейс.

Для того чтобы визуальное представление об объектах было максимально реалистичным, к ним, как правило, привязываются фотографии, сферические панорамы территории и др.

Благодаря функции создания виртуальных облетов территории можно самостоятельно выбрать маршрут движения, идти вслед за камерой, медленно перемещающейся вдоль улицы, повернуть в переулок, посмотреть панорамный вид понравившегося места, убрать? о зданиях или двигаться по заданной траектории движения камеры. На основе облетов территории можно получать высококачественное видео и скриншоты.

Помимо визуального ознакомления с городом, ГИС дает возможность получить справочную информацию (необходимые сведения о городских достопримечательностях), найти объект и посмотреть, как он выглядит в реальности, сравнить несколько видов трехмерного города (например, модель территории, какой она была 200 лет назад, сегодняшнего и будущего города), проследить за изменениями города в соответствии с планом властей, а также увидеть город в разное время суток (можно оценить, как будет падать тень от зданий или как будет выглядеть город с праздничной иллюминацией).

Еще одна важная особенность 3D-генплана – возможность подключения к нему информации о социально значимых объектах, помогающей сделать город более социально ориентированным. Такая справочная информация предоставляет возможность лицам с ограниченными возможностями узнать через Интернет о транспортной доступности, этажности, наличии пандусов в аптеках, клиниках и других общественных местах.

Управление городской инфраструктурой на новом уровне

Трехмерные технологии помогают инженерам и градостроителям быстро создавать проектные предложения, а городским службам и органам власти анализировать, «что может быть» в контексте того, «что уже есть».

С помощью 3D-ГИС удобно создавать модели существующей инфраструктуры. В единой трехмерной модели объединяются уже используемые в архитектурно-строительных компаниях типы данных – 2D-САПР , ГИС , системы информационного моделирования (BIM) , растровые данные. При этом могут интегрироваться данные из различных министерств, ведомств и любых других организаций.

Планирование развития территории, разработка концепций застройки осуществляются в контексте существующей окружающей среды (с учетом объектов различного типа). На карту могут накладываться данные о различных зонах, например природоохранных или культурного наследия. Это позволит оценить влияние планируемых к постройке зданий на внешний вид исторической застройки, оценить обзорность с учетом высотности сооружений, решить другие важные задачи администрации города. Возможно и 3D-проектирование подземной инфраструктуры, что очень удобно для работы городских служб ЖКХ.

Рисунок 1. Расположение городской газовой сети

Использование 3D-ГИС удобно во время совещаний и презентаций, поскольку значительно облегчает взаимодействие проектировщиков и инвесторов. При использовании визуальной, легкой в восприятии концептуальной модели, для управления которой не требуется никаких специальных технических знаний, принятие решений происходит значительно быстрее и проще. Технология имеет возможность быстрого переключения между несколькими вариантами и оценки влияния каждого из них на окружающую обстановку и объекты.

К информационной 3D-модели города можно подключать различные инструменты анализа, моделирования и прогнозирования, в частности:

• инструменты математического моделирования, статистического анализа для оценки ситуации в той или иной сфере деятельности;
• системы бизнес-аналитики, позволяющие проанализировать эффективность работы различных организаций;
• программы для визуализации и/или симуляции физических явлений и процессов.

Рисунок 2. Пример анализа данных посредством 3D-ГИС

3D-ГИС – эффективный инструмент для моделирования действий спецслужб и путей эвакуации при чрезвычайных ситуациях, а также создания соответствующих 3D-тренажеров.

Пример 3D-модели города

Для подмосковного города Дубны была разработана трехмерная ГИС на основе уже существовавшей двухмерной модели. Заказчиком выступила администрация города, а исполнителем – компания «Риэл Гео Проджект» (ГК «НЕОЛАНТ»). Прежняя модель решала множество задач в сфере архитектуры и градостроительства, городского хозяйства, управления муниципальным имуществом. Перед новой 3D-ГИС были поставлены следующие задачи:

• повышение качества презентационных материалов по градостроительным вопросам, предоставляемым на заседания земельной комиссии и публичные слушания;
• проработка отображения подземных коммуникаций в 3D;
• анализ данных по качеству оказания услуг ЖКХ в 3D.

В программе Autodesk Infrastructure Modeler была создана интерактивная 3D-карта города Дубны, состоящая из следующих элементов:

• базовой цифровой модели рельефа (ЦМР), построенной по данным топосъемкки;
• данных аэрофотосъемки, наложенных на рельеф;
• векторных картографических слоев;
• 3D-моделей зданий, полученных из векторных данных.

В 3D-карту впоследствии были добавлены модели строящихся зданий и существующие проекты развития городской инфраструктуры.

Результатом нововведения стало поднятие на качественно новый уровень процедуры обсуждения и согласования строительства новых объектов в городе.

Рисунок 3. 3D-модель наукограда Дубны

ПРЕИМУЩЕСТВА 3D-ГИС

Технология 3D-ГИС позволяет создать единую информационную модель города, объединив данные из разных источников. И граждане, и органы государственной власти получают развернутую информацию о состоянии территории, интересующих объектах и сооружениях из наглядного и объемного виртуального пространства.

3D-модель города облегчает ориентирование в незнакомом городе для туристов, повышает доступность информации о городе и объектах инфраструктуры для жителей, особенно для социально незащищенных категорий населения.

Кроме того, 3D-ГИС города облегчает решение множества задач городского управления, среди которых:

• ускорение процесса принятия решений по планировке, застройке, реконструкции и обустройству городских объектов в органах власти;
• анализ, моделирование и прогнозирование развития ситуации в той или иной сфере жизни города;
• моделирование чрезвычайных ситуаций и отработка действий в них в виртуальном пространстве;
• мониторинг ситуации в городе в различных разрезах.

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

Вы когда-либо спрашивали сами себя "Почему видео игры всегда происходят в городах подобных Нью-Йорку, Лондону, или совсем Далеко-далеко?" Вам понравилось бы увидеть видео игру в вашем городе? Возможно, коммерческие компании не сделают игру в вашем городе, но Вы можете сделать это, используя Блендер. Все, что Вам нужно - компьютер, Блендер, свободное время и этот урок. Давайте начнём!!

Моделирование Главных Улиц

Откройте Блендер и удалите куб по умолчанию, затем добавьте плоскость . Переходите в Режим Редактирования , выберите вершины 3 и 4 и удалите их [клавиша X (Erase)>>Vertices](Рис 1), таким образом у нас есть край. Переходите на вид сбоку, выберите другие две вершины и выдавите их . При выдавливании используйте ограничение, чтобы перемещать края только по оси Z [Средняя Кнопка Мыши (MMB)] Теперь мы имеем нечто похожее на U (Рис 2). Не отменяйте выбор новых вершин и выдавите снова, но теперь с ограничением по оси X. НЕ перемещайте мышь после выдавливания, просто щелкайте чтобы не перемещать вершины, затем нажмите и масштабируйте эти вершины по оси X. Выдавите еще один раз и перемещайте новые грани по оси Z, чтобы иметь что-то похожее на (Рис 3)

Это - база нашего города, когда Вы сделаете, выберите всё , переходите на вид сверху и выдавите всё , не забывая добавить ограничение перемещаться только по оси Y .

У нас будет что-то, что выглядит подобно улице, но нормали могут оказаться перевёрнутыми, (Рис 4), тогда пересчитайте их внутрь (Рис 5) .

Используя этот метод Вы можете сделать столько улиц, сколько Вы хотите, используйте другую ширину, чтобы делать небольшие улицы или большие авеню (проспекты). Теперь мы собираемся моделировать пересечение.

Поместите 4 улицы как в (Рис 6), выбирите всё, перейдите на mesh tool и задайте предел величины в 0.02, теперь щелкните на remove doubles (удалить двойные). Это соединит все вершины, расположенные очень близко (Рис 7).

Теперь выберите вершины 1, 2 и 3 и заполните [F]. Выберитесь 2, 3, 4 и 5 и заполните [F] снова. (Рис 8). Сделайте то же в четырех углах. Затем выберите вершины 5, 6, 5a и 6a и заполните [F], сделайте то же с другой стороны и завершите, выбирая вершины 6, 6a, 6b, 6c и заполняя [F] (Рис 9). Не забывайте пересчитывать нормали внутрь, если нужно.

Конечно, для того, чтобы делать больше пересечений, Вы не должны повторять весь процесс, просто выберите первый перекрёсток, используя [B] и , поместите его очень близко к новому пересечению, выберите всё, и щелкните удаление двойных (Рис 10). Делая так, Вы можете сделать город настолько большой, насколько Вы хотите.

Текстурирование улиц

Для текстур улиц Вам нужны изображения строений и магазинов (Рис 11).

Вы можете поискать их в Интернете или Вы можете выйти наружу и сделать свои фотографии. Загрузите рисунок в Редактор UV Image (Рис 12), перейдите в режим редактирования и измените режим выбора на грани. Выберите грань, где Вы хотите поместить изображение, и выберите его в Редакторе UV Image (Рис 13). Поищите текстуру тротуара и установите её. На обочине поместите желтую текстуру (где это бывают желтые бордюры? – недоумение переводчика) , и на дороге поместите другую текстуру, похожую на дорогу:-D (Рис 14)

Добавление деталей

Вы можете использовать страницы подобные http://www.3dxtras.com или http://www.katorlegaz.com/3d_models/index.php , чтобы поискать объекты, подобные освещению движения, уличных фонарей, контейнеров, парковочных измерителей. Вы можете использовать http://www.google.com , чтобы искать больше и больше вещей (Рис 15). Если Вы не найдёте объект, Вам нужно смоделировать его самостоятельно, используя уроки в Интернет. Добавьте немного новых кубов, чтобы делать окна и двери.

Очень большие города

В очень больших городах Вы должны разделить город на несколько различных объектов. В каждом Вы должны добавить property (свойство), называемое "mesh" и величина должна быть мешем объекта, "always sensor" с задержкой в десять, питон-контроллер со сценарием "city.py". Наконец, добавьте актуатор типа edit object / replace mesh, назвываемый "m".

#city.py import GameLogic as GL ls=GL.getCurrentScene().getObjectList() cont=GL.getCurrentController() own=cont.getQwner() d=own.getDistanceTo(ls[“OBCube”]) m=cont.getActuator(“m”) if d>100: m.setMesh(“nada”) else: m.setMesh(own.mesh) GL.addActiveActuator(m,1)

Вывод

Это - легкий путь сделать ваш собственный город и Вы можете добавить столько объектов, сколько Вы захотите. Когда Вы увидите результат, Вы будете горды и Вы можете сыграть теперь во всё, что Вы хотите.

Счастливого блендинга.
Sergio Guevara Martínez(Alias 53R610)
Antonio Alberto Ramos Ruiz (Alias R@MŐ$)

Я люблю города, 3D-модели, макеты… Город, напечатанный на 3D-принтере? Идеально! В 2014 году в Сан-Франциско была представлена самая масштабная печатная интерактивная 3D-модель города, причём полтора года спустя этот статус ещё при ней. Макет всё равно охватывает не целый город, но 115 кварталов северо-восточного Сан-Франциско с разрешением печати в 16 микрон и соответствующим уровнем детализации - это действительно впечатляющий результат. Странно, что об этом никто не написал здесь. Исправлю несправедливость.

Модель разработало творческое агентство “Steelblue”, занимающееся маркетингом крупных строительных объектов, под эгидой компании “Autodesk” по заказу крупной компании-застройщика “Tishman Speyer”. Изготовлен он был в автодесковских «творческих мастерских Pier 9” из фотополимера VeroWhite на двух Objet500 Connex 3D-принтерах с камерой печати 500x400x200 мм. Этот принтер совмещает объёмную камеру и большую скорость печати с очень тонкими слоями, обеспечивая возможность быстрого и точного создания больших деталей или даже нескольких деталей из различных материалов. Но даже на таком оборудовании печать заняла 2 месяца по 5 дней в неделю по 18 часов в день. Общий вес в 68 кг - это вам не шутки. А ведь ещё есть стадия постобработки вручную, примерно 45 минут на квартал.

Трёхмерная модель была создана на основе большого количества разнородных данных. В ход пошли и топографические карты, и трёхмерное сканирование, и фотографии, и архитектурные проекты из архива. В охваченную зону попали многие местные достопримечательности, которые были воссозданы с большим тщанием. Моделирование заняло около 6 лет: с 2008 по 2014. Даже имевшимися в распоряжении разработчика трёхмерными моделями зданий из прежних проектов воспользоваться не вышло: под масштаб 1:1250 и разрешение принтера проще оказалось построить новые, чем упрощать старые. Минимальный размер деталировки соответствует примерно 30 см в реальном мире.

Видео процесса создания

Цель создания этого масштабного объекта - помочь застройщику в градостроительном планировании. Любой блок можно заменить и посмотреть, что получится. Одним из плюсов 3D-печати авторы называют возможность без особого труда поддерживать актуальность модели. Другой плюс - более высокая детализация, скорость производства и низкая стоимость, чем традиционный макет, изготовленный вручную. Главный же смысл создания макета вообще - то, что он позволяет чувствовать пространство так, как сколь угодно реалистичная картинка на экране не поможет. Хотя виртуальной части модели тоже отводится важная роль: работа идёт в ней, а сам макет служит для презентаций.

Кроме собственно модели города (в состоянии на 2017 год, когда кое-какие крупные объекты будут достроены) в комплект входит расположенный под потолком проектор, который и создаёт интерактивную составляющую на любой вкус. Можно наложить на макет будущие линии метро или дороги (даже смоделировать на них поток автотранспорта), можно подписать улицы или отобразить зонирование по какому-то признаку. Можно имитировать движение солнца по небосклону и проследить за зонами тени. Только пределы фантазии ограничивают способы использования подсветки.

Демонстрация возможностей работы с проектором

Оригинал со всем сопутствующим оборудованием и программным обеспечением остаётся у заказчика, “Tishman Speyer”. В копии, которая будет демонстрироваться публике в галерее Autodesk, подсветку планируют встроить в сам стол снизу, для красоты. В “Steelblue” готовы расширять модель новыми кварталами, разрабатывают более функциональный вариант подсветки с несколькими проекторами, а так же хотели бы заняться печатью других городов, но при такой трудоёмкости работ и стоимости в несколько сотен тысяч долларов макет Сан-Франциско пока уникален по охвату территории.

Источники:
Презентация макета на сайте “Autodesk” , там же - отчёт о печати в мастерской „Pier 9“
Рассказ Jeff Mottle, хозяина архитектурного журнала „CGarchitect“, о работе “Steelblue” над этим объектом и дальнейших планах
Собственный сайт главного моделлера этого проекта, Jacob Gubler , там же можно посмотреть похожие, но меньшие по охвату принты Бостона и Манхэттена, а также принт Сан-Франциско из прозрачного материала Veroclear.