Решения AutoDesk для создания 3D-ГИС

Геоинформационная система (ГИС) – это многофункциональная информационная система, предназначенная для сбора, обработки, моделирования и анализа пространственных данных, их отображения и использования при решении расчетных задач, подготовке и принятии решений. Сфера применения данных решений неисчерпаема: моделирование территорий, проектирование территориальных инфраструктур (автотранспортные и ж/д магистрали, каналы и т.п.), ведение БД управления городским хозяйством, архитектурное проектирование, ведение эксплуатационных БД по зданиям, сооружениям и системам коммуникаций, муниципальные ГИС и урбанистика. ГИС используются в решении задач инвентаризации, кадастровой оценке, прогнозировании, оптимизации, мониторинга, пространственного анализа и т.п. [1, 2].

ГИС позволяет объединить 3D-модель с внешней информацией. При реализации данного решения происходит очевидный и качественный виток в информационном обеспечении процессов управления системами.

Переход к трехмерному представлению объектов на местности открывает новые возможности и позволяет решить задачи:

• -    создание трехмерных визуализаций ландшафта территории, градостроительного окружения и инфраструктуры в масштабах сотен километров;

• -    всестороннее представление проекта, включая возможность подготовки нескольких вариантов проекта и его фотореалистичной визуализации в 3D (особенно это важно в случае, когда проект демонстрируется неподготовленной аудитории);

• -    планирование развития территорий, эскизная проработка различных вариантов развития территории в режиме реального времени;

• -    проведение ландшафтного анализа, оценки высотных характеристик объектов и взаимодействия объектов друг с другом и с окружающей средой;

• -    анализ пространственных данных в объеме и представление результатов анализа в удобном для восприятия виде;

• -    создание качественных презентационных материалов и видеороликов;

Одно из важнейших преимуществ трехмерного проектирования заключается в возможности совместной работы проектировщиков смежных дисциплин над проектом – применение трехмерного подхода подразумевает организацию параллельных процессов проектирования, за счет чего достигается значительное сокращение сроков выполнения проектов. Кроме того, это:

• -    автоматическое получение полного комплекта качественной конструкторской и технологической документации (сборочных чертежей, спецификаций, ведомостей материалов и т.д.);

• -    значительное снижение расходов на проект в целом;

• -    сокращение сроков выполнения проекта;

• -    отличный способ представить проект более наглядно и целостно;

• -    устранение недочетов уже на начальных стадиях проекта;

• -    возможность командной работы над проектом.

Поэтому одной из основных тенденций в области проектирования на сегодняшний день является переход от двухмерного проектирования и черчения к трехмерному моделированию. Внедрение современных систем трехмерного проектирования является стратегическим шагом, который во многом определяет ход развития проектных организаций, учитывая современные потребности различных отраслей проектирования [3].

Для наиболее быстрой и качественной реализации перечисленных крупномасштабных задач, программ и проектов вышеупомянутых отраслей необходим именно инновационный подход и новейшие технологии, одной из которых и является технология трехмерного проектирования.

• 1.    О компании Autodesk

  Компания Autodesk (США) была основана в 1982 году. Сегодня это один из крупнейших в мире производителей программного обеспечения систем автоматизированного проектирования для промышленного и гражданского строительства, машиностроения, дизайна, визуализации, анимации, геоинформатики, цифровых средств передачи информации и беспроводной связи. Autodesk предлагает полнофункциональный комплекс решений для автоматизированного проектирования – от систем для черчения и двухмерного конструирования до трёхмерных САПР с поддержкой цифровых прототипов. Компания активно развивает передовые 2D- и 3D-технологии для визуализации, моделирования и анализа поведения разрабатываемых конструкций на ранних стадиях проектирования [4].

• 2.    Разработка 3D-ГИС

2.1.    Создание модели рельефа поверхности

Каждый продукт создан для определенного рода задач и обладает всеми необходимыми функциональными возможностями для реализации того или иного этапа разработки проекта.

Предоставляя архитекторам, конструкторам, инженерам и специалистам по компьютерной графике возможность создания цифровых моделей своих проектов, Autodesk помогает всесторонне испытывать идеи и внедрять новые технологии в рабочий процесс. Более 10 миллионов профессионалов во всем мире благодаря продуктами Autodesk экономят время и средства, повышают экологическую рациональность своих проектов, используют новые способы реализации своих идей. Что бы ни понадобилось вам в работе – технология информационного моделирования зданий для архитектуры и строительства, технология цифровых прототипов для автомобилестроения и промышленного производства или средства создания виртуальной реальности для фильмов и видеоигр – все это можно найти в предлагаемых компанией Autodesk программных продуктах. Autodesk не просто обеспечивает конкурентные преимущества, но и помогает делать окружающий мир более продуманным и благоустроенным.

Использование технологий трёхмерного моделирования при создании ГИС – это новое и актуальное направление в области ГИС.

Это открывает действительно неограниченные возможности для управления зданием, комплексом, районом или целой областью. Информация о каждом, даже самом небольшом объекте представляется в четком и структурированном виде. Причём в единой базе данных совмещено множество информационных источников, что позволяет легко сопоставлять различную разрозненную информацию. Например, для того, чтобы понять какие подземные коммуникации пролегают в районе предполагаемого строительства, приходится разбираться во множестве инженерных схем, что требует немалого времени или же специальной подготовки. В случае, когда используются 3D технологии, информация легка для восприятия и наглядна. Немаловажным аспектом в пользу 3D ГИС является отсутствие влияния человеческого фактора на обработку данных. Трёхмерные модели создаются на основе фотографий реальных объектов и обладают высокой актуальностью.

Таким образом, 3D-ГИС включает в себя трехмерную модель ландшафта территории, градостроительного окружения и инфраструктуры с возможностью автоматического получения полного комплекта качественной конструкторской и технологической документации (сборочных чертежей, спецификаций, ведомостей материалов и т.д.)

AutoCAD Civil 3D – это решение для гражданского строительства, которое позволяет ускорить процесс разработки высококачественных проектов в сфере транспорта, землеустройства и инфраструктуры. Подход, используемый программой, – создание единой цифровой модели поверхности – позволяет лучше координировать работу над проектом, визуализировать результат и создавать высококачественную рабочую поверхность. AutoCAD Civil 3D упрощает и ускорят все этапы работ – от первоначальных проектных набросков до сложных расчетов. Специализированные функции программы автоматизируют трудоемкие задачи и позволяют спрогнозировать эксплуатационные характеристики проектируемых объектов. Все изменения в проектах и результатах расчетов автоматически отражаются в документации. Это означает, что проектировщик сразу же видит, как повлияет изменение на проект в целом, и может исследовать различные альтернативы, чтобы быстрее добиться лучшего результата [5].

На этапе подготовительных работ производится извлечение аэрофотоснимков, спутниковых фотографий и данных о рельефе из Google Earth, а также импорт ГИС-данных об осевых линиях дорог, границах заболоченных территорий и т.п. Затем с помощью специализированных функций AutoCAD Civil 3D прокладываются предварительные трассы дорог и выполняется предварительная разбивка участков. Использование данных с лазерных сканеров позволяет получить точные 3D модели объектов и участков земной поверхности.

Модели сложных поверхностей в AutoCAD Civil 3D поддерживают динамические связи с исходными данными – горизонталями, характерными линиями, моделями коридоров и объектами профилирования. Сформированная поверхность используется для отображения горизонталей, областей водосбора, направлений стока, результатов анализа по уклонам и высотным отметкам. Она полностью готова к визуализации (рис. 1).

Рис. 1. Модель рельефа поверхности в Civil 3D

2.2.    Моделирование объектов

Autodesk 3D Studio Max – это полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации. 3D Studio Max располагает обширными средствами по созданию разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей реальных или фантастических объектов окружающего мира с использованием разнообразных техник и механизмов, включающих следующие:

• -    полигональное моделирование в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) – это самый распространённый метод моделирования, используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр;

• -    моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS);

• -    моделирование на основе порций поверхностей Безье (Editable patch) – подходит для моделирования тел вращения;

• -    моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов.

2.3.    Создание 3D-ГИС

Методы моделирования могут сочетаться друг с другом [6].

Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом моделирования и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов (рис. 2).

Рис. 2. Моделирование объектов в 3Ds Max

Одним из самых мощных доступных на рынке решений по созданию трехмерных ГИС является Autodesk Infraworks – программный продукт, предназначенный для концептуального проектирования инфраструктуры. Это решение может использоваться для проектов гражданского строительства, развития транспортной инфраструктуры и городского планирования любого масштаба. Кроме того,

Infraworks также может применяться и в архитектурной практике при размещении 3D моделей зданий в окружающем ландшафте [7].

Autodesk Infraworks помогает инженерам и градостроителям быстро создавать проектные предложения, а городским службам и органам власти – анализировать, «что может быть», в контексте того, «что уже есть».

Основные функциональные особенности:

• -    быстрое создание моделей существующей инфраструктуры. На базе Infraworks могут быть интегрированы в единую трехмерную модель уже используемые в архитектурно-строительных компаниях разные типы данных: чертежи из 2D САПР, ГИС данные, в том числе из СУБД, информационные модели зданий (BIM), растровые данные (космоснимки для покрытия рельефа, текстуры для моделей);

• -    создание и сравнение множества вариантов развития территории: и проектировщики, и инвесторы получают возможность быстрого переключения между несколькими вариантами и оценки влияния каждого из них на окружающую обстановку и объекты;

• -    создание виртуальных облетов территории. Можно самостоятельно выбрать маршрут движения, идти вслед за камерой, медленно перемещающейся вдоль улицы, повернуть на другую улицу, посмотреть панорамный вид понравившегося места, получить дополнительную информацию о встретившихся зданиях или двигаться по заданной траектории движения камеры. На основе облетов территории можно получать высококачественное видео и скриншоты.

Кроме того, в Infraworks имеется возможность накладывать на карту данные о зонах с особыми условиями использования территории – например, природоохранных, культурного наследия и планировать развитие инфраструктуры с их учетом.

Городские службы и органы власти могут использовать Autodesk Infraworks при решении самых разнообразных задач, например:

• -    разработка концепций застройки;

• -    презентация территорий и инфраструктуры потенциальным инвесторам;

• -    разработка инвестиционных планов развития территорий (в том числе с учетом ресурсной обеспеченности и возможностью предварительной оценки проекта за счет оперативного получения данных из других ведомств);

• -    оценка влияния планируемых к постройке зданий на внешний вид исторической застройки, оценка обзорности с учетом высотности сооружений;

• -    моделирование действий спецслужб и путей эвакуации при чрезвычайных ситуациях; мониторинг социально значимых объектов для решения задач МЧС (установленные ограждения, подъездные пути, внешний и внутренний облик зданий и внутридомовых территорий, расположение инженерных коммуникаций, пожарных щитов и пр.);

• -    мониторинг состояния внутридомовых территорий (с точки зрения благоустройства);

• -    мониторинг доступности социально значимых объектов для лиц с ограниченными возможностями – информация о транспортной доступности, этажности, наличии пандусов в аптеках, клиниках, других общественных местах;

• -    мониторинг исторических сооружений для контроля сохранения исторического облика города (возможна интеграция с реестрами культурного наследия).

Созданная с помощью Infraworks трехмерная геоинформационная модель объекта (здания, города и т.д.), для управления которой не требуется никаких специальных технических знаний, облегчает процесс взаимодействия проектировщиков и инвесторов, позволяет ускорить принятие решений и повысить их эффективность (рис. 3). Возможность анализа пространственных данных и представление результатов анализа в удобном для восприятия виде позволяет сосредоточить свои усилия на поиске наилучшего и оптимального решения, не тратя времени на осмысление разнородных данных.

Рис. 3. 3D-ГИС в Infraworks

Заключение

В настоящее время технологии ГИС применяют практически во всех сферах человеческой деятельности. Градостроительный кадастр, управление земельными ресурсами, инженерные изыскания, планирование в строительстве и архитектуре, управление наземным, воздушным и водным транспортом, география, картография, геология, добывающие отрасли, военное дело, экология и природопользование и др.

Кроме того, технологии ГИС – это средство для управления бизнес-информацией, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений. ГИС-анализ пространственных данных и представление результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде позволяет сосредоточить свои усилия на поиске наилучшего и оптимального решения, не тратя времени на осмысление разнородных данных.

Поэтому ГИС-технологии завоевывают все большую популярность в нашей стране и постоянно развиваются. К основным тенденциям развития ГИС относятся:

• -    движение ГИС к многопользовательским, территориально-распределенным системам с доступом через локальные вычислительные сети и Интернет;

• -    объединение информационных систем и ГИС. Например, серверная ГИС совместно с СУБД масштаба Oracle представляет собой многопользовательский банк данных, который может содержать любую геопространственную информацию (топографические карты, цифровые модели рельефа местности, изображения), табличные, формализованные и любые другие справочные данные;

• -    движение ГИС от систем отображения и простейшего анализа к аналитическим системам и системам поддержки принятия решений;

• -    активное развитие инструментов трехмерного моделирования.

Трехмерные ГИС позволяют:

• -    создать 3D модель объекта, территории, пространства;

• -    грамотно планировать развитие территорий и градостроительства, совершенствовать кадастр территорий;

• -    еще более повысить эффективность процедуры принятия решений за счет точного определения пространственных координат объектов, осуществления реалистичного отображения объектов, виртуального перемещения по модели, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде;

• -    сформировать единое визуальное пространство, с помощью которого пользователь получает возможность проанализировать совокупность территориально-распределенной информации.

Таким образом, трехмерные ГИС позволяют решать ряд важнейших стратегических задач в сферах безопасности, управления миграционными потоками, развития жилищно-коммунального хозяйства и транспортной инфраструктуры.

Компания Autodesk предлагает весь инструментарий, необходимый для создания 3D-ГИС, включающий в себя трехмерную модель ландшафта территории, градостроительного окружения и инфраструктуры с возможностью автоматического получения полного комплекта качественной конструкторской и технологической документации (сборочных чертежей, спецификаций, ведомостей материалов и т.д.).