Рекомендации по внедрению 3D моделей в ГИС

Согласно рекомендациям МЧС по созданию 3D моделей (далее трехмерное геоизображение) потенциально опасных объектов предлагаются различные геоинформационные системы и пакеты трехмерного моделирования для решения данной задачи.

В тезисной форме опишем основные моменты рекомендаций. Основное назначение трехмерных геоизображений заключается в информационном обеспечении:

1. разработки федеральных планов действий по предупреждению и ликвидации ЧС, межрегиональных планов взаимодействия субъектов Российской Федерации, а также планов действий по предупреждению и ликвидации ЧС, планов повышения защищенности КВО, разрабатываемых  федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления, органами управления организаций, эксплуатирующих опасные объекты, собственниками или балансодержателями этих объектов;
2. организации и осуществления экстренного (оперативного) реагирования на чрезвычайные ситуации постоянно действующими органами управления и органами повседневного управления, проведению первоочередных аварийно-спасательных и других неотложных работ силами и средствами (аварийно-спасательными формированиями, подразделениями пожарной охраны) единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, возникающие на территориях административно-территориальных единиц и объектах жизнеобеспечения, потенциально-опасных, критически важных для национальной безопасности.

Далее дана классификация трехмерных изображений по различным признакам.

В данной статье мы предлагаем конкретное решение, которое на наш взгляд является наиболее оптимальным с точки зрения затрат (временных, финансовых), организации данных и качества выходных результатов. Данное решение является результатом совместных обсуждений с руководством Управления по делам ГО и ЧС при Правительстве Республики Башкортостан

На современном этапе многие разработчики геоинформационных систем уделяют большое внимание возможностям работы в трехмерной сцене. Стало возможным представлять накопленные годами различные геопространственные данные (векторные карты, топографические планы, данные дистанционного зондирования, результаты моделирования) в трехмерном виде и выполнять геопространственную обработку. Однако следует признать, что так называемый «движок» трехмерной сцены значительно уступает в скорости и эффективности пакетам трехмерной моделирования и манипулировать трехмерной сценой в ГИС, перегруженной встроенными 3D моделями, достаточно проблематично. Кроме того, создание непосредственно 3D примитивов значительно удобнее в пакете, нежели в ГИС. В связи с этим необходимо найти некое оптимальное отношение, какая система и за что будет «в ответе».

Исходя из назначения геоинформационного изображения и, не претендуя на исключительность и уникальность нашего решения, мы считаем:

1. Основой построения геоинформационного изображения является геоинформационная система, которая позволяет интегрировать разнородные данные (карты, снимки, фотографии, планы и др.) за счет пространственной составляющей и имеет богатый функционал аналитических возможностей. Это особенно важно при оперативном решении задач, когда в кратчайшие сроки необходимо добавить новые данные, рассчитать оптимальные маршруты, смоделировать чрезвычайную ситуацию и т.п. При выборе ГИС следует ориентироваться на стандарты, в частности, ГИС ArcGIS от компании ESRI как открытую масштабируемую систему. Система локализована на русский язык, имеют техническую и консультационную поддержку и представлена полной линейкой продуктов от мобильных, настольных приложений до серверных решений.

2. ГИС должна быть дополнена специализированными модулями, позволяющими решать тематические задачи. Применительно к ArcGIS Desktop мы рекомендуем использование следующих модулей: «3D Analyst» для трехмерного отображения и манипулирования трехмерным изображением, «Network Analyst» для решения сетевых транспортных задач, «Риск ЧС (оператор)» для моделирования техногенных ЧС.
3. Внедрить в трехмерную сцену ГИС «грубые» трехмерные примитивы, имеющиеся в ГИС или импортированные из пакетов трехмерного моделирования. Данный пункт хотелось бы пояснить отдельно. Дело в том, что создание «красивой» трехмерной картинки не является самоцелью. Для эксперта достаточно ориентации в пространстве, а для этого можно использовать текстуры и несложные примитивы. Гораздо важнее получение необходимой информации с точки зрения возникшей ЧС и анализ ситуации. Например, оценить огнестойкость стен, рассчитать зону поражения, определить число пострадавших и др. Это можно реализовать за счет хранения атрибутивной информации и специализированных модулей (п.2).
4. Для создания 3D примитивов использовать общедоступные пакеты. Мы рекомендуем использовать Google SketchUp. во-первых, для данного пакета имеется огромная библиотека моделей в свободном доступе и регулярно пополняемая самими пользователями. Во-вторых, данный пакет обладает набором необходимых и достаточных средств для 3D проектирования и легок в освоении, что позволяет привлечь к работе простых пользователей. В третьих, формат хранения модели «skp» становится стандартом и поддерживается во многих ГИС или может быть легко экспортирован в уже зарекомендовавшие себя стандарты «3ds», «dxf», «obj» и др.
   

5. Реализовать 3D примитив в упрощенном виде (для вставки в трехмерную сцену  ГИС) и детальном виде с отчуждением в виде отдельно исполняемого файла (для отдельного запуска модели). Последнее возможно, если использовать модуль SketchUp «eDrawings», разработанный компанией SolidWorks. Тогда за счет простых ссылок можно от трехмерной сцены ГИС перейти к детальному примитиву, не нагружая ГИС излишними деталями. В полученной сцене eDrawings  можно управлять нагрузкой (включать/отключать/делать прозрачными элементы), манипулировать, экспортировать в другие форматы и много другое.

Указанные выше принципы построения геоинформационного изображения ориентированы на настольное решение, однако, допускают простой перенос на серверное решение и реализации многопользовательского доступа. Для примера рекомендуем просмотреть демонстрационный ролик от компании ESRI.