1.3. Программные средства 3D визуализации в геоинформационных системах военного назначения

В качестве базового программного продукта в Вооруженных силах РФ используется ГИС «Оператор» принятая на вооружение приказом МО РФ
№ 598 от 15 августа 2013 года [9].

ГИС «Оператор» предназначена для создания (нанесения) и редактирования (обновления) условных знаков оперативной обстановки (рис. 1.7).

Основные направления использования ГИС «Оператор» [7]:

топогеодезическое обеспечение войск, автоматизация учета и хранения данных, расчет запасов карт;

ведение дежурных и оперативных карт и схем, автоматизация формирования графических документов;

инструментальное и информационное обеспечение учений и командно- штабных тренировок;

автоматизация процессов управления войсками, обеспечение развития
концепции сетецентрических войн;

объемное моделирование местности и оперативной обстановки, создание виртуальных макетов местности;

информационное обеспечение боевого применения высокоточного
оружия;

оперативный поиск и обеспечение картографическими материалами на требуемый район;

анализ и прогнозирование оперативной обстановки;

информационное обеспечение принятия оперативных решений;

обработка, визуальный анализ тематических справочных данных, формирование наглядных графических документов с использованием цифровой картографической основы, автоматизированная обработка и отображение данных, результатов расчетов и прогнозов;

бортовая навигация и диспетчерское сопровождение транспортных средств. ГИС «Оператор» содержит средства редактирования оперативной обстановки, разнообразные классификаторы и библиотеки условных знаков оперативной обстановки, принятые в РФ и НАТО.

Поддерживаются современные протоколы стандарта OGS WebMap Service Interface (WMS) и OGS Web Feature ServiceI mplementation Specification (WFS), а также протоколы подключения к ресурсам Digital Globe и Google. Обеспечивается многопользовательская работа с картами и базами данных с контролем доступа.

Выбор состава технических средств обусловлен возможной обработкой данных большего объема. Векторная электронная карта может содержать несколько тысяч листов электронных карт.

Рис. 1.7. Пример карты оперативной обстановки

Один лист может содержать до 4 млрд объектов. На карте может быть 65 тысяч видов объектов. Объекты могут объединяться в 256 видов слоев, c учетом локализации объектов более 1000 слоев. Размер отдельного листа (площадь покрываемой территории) не ограничен.

Объем векторной карты может достигать нескольких терабайт.

Объем одной растровой или матричной карты может быть до 8 Гбайт.

ГИС «Оператор» написана на языке С++, работает в 32- и 64-разрядной операционной среде Windows (7, Vista, 2008 Server, 2003 Server, XP, 2000) на компьютерах с архитектурой процессов Intel и AMD.

Для сборки программных модулей для ГИС «Оператор» могут применяются пакеты: «Интегрированная Среда Разработки Borland C++ Builder 6.0»,

«Интегрированная Среда Разработки BorlandDelphi 6», «SmartInstallMaker 5.02» и т.д.

ГИС «Оператор» устанавливается в директорию, выбранную пользователем в процессе установке программы.

В состав программного обеспечения ГИС входит модуль Operator.exe, набор DLL-библиотек и файлы оперативной подсказки с расширением CHM. Для подключаемых к ГИС задач, реализованных в виде отдельных DLL, дополнительно присутствуют файлы ICO, содержащие пиктограммы задач. Имя файла ICO совпадает с соответствующим файлом DLL.

Документация для пользователей ГИС, включая учебные материалы и описание прикладных технологий, содержится в поддиректории \DOC.

Программное обеспечение ГИС «Оператор» имеет модульную многозадачную структуру, модули вызываются из общей управляющей оболочки.

В состав программного обеспечения входят:

система управления электронными картами;

управляющая оболочка;

сервисные модули.

Управляющая оболочка реализована в виде выполняемого файла OPERATOR.EXE. Она отвечает за пользовательский интерфейс (работу
оператора). Система управления электронными картами реализована в виде
динамической библиотеки (DLL). Она выполняет функции специализированной СУБД электронных карт. Сервисные модули реализованы в виде динамических библиотек (DLL).

Дополнительные сервисные модули запускаются через меню: Задачи – Запуск приложений. В состав дополнительных модулей входят модули формирования тематических карт и диаграмм, обработки матриц высот и обработки классификатора. Такая структура программного обеспечения позволяет пользователям разрабатывать собственные задачи и интегрировать их с управляющей оболочкой. Через интерфейс прикладного программирования MAPAPI 4 входные и выходные данные.

Виды обрабатываемых пространственных данных ГИС «Оператор» представлены на (рис. 1.8).

ГИС «Оператор» обеспечивает автоматизированную обработку различных видов пространственных данных, в частности:

векторные карты и планы в различных проекциях и системах координат, включая морские карты, радионавигационные (воздушные), навигационные и другие;

данные ДЗЗ, включая космические снимки в оптическом диапазоне;

мультиспектральные снимки, данные лазерного сканирования, данные эхолокации и другие;

регулярные матрицы высот, матрицы качественных характеристик
(покрытия), TIN-модели;

3D-модели.

Для автоматизации обработки геоданных, полученных из других ГИС, а также из различных web-сервисов, ГИС «Оператор» позволяет обрабатывать несколько десятков различных форматов данных, в том числе, являющихся международными стандартами.

Использование стандартов WMS (Web Map Service Interface), WMTS (Web Map Tile Service), TMS (Tile Map Service) обеспечивает единый доступ для поиска, обмена и предоставления геопространственных данных, создает возможности для взаимодействия ГИС-приложений и веб-сервисов.

Рис. 1.8. Виды данных, обрабатываемых в ГИС «Оператор»

Поддерживаются классификаторы аэронавигационной информации, разработанные согласно рекомендаций ИKAO – Приложение 4 «Руководство по аэронавигационным картам» и Руководство по аэронавигационным картам, Doc 8697- AN/889/2.

Морские карты формируются в соответствии с требованиями Международной гидрографической организации IHO (International Hydrographic
Organization) стандартах S57\S52.

Средством работы с 3D - моделями реальной местности, создаваемыми в ГИС «Оператор», является модуль «Навигатор 3D (отображение трехмерной модели местности)» в меню «Задачи» ГИС «Оператор» (рис. 1.9).

После нажатия на кнопку запуска модуля «Навигатора 3D» автоматически формируется 3D карта рис. 1.10.

При вызове «Навигатора 3D» для текущего активного окна-документа карты строится трехмерная модель прямоугольного участка местности, соответствующего всей карте или выбранному участку.

Рис. 1.9. Диалоговое окно ГИС «Оператор» с кнопкой запуска «Навигатора 3D»

Модель представляет собой поверхность, построенную с учетом рельефа местности на которую может быть наложено изображение векторной, растровой или матричной карты, и расположенные на ней трехмерные объекты, соответствующие объектам двухмерной карты.

Рис. 1.10. Диалоговое окно «Навигатора 3D»

По трехмерной модели можно свободно «ходить», наклонять ее под нужным углом, опускаться и подниматься, менять освещение, т.е. настроить отображение модели максимально удобным для работы образом.

Трехмерная и двухмерная карты могут работать в синхронном режиме, при этом все действия, производимые над картами (движение, изменение состава данных, редактирование объектов), синхронизированы для обеих карт (рис. 1.11).

Работа с трехмерными моделями осуществляется с использованием стандартной библиотеки OpenGL.

Для создания и обновления существующего рельефа местности и высотных характеристик объектов в ГИС «Оператор» есть удобный инструмент получения трёхмерных координат объектов местности с применением перекрывающихся аэрофотоснимков – это Редактор поверхности (обработка стереоизображений). В нем обновление трёхмерной карты местности осуществляется по упрощённой технологии, без выполнения промежуточных этапов классической технологии создания электронных карт, также имеется возможность для определения высотных характеристик объектов уже созданных электронных карт.

Рис. 1.11. Вид главного окна с фрагментом двухмерной карты и трехмерной картой

Управление трехмерной картой выполняется клавишами смещения (вверх, вниз, вправо, влево) и показано на (рис. 1.12).

Кроме управляющих клавиш, движением модели управляется «мышью»:

перетаскивание модели в нужную сторону - перемещением мыши с нажатой левой клавишей;

наклон и вращение модели - перемещение мыши по вертикали или горизонтали соответственно с нажатой правой клавишей;

масштабирование модели - вращение колесика мыши;

изменение угла наклона модели - вращение колесика мыши при нажатой правой клавише;

вывод информации об объекте - клик на объекте левой клавиши мыши;

вывод контекстного меню - клик правой клавиши мыши.

Рис. 1.12. Клавиши управления «Навигатора 3D»

Рис. 1.13. Управляющие элементы «Навигатора 3D»

Высоту подъема наблюдателя (ориентира), угол наблюдения и угол поворота модели можно изменять с помощью управляющих элементов типа «ползунок», расположенных на левой и нижней панелях окна «Навигатора 3D» (см. рис. 1.13).

В меню «Параметры» (см. рис. 1.13), можно задать модель освещения по дате, времени и часовому поясу, скорость перемещения по модели, граничные значения изменения масштаба, высоты подъема и другие настройки
работы с трехмерной моделью местности.

Основным режимом работы Навигатора 3D является синхронизированная работа с окном двухмерной карты. Это значит, что перемещения по обеим картам (двухмерной и трехмерной) могут выполняться одновременно, трехмерная модель перестраивается при изменении состава данных в окне-документе двухмерной карты.

Для поиска необходимых для подключения к отображению в трехмерной модели местности данных очень удобен Менеджер карт, который позволяет быстро найти любые картографические данные, имеющиеся в Вашем распоряжении (рис. 1.14).

Менеджер карт – дополнительный модуль для ГИС «Оператор», предназначен для систематизации метаданных о картографических ресурсах в вашей локальной сети.

Редактирование объектов, их вида, метрики, семантики также приводит к изменению двухмерной карты и ее трехмерной модели.

Рис. 1.14. Диалоговое окно модуля «Менеджер карт»

При необходимости существует возможность отключения одновременного перемещения по 2D и 3D-карте в пункте меню «Перемещение / Синхронизация 2D и 3D карт» оболочки модуля «Навигатор 3D» (рис. 1.15).

Отключение пункта меню «Вид / Автоматическое обновление» позволяет отменить автоматическое обновление 3D-модели при изменении двухмерных и трехмерных параметров отдельных объектов, объектного состава векторной карты в целом.

Выбор объекта в окне трехмерной карты выполняется при нажатии левой клавиши мыши на трехмерном изображении объекта, либо на изображении объекта на поверхности рельефа.

При этом открывается окно «Выбор объекта», которое содержит информацию об объекте карты (рис. 1.16). В закладке 3D окна «Выбор объекта» может быть изменен трехмерный вид объекта или серии объектов по коду выбранного объекта.

При нажатии в окне «Выбор объекта» правой клавиши мыши открывается всплывающее меню. При выборе пункта меню Редактирование классификатора открывается редактор классификатора, который также позволяет изменять трехмерный вид объектов. После сохранения изменений вид объектов трехмерной карты обновляется автоматически.

Рис. 1.15. Работа с функциями модуля «Навигатора 3D»

Рис. 1.16. Работа в окне «Выбор объекта»

В «Навигатор 3D» есть возможность изменять состав отображаемых трехмерных объектов. Делается это с помощью режима «Настройка состава отображения» на главной панели. При этом вызывается диалог «Выбор и настройка модели», который позволяет настроить несколько моделей состава отображения объектов и сохранить их с конкретным именем (рис. 1.17).

Для отображения текстуры поверхности модели и трехмерных объектов могут быть использованы разные модели из состава отображения объектов.

Все объекты трехмерной модели местности являются статическими
объектами карты. Если возникает необходимость отображения на модели
подвижных объектов, то для этого предлагается использовать сценарии
движущихся объектов.

Сценарий движущихся объектов представляет собой набор объектов, имеющих заданный трехмерный вид, движение которых определяется
выбранной траекторией и графиком движения.

Создание и настройка сценария выполняется в диалоге «Настройка сценария» (рис. 1.18).

Рис. 1.17. Работа в окне «Выбор и настройка модели»

Рис. 1.18. Работа в окне «Настройка сценария»

Редактор трехмерной карты позволяет создавать, удалять и перемещать объекты карты непосредственно в окне трехмерной модели.

Основные инструменты редактора карты:

создание объекта;

создание объекта по образцу;

удаление объекта;

перемещение и поворот объекта;

отмена операции редактирования;

восстановление операции редактирования.

Режим «Создание по образцу» позволяет с помощью клавиатуры и «мыши» создавать новые объекты по типу выбранного. Поддерживается создание по образцу трехмерных объектов, имеющих в метрике относительные высоты каждой точки.

Режим «Измерение длины, высоты, расстояния» позволяет с помощью клавиатуры и «мыши» производить все пространственные измерения на 3D модели местности (рис. 1.19). При необходимости более детального и индивидуального отображения местности, можно создавать свои объемные изображения объектов с помощью редактора условных знаков.

Рис. 1.19. Работа с элементами управления «Редактирование трехмерной карты»