Картографические анимации

Мультимедиа тоже имеют корни в произведениях традиционной картографии, где давно и весьма детально разработаны принципы и приемы оптимального сочетания карт с текстом, размещения в атласах географических описаний, сведений о картах, пояснений и методических указаний по их использованию. Комплексные атласы - это бумажные прообразы мультимедиа, они обильно насыщены аэро- и космическими снимками, фотографиями. В них реализовано тематическое и структурное согласование, карты увязаны с текстами и снимками, размещенными в разных разделах, продуманы организация, поиск и доступность разных документов. В настоящее время эти наработки оказались напрямую востребованы при создании картографических мультимедийных компакт-дисков.

 

 

1.4 Виды картографических анимаций

В настоящее время можно выделить несколько видов картографических анимаций:

1. Анимированные двухмерные карты динамики. 

1.1. Карты динамики площадных  контуров явлений на различные  даты.

1.2. Карты разности состояний  на несколько дат одних и тех же площадных контуров. 

1.3. Карты динамики точечных  объектов (динамика положений или  состояний объектов). 

1.4. Карты динамики линейных  объектов (динамика положений или  состояний объектов). 

1.5. Комплексные динамические  двухмерные карты (карты, на которых  одновременно показана динамика  точечных, линейных и площадных  объектов либо различных их  сочетаний). 

2. Анимированные двухмерные карты движения. 

3. Классические двухмерные карты, использующие в качестве изобразительного средства эффекты анимации. 

4. Анимированные линейные и площадные анаморфозы. 

4.1. Анимированные линейные  анаморфозы. 

4.2. Анимированные анаморфозы, показывающие динамику контуров  на различные даты (две и более). 

4.3. Анимированные анаморфозы  состояний контуров. 

4.4. Комплексные анимированные  анаморфозы (динамика контуров и  состояний контуров в сочетании  с прочими динамическими изобразительными  средствами). 

5. Анимированные динамические трехмерные изображения. 

5.1. Анимированные поверхности (изометрия, динамическая изометрия  со сменой точки и угла обзора). 

5.2. Анимированные трехмерные  блок-диаграммы и условные знаки. 

5.3. Трехмерные анимированные  анаморфозы. 

6. Анимации в виртуально-реальностных изображениях. 

6.1. Облет местности, движение  по поверхности. 

6.2. Движение в среде. 

6.3. Движение в пространстве  виртуальной реальности цифровой  модели местности (ЦММ) одновременно  с анимированием отдельных компонентов самой ЦММ (движение наземных и воздушных объектов, течение рек, метеоявления и пр.).

По конечному результату анимации можно подразделить на следующие типы:

1. Неуправляемая последовательность  двухмерных кадров. В данном типе  анимации просматривающий субъект  не может изменить практически  ничего — ни проекцию, ни угол  обзора, ни масштаб изображения. Типичным примером такой анимации  является анимация в формате AVI (видео для Windows). Несмотря на двухмерность самих кадров, содержание их может быть трехмерным (например, AVI-файл с анимированной трехмерной поверхностью). Исходные кадры-карты могут создаваться автором самыми разнообразными способами и не предназначаются для изменения потребителем. Для просмотра анимации не требуется ни специального программного обеспечения (ПО), ни значительных аппаратных средств, пользователь может обладать лишь начальной компьютерной подготовкой.

2. Последовательность векторных  карт, переводящаяся в растр и  выводимая на экран в реальном  времени. Обычно для анимации  такого типа можно задать пользовательскую  проекцию, сменить масштаб или  компоновку карты, изменить легенду, включить или выключить слои  данных. Обычно создание такой  анимации ведется на базе уже  существующих ГИС-пакетов с помощью  системы внутренних команд или  встроенного языка программирования. Примером может служить анимация, составленная из последовательности  векторных карт в формате SHP (работающая  в среде ArcView) интерактивно управляемая пользователем. Для создания анимации подобного рода требуется наличие производительной техники (обладающей достаточной вычислительной мощностью), наличие ГИС-пакета и умение программировать на одном из внутренних языков ГИС (например, Avenue для ArcView 3.2). Просмотр анимации возможен любым пользователем с начальным уровнем знания ГИС-пакета, в котором создавалась анимация. 

3. Полностью управляемая  пользователем модель данных, визуализируемая  в результате длительного просчета. Здесь пользователь может изменить  почти все параметры (скорость  облета, угол зрения, дальность видимости, наличие атмосферных эффектов, движение  прочих моделей в пространстве  математической модели местности  и т.п.), однако результаты изменений  анимации он может увидеть  лишь после просчета, в результате  которого получается некорректируемая  последовательность двухмерных  кадров. Для создания требуется наличие специализированного ПО, высокопроизводительного аппаратного обеспечения, отличное владения пакетами для создания такой анимации (3D-Studio MAX, Power Animator, Maya, и прочие продукты, предназначенные для создания самой сложной двух- и трехмерной графики для видео- и кинофильмов). Пользователь, обрабатывающий такую модель данных, Должен также иметь мощный компьютер, ПО, в котором создавалась модель данных, и навыки работы с этим ПО. 

4. Полностью управляемая  пользователем виртуальная модель  местности, визуализируемая в режиме  реального времени. Здесь пользователь  может изменить все параметры, причем результаты изменений  становятся видны сразу же  без каких-либо дополнительных  расчетов. Создание модели может быть чрезвычайно сложным требуя не только больших вычислительных мощностей, но и владения сразу несколькими ГИС-пакетами, пакетами 3D-анимации программирования и пр. Квалификация пользователя может быть различной: от минимального ознакомления с программой и простого просмотра до глубокого знания особенностей построения модели и возможности внесения в нее необходимых изменений.

2. Сферы применения и назначение картографических анимаций

2.1 Назначение картографических анимаций

Область применения анимированных картографических изображений практически не ограничена. Как известно, картографировать можно практически любые предметы, которые нас окружают. Неоспоримо, что все картографируемые объекты со временем меняются. Следовательно, для любого предмета картографирования может быть создана картографическая анимация.

В настоящее время основными областями, для которых создаются и в которых используются картографические анимации, являются: 

1) оперативное картографирование (Гидрометеослужбы) и экстренное картографирование при чрезвычайных ситуациях (ЧС). Цели: своевременная поддержка принятия решения, выявление закономерностей развития картографируемого явления, достоверное прогнозирование развития ситуации на основании имеющегося динамического ряда состояний картографируемого процесса.

2) учебный процесс (в школах, вузах, военных учебных заведениях  и др.). Цель: достоверная передача  знаний учащимся, более наглядная  демонстрация ранее выявленных  закономерностей развития картографируемых явлений и процессов. 

3) демонстрационно-рекламная  и пропагандистская деятельность (различного рода презентации  и показы, совмещающие демонстрацию  картографических фильмов с разнообразной  прочей информацией — текстами, графиками, таблицами, фотоматериалами, видеозаписями). Цель: наглядная передача  специализированной информации  лицам, не обладающим картографической  подготовкой (потенциально — демонстрация  гражданам, не имеющим вообще  никакого специального образования), для того что бы подвигнуть их к какому-либо действию.

4) планирование военных  операций или слежение за их  ходом. Цель: максимально наглядная  передача специализированной информации  лицам, имеющим картографическую  подготовку для обеспечения оперативной поддержки принятия решения. 

5) фундаментальные исследования  в области исторических, географических, геологических, общественных наук. Цель: фундаментальные исследования для выявления неизвестных ранее процессов.

 

 

2.2 Оперативное картографирование

Оперативное картографирование подразумевает создание и использование карт в реальном или в близком к реальному масштабе времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователей и воздействия на ход процесса. Реальный масштаб времени понимается характеристика скорости создания - использования карт, т.е. темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управления, контроля каких-либо процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе. 

Оперативные карты предназначены для решения широкого спектра задач, прежде всего для инвентаризации объектов, предупреждения (сигнализации) о неблагоприятных или опасных процессах, слежения за их развитием, составления рекомендаций и прогнозов, выбора вариантов контроля, стабилизация или изменения хода процесса в самых разных сферах - от экологической ситуации до политических событий. При этом следует различать оперативность двух типов: одни рассчитаны на долговременное последующее использование и анализ (например, карты итогов голосования избирателей), а другие - кратковременного использования для незамедлительной оценки какой-либо ситуации (например, карты созревания с/х посевов). 

Исходными данными для оперативного картографирования служат материалы аэрокосмической съемки, непосредственные наблюдения и замеры, статистические данные, результаты опросов, переписей, референдумов, кадастровая информация. Эффективность оперативного картографирования определяется двумя факторами: 

-надежность автоматической  системы, которая зависит от скорости  ввода и обработки данных, организации  баз данных, и системы доступа  к ним, быстродействия вычислительных  и периферийных устройств;

-хорошей читаемостью  и воспринимаемостью самих оперативных карт, простотой их внешнего оформления, обеспечением эффективного зрительного восприятия в условиях оперативного анализа ситуаций.

Карты в ГИС являются прямым компьютерным аналогом бумажных карт, однако компьютеры также позволяют использовать новые изобразительные возможности, не имеющие аналоговые в традиционной картографии.

Динамические карты можно разделить на следующие виды:

1. Оперативные карты, меняющиеся в соответствии с изменением геометрических или атрибутивных характеристик пространственных объектов. Такие изображения обычно предназначены для оперативного мониторинга состояния объектов в реальном режиме времени.  
Типичным применением оперативных карт является отслеживание положения объектов, движущихся на местности. Это могут быть, например, автомобили оперативных служб, перемещающиеся по городу. Ещё одним типичным применением оперативных карт является их использование для отображения различной технологической информации, поступающей сразнообразных датчиков с помощью телеметрии. 

Такие системы, включающие средства для отображения и изменения состояния объектов, часто относят к классу программных продуктов АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологией производства). Эти АСУ ТП, как правило, включают в себя средства для визуального отображения различных параметров объектов на схемах, чертежах, планах. В ряде случаев АСУ ТП могут быть построены на основе ГИС.

2. Карты с анимированными условными знаками. В таких картах используются особые условные знаки, которые постоянно меняют свой внешний вид. В обычной картографии условные знаки характеризуются формой, размером, цветом, яркостью, ориентацией и внутренней структурой. В анимированных условных знакахэти характеристики постоянно меняются по некоторому закону. При этом дополнительной характеристикой условных знаков становится закон изменения знаков, в т.ч. скорость изменения. Рассмотрим некоторые основные способы анимации условных знаков:

Анимация формы. Например, на карте страны города могут быть показаны в виде пульсирующих кружочков. Размер кружочков должен периодически меняться между максимальным размером, пропорциональным населению города, и минимальным (например, составляющим половину от максимального). При этом скорость изменения размера кружочков должна быть пропорциональна среднегодовому приросту населения в процентах. Если прирост населения является отрицательным, то кружочки должны уменьшаться от максимального до минимального размера и затем сразу становится максимальными. Если прирост населения положительный, то кружочки должны увеличиваться.

Анимация цвета. В этом способе цвет условного знака периодически меняется от одного значения до другого, при этом скорость пульсации цвета может быть пропорциональна некоторому заданному параметру.

Анимация положения знака. В этом способе сам условный знак не меняется, но меняется его расположение на карте. Условный знак может перемещаться по некоторым траекториям (например, вдоль преобладающий направлений перемещения воздушных масс), либо выполнять случайные перемещения около одного места. Например, такими условными знаками, размещенные на карте у населенных пунктов, можно описать уровень миграции. При этом частота случайных колебаний условного знака должна быть пропорциональна объему миграции на душу населения, а амплитуда – средней дальности.

3. Анимированные двумерные карты динамики. Такие карты состоят из последовательности карт, содержащий один и тот же набор пространственных объектов (точечных, линейных или площадных), но с разными геометрическими (отражение динамики положения) и атрибутивными (отражение динамики состояния) характеристиками. Таким способом, например, можно показать во времени динамику движения фронтов воздушных масс по поверхности Земли, динамику изменения загрязнений окружающей среды.