42. FEJEZET - AZ IDŐBELISÉG ÉS A HARMADIK DIMENZIÓ (GIS,térinformatika,térkép,geodézia)


   
 
 

42. FEJEZET - AZ IDŐBELISÉG ÉS A HARMADIK DIMENZIÓ

 
Tartalom
<<< Előző fejezet               Következő fejezet >>>
 

42. Fejezet - AZ IDŐBELISÉG ÉS A HARMADIK DIMENZIÓ

REPREZENTÁCIÓJA

Szerkesztette: Nigel M. Waters, University of Calgary

Magyar változat: Divényi Pál, Földmérési és Távérzékelési Intézet, Budapest

 

A. BEVEZETÉS

B. VERTIKÁLIS DIMENZIÓ "3D"

A 3D-s megjelenítések felhasználása

C. A JELENSÉG SAJÁTOSSÁGAI

Eloszlás

Topológiai komplexitás

Geometriai komplexitás

D. A MEGJELENÍTÉS MÓDSZEREI

Két és fél dimenziók

Valós háromdimenziós megjelenítések

Összefoglalás

E. IDŐBELISÉG

Lehetséges modellek

Összefoglalás

IRODALOM

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

 

 

42. Fejezet - AZ IDŐBELISÉG ÉS A HARMADIK DIMENZIÓ

REPREZENTÁCIÓJA

Szerkesztette: Nigel M. Waters, University of Calgary

Magyar változat: Divényi Pál, Földmérési és Távérzékelési Intézet, Budapest

 

A. BEVEZETÉS

- bár a jelenlegi térinformatikai rendszerek nagy többsége csak síkban, azaz két dimenzióban működik, az alkalmazások nem kevés példája igényli más dimenziók megjelenítését is, mint pl. az idő, vagy a magasság/mélység ábrázolását, s a velük kapcsolatos elemzések elvégzését

- a geológiai alkalmazások nagy része igényel olyan attribútumot, amely a vertikális dimenzióra vonatkozik

- az időbeliség feltüntetése és az elemzésekbe való bevonása szükséges számos gazdasági és szociális vizsgálatnál

- az óceanográfiai és meteorológiai modellek egyaránt igénylik a vertikális és időbeli dimenziók variációit

- ez a fejezet röviden áttekinti, hogy ezek a plusz dimenziók hogyan vonhatók be a térinformatikai rendszerekbe

 

B. A VERTIKÁLIS DIMENZIÓ "3D"

- a térinformatikai rendszerekben két nagyon különböző út vezet a függőleges (vagy helyesebben harmadik) dimenzió megjelenítéséhez

- a legjobban elterjedt adatszerkezetként említhető az, ahol az (x,y) adatponthoz attribútumként hozzárendelik a z (magasság) értékét;

- ezt a z értéket lehet felhasználni a perspektív domborzati látképben a harmadik dimenzió megjelenítésére

- ez nem valódi három dimenziós megjelenítés, gyakran nevezik "két és fél" dimenziónak!

42.1. ábra - perspektív rajz az USA, Tiefort hegyvidékről

- ez a két és fél dimenzió a topográfiai és más terepmodellekből vagy háromszögelési hálózatból nyert folytonos felszín megjelenítésének attraktív módja

- a perspektív rajzot számítani lehet bármelyik nézőpontból

- pótlólagos réteggel ellátható színes fedvényként a perspektív rajz

- művészi kompozíció születhet a színek, táj, fák és perspektív nézőpont számítógépes változatainak kompozíciójaként

- nagyteljesítményű számítógéppel animálni lehet a két és fél dimenziós látképet úgy, mintha a domborzati felszín felett repülnénk

- a pasadenai laboratórium előállított Landsat jelenetekből és DEM-adatokból szimulációs képsorozatot, amely a látképet, mint a repülőgépből előtáruló képet jeleníti meg

- a valós háromdimenziós megjelenítések az adatokat olyan struktúrában tárolják, amely a referenciapontokat 3D, tehát (x,y,z) formában rögzítik,

- ebben az esetben a z adat nem attribútum, hanem a referenciapont egyik eleme;

- ez az adatstruktúra lehetővé teszi, hogy ugyanazon (x,y) koordinátához számos pontot adjunk meg, azaz: óceánban mélységeket, az atmoszférában magasságokat, vagy geológiai fúrásmagokat

- a valós háromdimenziós (3D) megjelenítések lehetővé teszik:

- a térfogat vizualizálását

- bár a térfogat megértése nehéz, amikor ortografikus vetületek reprezentálják őket

- a térfogat modellezését

- térbeli analízise ill. annak algoritmusa egyszerű, ha az adat háromdimenziós formátumú

A 3D-s megjelenítések felhasználása

- a térbeli információ 3D-s megjelenítése különböző jelentős alkalmazásokban szerepelhet, pl.

- nagyobb beruházások tervezése, mint bánya, gát, víztározó, stb.

- geológiai feltárások,

- háromdimenziós folyamatok, mint pl. az óceáni áramlások tudományos magyarázatai

- nem szükséges tudni, hogy mit keresünk

- így az ábrázolás korlátozhatja a végrehajtott vizsgálat típusát és az eredményt

 

C. A JELENSÉG SAJÁTOSSÁGAI

- a jelenség típusa meghatározza a jelenség ábrázolását,

- a háromdimenziós jelenségeknek számos sajátossága van

Eloszlás

1. Folyamatos

- minden helyhez ugyanaz a jelenség tartozik,

- pl. földhasznosítás, kőzettan, stb. esetekben,

- hasonlóan a 2D-s raszteres megjelenítésekhez

2. Diszkrét

- diszkrét objektumok, melyek jól meghatározott elhelyezkedésűek,

- pl. alagút, barlang, litológia,

- hasonlóan a 2D vektoros objektumokhoz.

Topológiai komplexitás

- az objektum hogyan áll össze?

- ez a legnagyobb hatás az adatszerkezetre

- hiszen az objektum lehet összetett, állhat különböző részekből, s azok alrészeiből

42.2. ábra - Topológiai komplexitás

1. Összetett

- kisebb önálló objektumokból épül fel

- érctelérek kisebb érctestekből állnak

2. Kevert

- kisebb, nem hasonló objektumokból épül fel

- bánya tárnákból, lejárókból stb. áll, amelyek hierarchikusan elrendezettek, vagy szomszédosak, vagy egymásba ágyazottak

3. Közbeékelődő (sokszoros jelenség)

- kevert, de az objektumok egymás térfogatának részei lehetnek

- nagy méretarányú geológiai szerkezet

- karszt alakzatok át vannak metszve a vízszinttel és geológiai szerkezetekkel

Geometriai komplexitás

- geometriai komplexitás határozza meg a pontossági és adatminőségi kérdéseket, amelyek lehetnek szabályos és szabálytalan eloszlásúak

- a következő kérdések merülnek fel:

Pontosság

- milyen pontosság szükséges?

- a tervezői alkalmazások /pl. alagúttervezés/ nagy pontosságot igényel

- a kutatásban vagy a tudományos alkalmazásoknál az általános relációk fontosabbak lehetnek

Élesség

- a mérőműszer felbontási pontossága és az analízis részletessége gyakran függ a vizsgálat méretarányától és a jelenség természetétől

- szűrni és generalizálni lehet a tárolási szükséglet és a számítási idő csökkentése érdekében

 

D. A MEGJELENÍTÉS MÓDSZEREI

- a specifikus megközelítés függ

- a felhasználói igényektől és kapacitásoktól

- a jelenség komplexitásától, eloszlásától, jellegétől

- a hozzáférhető adat jellegétől ill. az adatgyűjtés sajátosságaitól

Két és fél dimenziók

1. Egyszerű értékkel rendelkező felületek

- minden (x,y) koordinátapárhoz egy z (magassági) érték kapcsolódik;

- rendszerint folytonos eloszlású felületek

- a topológiai komplexitás alacsony

- a geometriai komplexitás igen magas lehet

- rendszerint az ilyen felületek megjelenítése izovonalakkal (szintvonalakkal) történik

- geometriailag 3D, de topológiailag 2D

- megfelel megjelenítésre és bizonyos modellezési célokra

- hozzáférhető több térképészeti és statisztikai szoftver-csomagban

2. Többértékkel rendelkező felületek és térfogatok

- minden (x,y) koordinátapárhoz egynél több z érték tartozik

- általában folytonos eloszlású értékekkel

- a topológiai komplexitás alacsony

- a geometriai komplexitás bonyolult lehet

- az ábrázolás izovonalakkal történhet

- nehezen érthetővé válhat

- gyakori témája a geostatisztikai analízis és más tudományos kutatási alkalmazás

- az un."kulcsrakész" rendszerekben nem elterjedt

Valós háromdimenziós megjelenítések

1. Határvonalak megjelenítése pl. útvonal a barlangrendszerekben

42.3. ábra - B-Rep of a Cave Passage

- az objektumok soklapú alakzatok síkokkal határolva

- a nem látható vonalak eltávolításával könnyebben érthetővé tehető

- minden objektum reprezentálható síkokkal, élekkel, pontokkal

- síkok - síklapok, rendszerint háromszögek (téglalapok és hatszögek keveréke a fedvényen)

- élek - a síkok éleiként vannak értelmezve

- pontok - az élek végpontjai (minden élhez 2)

- alkalmas diszkrét objektumok ábrázolására is

- topológiai komplexitás nagy lehet

- geometriai komplexitás is nagy lehet

- jól alkalmazható tudományos vizsgálatok és magyarázatok eredményeinek szemléltetésére

- elterjedt a különböző CAD-alkalmazások területén

- a TIN egy típusa a határvonal megjelenítésnek, egyedi értékekből felépülve (azaz minden x,y-hoz egy z)

- hatékony felhasználói felületet igényel a sokszorosan összetett objektumok létrehozása

- a határvonalak minden egyes részét (él, sík, pont) nagy körültekintéssel és következetesen kell meghatározni minden egyes alkalmazásnál a hitelesség eléréséhez

- a megjelenítés gyorsan degradálja a magasabb geometriai komplexitást

2. Térbeli kiterjedés számszerűsítése

42.4. ábra - SOE bánya

- a térfogat kockára bontva jelenik meg

- lehet be- (tele), kikapcsolt (üres) állapotuk

- vagy attribútum értékük

- a függőleges felbontás gyakran eltérő (nagyobb) a vízszintes felbontástól (pl. atmoszféra modellezésénél)

- az objektumokat lehet pozitív vagy negatív formában tükröztetni

- diszkrét és folytonos eloszlások ábrázolására is alkalmas

- a kombinatorikus komplexitás igen nagy

- a geometriai komplexitás is nagy bizonyos felbontási határokon belül

- igen alkalmas analítikai műveletek megjelenítésére, /bányaábrázolások, orvosi alkalmazások/

- előállítása rendszerint (hasonlóan a 2D-ben a vektor/raszter átalakításhoz) határvonal konvertálással

- tulajdonságok, mint térfogat, tömeg, felület számítása gyors a Boolean műveletekkel

- indexeléséhez a "nyolcfa" igen alkalmas

42.5. ábra - nyolcfa

- a nyolcfa nem más, mint a négyfa kiterjesztése három dimenzióssá

- a cellák számozása a négyfáéhoz hasonló: az első szinten indul s mozog a szinteken felfelé azonos mintázattal, de a számozás 4 - 7 -ig folytatódik

Összefoglalás

- az említett 3D-megjelenítések viszonylag újak, ezért kevés kollektív tapasztalat gyűlt össze a föld- és műszaki tudományok alkalmazásai terén

- könnyebb lehet a más területeken kifejlesztett technológiai adaptálás az igényeknek megfelelően (pl. orvosi és mérnöki alkalmazások)

- az orvosi alkalmazás természetesen merően különbözik a földtudományi alkalmazástól

- az orvosi képfeldolgozás nem igényli bonyolultabb analítikai és interpretációs eszközök használatát, mint pl. absztrakciós interpretálás, amelyeket a földtudomány használ

- az említettel szemben az orvosi alkalmazás inkább függ az időtől, mint a földtudományi (rendszerint szükséges az objektumok mozgásának követése egyik 3D-s képről a másikra)

 

E. IDŐBELISÉG

- az időtényező adja a térbeli adathoz képest a további dimenzió lehetőségét

- Hagerstrand (1970) vertikális dimenziót használt a humánrendszerekben a mozgások megjelenítésére

- a számítástechnika lehetővé teszi, hogy időtényezőt rendeljünk az adatbázis rekordjaihoz

- a rekordok csak korlátozott ideig érvényesek

- a földrajzi események és jelenségek általában komplexek, az objektumok limitált esetben léteznek, változtatják jellegüket, alakjukat, tulajdonságaikat az időtől függően

- A 3D esetekhez hasonlóan az időtől függő adatbázisok fejlesztése még nem igazán kristályosodott ki

Lehetséges modellek

1. A megfelelő tematikus zónák határai az idő folyamán változnak

- mivel a határokat hol érvényesnek tekintik, hol nem és csak igen ritkán mozgatják, a megoldást az jelenti, hogy minden határt tárolnak, ami valaha is létezett, és utána helyreállítják az objektumokat az adott időpontban élő határoknak megfelelően (gondoljunk a magyarországi községösszevonásokra és szétválasztásokra)

- a Nagy Amerikai Történelmi Projekt keretében a XIX. század elejétől kezdve minden államhatárt tároltak, amelyből elő tudják állítani az akkori határokat bármely népszámláláshoz

2. Az objektum attribútumai változnak az időben

- adott időintervallumra külön attribútum-táblázat létrehozása

- ha az attribútumokat további időfinomítással kérik, akkor azok létrehozása interpolációval történik

3. Az objektum alakja változik az idő során

- definiáljuk az időintervallumot és tároljuk az objektumot minden időintervallumhoz

- gyakran nehéz az objektum adott időre vonatkozó tárolása, mivel az változik, mint pl. a Kaliforniai félsziget melletti kontinentális talapzat

- könnyebb elkerülni az objektum-azonosítást és osztályozott, de nem összefüggő raszterekben tárolni minden időre - egyenrangú a SOE vagy kocka felbontással 3D-ben

- másik megoldás, ha 3D-s teret használunk, vertikális dimenzióként az időt választva, benépesítve 3D-s objektumokkal; pl. vonalak a Hagerstrand diagrammban - megfelel a határvonal reprezentációnak

- rendeljük az attribútumokat ezekhez a 3D-s objektumokhoz

- ha az attribútum változik az idővel, a feladat hasonló lesz ahhoz, mint amikor egy szállítási hálózatban az attribútumok folytonosan változnak

Összefoglalás

- a lényegi kérdés, hogy az adott objektum 2D vagy 3D jellegű

- a megoldások széles skálán mozognak, mint

- nincs objektum (pl. távérzékelt kép esetén)

- van objektum minden időintervallumra, de azok nincsenek egymással összefüggésben (rétegelv),

- van objektumok minden időintervallumra, s azok egymással valamilyen összefüggésben vannak (relációs rétegek pl. migrációs adatok)

- folyamatosan definiált objektumok az idődimenzióban, 3D-objektumok pl. egyéni utazási magatartás a tér-idő dimenzióban

 

IRODALOM

Bouille, F. 1976 "A Model of Scientific Data Bank and Its Applications to Geological Data". Computer and Geosciences 22:279-291.

de Cambray, B. 1993. "Three-dimensional (3D) objects in geographical databases", EGIS'93 Vol.1. p. 217- 226.

Carter J.R. 1988 "Digital Representations of Topographic Surfaces: An Overview", ACSM/ASPRS Technical

Papers, 5:54-60.

Hagerstrand T. ,1970 "What about people in Regional Science" Discusses the concept of space-time prosm

in human spatial behavior.

Langran, G., Chrisman, N.R. "A review of temporal database research and its use in GIS applications",

International Journal of GIS. 3/3/:215-32.

Langran, G., 1992. "Time in Geographic Information Systems" Taylor and Francis, p. 163.

Kraak, M.-I. "Dinamic digital terrain models: interactiv real-time movement through 3D space using a TIN"

EGIS'93 Vol.2. p. 1316-1324.

Mark, D.M. and Cebrian, J.A. "Octtrees a useful datastructure for the processing of topographic surface data",

ACSM/ASPRS 1:1O4-113.

 

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

1. Ha Ön 3D-megjelenítést kíván az

a/ általános mérnöktől

b/ a geológustól

c/ hidrogeológustól

d/ meteorológustól,

milyen kérdéseket tenne fel foglalkozásukról és szakmájuk megjelenítési igényéről?

2. A fent megnevezett szakembereknek szükséges adatok térbeli eloszlásáról mi a véleménye? Hasonlítsa össze azokat!

3. Milyen előnyöket és hátrányokat tud megemlíteni a 2D- és 3D-megjelenítéseket illetően a különböző szakterületi alkalmazásokban?

4. A térinformatikai rendszerekben a 2D-3D problémája összehasonlítva a 2D és az időfüggő 2D viszonyával sok szakember számára hasonlónak tűnik. Egyetért-e ezzel a megközelítéssel?

 
Tartalom
<<< Előző fejezet               Következő fejezet >>>
 



 
 


©GIS Figyelő