Dr. Sárközy Ferenc: Térinformatika
Ebben a részben megismerkedünk:
- a vektor modell,
- a tesszellçiós modell,
- a raszteres modell,
- a 3D-s CAD modellek
fogalom vázlatával, és megkezdjük a vektoros adatmodellek részletes tárgyalását, ezen belül
bemutatjuk a sphagetti módszert.
A térbeli információs rendszerek egyik legáltalánosabb tulajdonsága,
hogy két különböző fajta adattípust (a grafikust és alfanumerikust), vagy
logikai oldalról megközelítve, a hely és tulajdonság jellemzőket, egységes
rendszerben tárolják és kezelik.
Az előző részekben ismertetett adatbanki rendszereket az alfanumerikus adatok tárolására és
kezelésére dolgozták ki. A fejlődés során a különböző adatmodelleken és
szervezési elveken nyugvó adatbáziskezelő rendszerek közül a relációs
adatbáziskezelő rendszerek szerezték meg a győzelmet.
A grafikus (helyleíró) adatok olyan speciális tulajdonságokkal
rendelkeznek, melyek figyelembe vétele jelentősen csökkenti az igénybe veendő
tárkapacitást, és egyszerűsíti a végrehajtandó műveleteket. A grafikus adatok
ugyanakkor nem igényelnek sok olyan műveletet illetve kapcsolatot, melyek
megléte az alfanumerikus adatbáziskezelő rendszerekben meghatározó. Ez az oka
annak, hogy a jelenleg működő térinformatikai rendszer (LIS, GIS)
szoftverek jelentős része, legalább ideiglenesen, külön adatbázisban tárolja a grafikus
adatokat és egy másik, rendszerint relációs adatbázisban, az alfanumerikus
adatokat. A két adatbázis közötti kommunikációról egy kapcsoló szoftver
rendszer gondoskodik.
Mivel napjainkban a hardverkötöttségek jelentősége egyre
inkább csökken (mind a tárkapacitás, mind a műveleti sebességek rohamosan
nőnek), újabban olyan szoftvereket is találhatunk már, melyek a két fajta
adatállományt közös relációs adatbázisban kezelik. Ezeknél a megoldásoknál
speciális szoftvermodul gondoskodik arról, hogy a grafikus adatok a jellegükből
következő egyszerűsítési lehetőségek kihasználásával kerüljenek ideiglenes
tárolásra és manipulálásra.
A legújabb irányzatok, ma még csak egy kereskedelmi
szoftverben, az objektum orientált programozásból kiindulva, objektum orientált
adatbázisokat kívánnak létrehozni a térbeli adatoknak.
A helyleíró adatok hagyományos ábrázolási
formája a vektor modell. A tárolás
alapeleme ebben a megközelítésben a vonaldarab. Ez a modell mindannyiunk
számára közeli, hisz geometriai, geodéziai, (manuális) térképezési módszereink
mind ezt az alapelvet követik. A terep vektoros ábrázolása azonban csak
jelentős egyszerűsitő munka eredményeképpen jöhet létre, hisz a terep minden
pontja önálló, a többi ponttól eltérő sajátosságokkal is rendelkezhet.
Az absztrakció egy alacsonyabb szintjén
kézenfekvő, hogy a terep képét kis, homogén területekre osztjuk és az így
kapott területeket tároljuk illetve manipuláljuk. A valóság képét
területelemekben rögzítő módszereket tesszellácionak
nevezzük. Azon az alapon, hogy milyen az elemi területek alakja szabályos és
szabálytalan tesszellációról beszélünk. A szabályos tesszelláció
általában hierarchikus struktúrába szervezhető, azaz a kisebb területekből szakadásmentesen
hasonló alakú nagyobb területek hozhatók létre.
A tesszellációs modell elterjedése kapcsolatban van azzal a
ténnyel is, hogy a korszerű grafikus képernyők mind raszter grafikával
dolgoznak, azaz függetlenül az adatbázisban alkalmazott grafikus adatmodelltől
a megjelenítés mindig raszteres lesz (ezért néznek ki az alacsony felbontású
monitorokon a nem függőleges vagy vizszintes vonalak fűrészfogszerűen).
A raszteres
modell a tesszellációs modellnek az a legelterjedtebb változata,
amelyben a területegység a négyzet. A továbbiakban elsősorban a
raszteres modellt fogjuk tárgyalni.
Másik oka a raszteres
modellek terjedésének abban rejlik, hogy a volumenben legjelentősebb adatnyerő
eszközök (műholdas érzékelő és továbbitó rendszerek, digitalizált, vagy
digitális kamarával készült légifényképek, scanneres technikával digitalizált
térképek) mind raszteres termékeket szolgáltatnak. Ebből következik, hogy még
akkor is, ha egy térinformatikai szoftver vektoros adatmodellt alkalmaz,
célszerű ha rendelkezik olyan programmodulokkal, melyek a raszteres bemenő
adatok fogadását, illetve a raszteres megjelenítést lehetővé teszik.
A grafikus adatmodell kialakításánál két alapvető szempont
játssza a főszerepet: mennyire tömöríthető a modellben az információ, illetve
hogyan hat a (tömöritett) modell a műveleti sebességre. A két követelmény
együttesen sohasem elégíthető ki optimálisan, ezért rendszerint az adott
hardver-feltételekhez legjobban illő kompromisszum szolgáltatja a megoldást.
A valódi térbeli háromdimenziós
számítógépes testábrázolás először a gépészeti tervező rendszerekben jelent
meg. Itt is megtaláljuk a vektoros és tesszellációs módszerek megfelelőit ezek
a határleírás módszere illetve a konstruktív
test geometria.
A bányászati-földtani rendszerekben, amelyekben a legfőbb
probléma az információ hiány (rendszerint szórt, pontszerű információ áll csak
rendelkezésre) a tesszellációs módszerek, mind a szabálytalan, mind a szabályos,
játszzák a döntő szerepet. A tesszeláció alapegysége ebben az esetben egy elemi
test, a szabálytalan tesszellációban ez vagy egy tetraéder vagy egy Voronoi
poliéder, a szabályos tesszellációban pedig egy kocka.
Az elemi testekkel
homogén vagy annak tekinthető alakzatokat (pld. érctelér, üreg) írhatunk le.
Sok esetben azonban az alakzat bizonyos paraméterek szempontjából nem
tekinthető homogénnek. Ilyenkor a paraméterek alakzaton belüli változását
különböző interpolációs módszerek alkalmazásával modellezhetjük. Ezeket az
eljárásokat közös névvel skalár terek modellezésének
hívják.
A vektoros modellek lényege, hogy az ábrázolandó területet és
a rajta lévő objektumokat pontok és a köztük lévő egyenesek együtteseként fogja
fel. Ezen az elven az sem változtat, hogy a legtöbb rendszer alkalmas szabályos
ívek generálására is a pontok között, mivel az ívek is elképzelhetőek
differenciálisan kicsiny egyenes darabokból (húrokból) alkotott poligonokként.
A terep absztrakciója következtében a térképen, így a
digitális térképen is pontszerű, vonalas és területi objektumok
találhatók.
A pontszerű
objektumokat
a vektoros modell
alap meghatározását alkalmazva úgy értelmezzük, mint egy olyan nulla hosszúságú
egyenest, melynek kezdő és végpontja azonos.
A vonalszerű
objektumok,
mint egyenesek
folytonos mondatai értelmezhetők,
a területi
objektumok
explicit
értelmezéséhez és különösen a területekkel való folytonos lefedéshez még tovább
kell fejleszteni modellünket bizonyos topológiai meggondolásokkal.
Sphagetti módszer
A módszert a digitális térképezés kezdetén alkalmazták,
napjainkban már inkább csak történelmi, módszertani jelentősége van.
Lényege az, hogy minden egyes vonalas objektumot egy a
vonal töréspontok koordinátáiból álló sorozat (adatmondat vagy sztring) ábrázol
a gép memóriájában.
A módszernek több hátránya van, a legnagyobb az, hogy a
koordináták keresése szekvenciális s ez lelassítja a műveleteket különösen a
szerkesztési-javítási eljárásokat. A másik probléma a területek
digitalizálásánál lép fel.
2.1 ábra -
digitalizálási sorrend a sphagetti modell alkalmazásakor
Képzeljük el, hogy a
2.1 ábrán látható telkeket akarjuk kézi úton ledigitalizálni. A digitalizálást
a számokkal jelölt sorrendben hajtjuk végre. Az első adatmondat az 5 ponttal
végződik. Ahhoz, hogy az 1 és 5 pontok koordinátái azonosak legyenek külön
adatmondat típust kell beilleszteni a rendszerbe, s ezzel az eredeti egyszerű
modellel szemben egy fejlesztett modellt alkalmazni. Még ez a bővítés sem oldja
meg azonban a két poligon csatlakozását (azaz a 2 és 6 valamint a 3 és 9
egybeesését) hisz a két poligon külön külön adatmondatokban van tárolva és
olyan algoritmus megkonstruálása, mely a különböző adatmondatokban lévő de
egymáshoz túl közel fekvő pontokat kiválogatja és egybeolvasztja igen bonyolult
és nem kecsegtet gyors és egyértelmű megoldással.
Másik nehezen
megoldható probléma a modellben az egymást metsző vonalas objektumok
metszéspontainak meghatározása.
Végül előnytelen a
módszer a redundancia szempontjából is hisz példánk esetében a b pont
koordinátáit két adatmondatban összesen háromszor (az elsőben egyszer a
másodikban kétszer) kell tárolnunk.
Megjegyzéseit
E-mail-en várja a szerző: Dr Sárközy Ferenc