Ростелеком ТВ 

3d моделирование города. Ручное создание моделей в программах трехмерного моделирования. Моделирование Главных Улиц

Опыт создания и применения трехмерных моделей городов

В последние годы 3D технологии существенно расширили границы своего прикладного использования. Трехмерное моделирование стало доступно не только для отдельных сооружений и сетей инженерных коммуникаций, но и для целых городов. Эти модели нашли свое применение в городском планировании, архитектурном и градостроительном проектировании, в муниципальном управлении, образовании.

Мы рассмотрим опыт зарубежного партнера «Ракурса» — компании Zmapping , которая с 2003 г. занимается созданием трехмерных цифровых моделей городов. Компания производит сложные 3-мерные модели городов и позиционирует результаты своей работы как наиболее детальные и высокоточные.

Создание 3-мерных объектов Zmapping основано на классической фотограмметрической технологии обработки космических и аэрофотоизображений. Для своих работ компания использует программное обеспечение PHOTOMOD и AutoCAD. Уравненные в PHOTOMOD снимки оцифровываются в стереорежиме с использованием классификатора для тематического подразделения объектов по слоям. Трехмерные векторы экспортируются в формат DXF, который является базовым форматом продуктов компании Autodesk. В процессе обработки векторов в AutoCAD: опускания крыш на поверхность земли и достраивания стен, — происходит трансформация векторов в трехмерные твердотельные объекты. В зависимости от пожеланий заказчика трехмерные объекты могут быть текстурированы наземными, аэрофото - и космическими снимками, экспортированы в другой формат.

Интерактивность моделей достигается за счет использования свободно распространяемых инструментов TurnTOOL, которые легко встраиваются в функционал программы Autodesk 3ds-Max. С их помощью конечная модель может быть открыта в обычном интернет-браузере. В том же интернет-браузере существует возможность осуществлять простейшие операции по манипулированию моделью: масштабирование, вращение, полет над моделью, проход по модели на уровне земли.

Точность созданных трехмерных моделей коррелирует с точностью исходных данных и соответствует требованиям к детальности, предъявляемым заказчиком. Один и тот же дом может быть представлен как простейший параллелепипед или же, как сложный объект с мельчайшими деталями — трубами и слуховыми окнами. Для исходной фотограмметрической обработки используются снимки с разрешением на местности от единиц до десятков сантиметров. Размеры создаваемых моделей ограничиваются только требованиями заказчика: от сотни квадратных метров на местности до размеров целого города и даже страны.

Области применения трехмерных моделей достаточно разнообразны, порой неожиданны. Сколько-нибудь унифицированной их классификации не существует, поэтому мы будем отталкиваться от представлений о ней компании Zmapping.

Высотный анализ

Одной из наиболее распространенных областей применения цифровых моделей трехмерных объектов является высотный анализ, позволяющий проводить мониторинг зон затопления, рассчитывать объемы возможных земляных работ, проектировать дренажные системы. Ключевым в данном случае является сравнение фактических высотных показателей объектов местности с абстрактной информацией.

Планирование и проектирование

Трехмерные модели местности успешно используются в комплексном архитектурном планировании и проектировании зданий и сооружений. Следующая серия изображений показывает насколько легко можно спланировать тот или другой участок земной поверхности, исключая реальные объекты из текущего градостроительного плана или добавляя к существующим объектам совершенно новые. Созданные модели позволяют проанализировать пространственные и визуальные характеристики будущих архитектурных объектов. При этом настоящая методика касается не только зданий, зафиксированных на крупномасштабных картах и планах. Ее можно с успехом применять и к другим сооружениям: паркам, дорогам, водным объектам. Фотореализм текстурированных объектов позволяет спланировать цветовые и стилистические решения будущих построек, гармонично вписывающихся в существующее окружение, оценить их эстетическую выразительность.

Оценка видимости

Простая, но не менее значимая область применения моделей трехмерных объектов, особенно для архитекторов — оценка видимости. Высотное здание, показанное красным цветом, спроектировано в непосредственной близости от церкви (выделена зеленым цветом). Каким образом изменится местный пейзаж при том или ином угле обзора? Будет ли нанесен вред историческому виду центра города? Вставка архитектурной модели в трехмерную модель города позволяет ответить на эти вопросы в течение нескольких минут. Оценка видимости может быть проведена из любой точки в любом направлении.

Фотомонтаж

Фотомонтаж по сути своей является продолжением оценки видимости. Фотомонтаж позволяет увидеть, как будет выглядеть проектируемое здание на фоне окружающей застройки при том или ином инженерном решении: увеличении/уменьшении высоты, добавлении архитектурных элементов.

На следующей серии изображений показано как фотомонтаж помогает оценить проект реконструкции здания и ответить на вопрос: корректна ли высота проектируемого здания относительно его окружения.

На первом изображении фотомонтаж вида проектируемого здания, выполненный обычными средствами. Берем наземную фотографию, выполненную из той же точки. Ориентируем модель соответственно фотографии, учитывая настройки и позицию камеры при фотографировании. Встраиваем 3D-модель проектируемого здания в модель города, сохраняя месторасположение, масштаб и ориентировку здания. Это дает точное представление о размерах и позиции здания относительно окружения. Снова ориентируем модель как на фотографии, вырезаем модель здания и переносим на фотографию. Сравниваем исходный фотомонтаж с получившимся и обнаруживаем, что запроектированное здание гораздо выше, чем было изначально представлено на фотомонтаже.

Фотомонтаж вида проектируемого здания. Наземная фотография, выполненная из этой же точки.
Трехмерная модель городской застройки ориентируется соответственно фотографии, с учетом настройки и позиции камеры при фотографировании. 3D-модель проектируемого здания встраивается в модель города, сохраняя месторасположение, масштаб и ориентировку здания. Это дает точное представление о размерах и позиции здания относительно окружения.
Снова ориентируем модель как на фотографии. Полученная модель здания «вырезается» и переносится на фотографию.

Далее сравнивается исходный фотомонтаж с получившимся, обнаруживается, что проектируемое здание выше, чем было изначально представлено на фотомонтаже.

Визуализация

Визуализация — ключевая область применения трехмерных моделей городов. По большому счету она пересекается со всеми другими областями применения трехмерных моделей. В плане визуализации трехмерные изображения несравнимо более наглядны и узнаваемы, чем соответствующие им 2-мерные планы, что позволяет неподготовленным пользователям легче ориентироваться в пространстве и принимать верные решения. При чем современное программное обеспечение позволяет создавать качественные реалистичные трехмерные модели городов с высоким уровнем детализации.

В видеоролике представлен визуальный ряд вариантов преобразования автомобильной парковки в деловой центр и обустройство территории. Опыт градостроительной деятельности показывает: чем точнее и реалистичнее исходная модель, тем легче создать на ее основе реальный архитектурный объект. Возможность создания анимаций с их последующей публикацией в интернет делает эту область применения чрезвычайно перспективной.

Анализ инсоляции зданий и территорий

Расчет инсоляции необходим при проведении работ по градостроительному развитию территорий, особенно в условиях плотной городской застройки, и является обязательным разделом в составе предпроектной и проектной документации. Будучи пропорциональными и точными по своей географической привязке трехмерные модели позволяют рассчитывать инсоляцию зданий, сооружений и территорий на определенный момент времени или в течение определенного промежутка времени, определять время максимальной и минимальной освещенности объектов, количество интервалов инсоляции и процент инсолируемой территории, а также помогают при проектировании солнцезащитных мероприятий.

Проектирование организации дорожного движения

Любое строительство, реконструкция и ремонт дорожной сети требуют грамотной организации дорожного движения. От этого зависит, насколько безопасной и удобной станет транспортная инфраструктура для участников дорожного движения.

Трехмерные модели существующей местности с легкостью интегрируются с проектируемой схемой организации дорожного движения. Полученную модель можно представить для публичных консультаций. Заказчиком моделей на территорию, прилегающую к супермаркету ASDA, является городской совет Манчестера. Трехмерная модель позволяет не только лучше понять схему транспортных потоков на данном участке, но и виртуально проследовать по новым маршрутам предполагаемой схемы дорожного движения.

Публичные консультации

Возвращаясь к проведению публичных слушаний и консультаций, следует заметить, что все архитектурные проекты, будь то схема организации дорожного движения или проект озеленения территории, непосредственно перед своим воплощением в жизнь размещаются в интернете, транспорте и других общественных местах. Это нужно для того, чтобы получить от местных жителей отзыв о проекте, своевременно внести в него соответствующие изменения и дополнения. Для широкой аудитории трехмерное представление пространства наиболее понятно.

Интеграция с ГИС

Трехмерные модели, созданные в Zmapping, представляют собой интерактивные геопривязанные CAD- модели, которые могут быть объединены с базами данных для создания единой интегрированной геоинформационной среды. Большинство объектов (рельеф, здания и сооружения, древесная и кустарниковая растительность, элементы инфраструктуры) моделируются раздельно друг от друга. Это значит, что к каждому из них можно привязать индивидуальную базу данных с неограниченным набором полей и атрибутов.

Прототипирование объектов

Нередко презентация общественно значимых объектов требует создания их физических моделей. 3D CAD — файлы свободно конвертируются в формат STL, и реальный прототип может быть отпечатан на цветном 3D- принтере. В качестве материалов могут быть использованы как прозрачные так и цветные виды пластика, статичные и легко меняющие свою форму, водостойкие и обладающие высокой степенью температурного сопротивления.

Планирование мероприятий в чрезвычайных ситуациях

Специфические особенности трехмерных моделей делают их идеальным инструментом для планирования мероприятий в условиях чрезвычайных ситуаций. Модели Zmapping реалистичны и полностью интерактивны, что позволяет интегрировать их с программным обеспечением, специализирующимся на симуляции и прогнозировании стихийных бедствий, организации планов эвакуации и проведения спасательных операций. Связь модели с геоинформационной системой позволяет быстро получить необходимую информацию по каждому объекту. Бесчисленное количество ситуаций можно просчитать в камеральных условиях без выезда в конкретное место. С помощью трехмерных моделей можно определять маршруты передвижения, в том числе крупногабаритной и специальной техники, измерять высоту строений и расстояния между заданными точками, рассчитывать безопасные расстояния от мест катастроф для размещения аварийного штаба и удаленно руководить спасательными операциями.

Телекоммуникация

Телекоммуникационные компании используют трехмерные модели городов при проектировании размещения линий связи и телекоммуникационных мачт, расчете зон покрытия сотовой связью.

Научно-исследовательская деятельность и обучение

Ученые и инженеры используют трехмерные модели для осуществления своих экспериментов в режиме, максимально приближенном к реальности, не оказывая вредного воздействия на окружающую среду. В результате интеграции трехмерных моделей объектов со специализированным программным обеспечением можно создать модели распространения шума и загрязняющих веществ, модели скорости и направления движения ветра в узких городских каньонах. Эксперименты могут быть повторены на физических моделях-прототипах. Исследовательская деятельность может охватывать огромные географические территории. Кроме того, трехмерные модели позволяют организовать обучение летчиков в форме виртуальных полетов над местностью.

В представленном материале приведены далеко не все примеры возможного использования трехмерных моделей, а только те, которые уже с успехом используются заказчиками компании Zmapping, клиентура которой насчитывает более 200 частных и государственных компаний и организаций (в том числе муниципалитеты Нотингема, Шеффилда, Ньюкасла и Бирмингема, полиция лондонского метрополитена и агентство Лондона по строительству).

Компания «Ракурс» благодарит компанию Zmapping (Великобритания) и лично Raju Pookottil за предоставленные материалы.

Комментариев — 13

Создание трехмерных моделей городов в последнее время становится все более популярным занятием многих ГИС-специалистов. Все больше разговоров ведется о трехмерных геоинформационных системах. Задачи, которые будут решать такие системы, все еще до конца непонятны, однако трехмерные модели городов создаются уже на протяжении более десятка лет.

Предлагаемая классификация стратегий трехмерного моделирования городов по степени автоматизации не претендует на полноту. Технологии трехмерного моделирования за свою относительно короткую историю пережили бурное развитие. Стремительное развитие этого направления связано, в первую очередь, с появлением и началом широкого использования цифровых аэрофотокамер и воздушных лазерных сканеров. Охватить все предлагаемые методики не представляется возможным, однако их можно попробовать сгруппировать по степени автоматизации основных процессов.

В этой статье мы рассмотрим 3 стратегии

Ручное создание моделей в программах трехмерного моделирования

Самый трудоемкий способ. Модели зданий создаются в таких программах как AutoCAD, ArchiCAD, ArcGIS+3DAnalyst, 3ds Max или Google SketchUp. Моделирование геометрии и текстурирование моделей проводятся вручную. Для упрощения процесса в городской застройке выделяются наборы типовых строений. Модели создаются для каждого типа строений и затем множатся нужное количество раз при размещении на карте. Для ускорения процесса трехмерные объекты часто получают методом выдавливания зданий по их отпечаткам на плане города. Высоту, на которую выдавливается каждое здание, получают из атрибута, содержащего число этажей. Текстурирование обычно выполняется наземными фотоснимками и изображениями из библиотек текстур. Данный метод создания 3D моделей городов является самым старым и хорошо изученным.

Преимущества

а) Возможность создания моделей с очень высокой геометрической детализацией.

б) Для каждого типа строений создается только одна модель. Данная модель единожды загружается при визуализации, и используется для всех зданий заданного типа. Это позволяет значительно экономить память и уменьшает размер трехмерной модели города на диске.

в) Текстуры не содержат изображений посторонних объектов, спроецированных на стены зданий. Так как текстурирование производится вручную, все изображения перед текстурирванием обрабатываются оператором. Обработка включает устранение лишних объектов на фотографиях, таких как деревья или автомобили, выравнивание изображений по яркости и тону и, часто, удаление теней.

г) Трехмерные здания являются отдельными объектами, с которыми может быть ассоциирована любая атрибутивная информация.

Недостатки

а) Очень высокая трудоемкость. Несмотря на то, что современные 3D редакторы позволяют ускорить некоторые этапы моделирования, все равно все они выполняются вручную.

б) Потенциально низкая метрическая точность. Источником размеров для модели здания обычно служат фотографии фасадов, поэтажный план или отпечаток здания на плане города. Фотограмметрические измерения по наземным фотографиям не производятся, так как это слишком затратно и не предусмотрено в 3D редакторах. Плоский план не несет всей необходимой информации о форме здания. Недостающие размеры рассчитываются приближенно, часто на глаз. Это конечно не относится к случаю, когда исходными данными для проектирования является архитектурная модель здания, использованная при его постройке, либо данные наземного лазерного сканирования. Однако такой случай – большая редкость.

в) Типизация строений кроме плюсов имеет и недостатки. Невозможность создать набор типов, описывающий все варианты зданий города, приводит к обобщению и упрощению модели города. Уникальные здания заменяются типовой моделью. Особенно это относится к частной застройке, где все многообразие архитектурных форм часто заменяется одним простым прототипом, например, серой коробкой с двускатной крышей.

г) Недостаточная фотореалистичность. В качестве текстур в данном методе обычно используются наземные фотографии. Это качественные фотографии высокого разрешения. Однако сфотографировать каждое здание города, да еще со всех сторон не представляется возможным. Недостающие фотографии заменяются типовыми текстурами из библиотек. Синтезированные таким образом текстуры выглядят искусственно из-за совмещения фотографии и библиотечной рисованной текстуры. Кроме того все текстуры выравниваются по яркости и тону, с фотографий стараются убрать тени. Отсутствие теней на стенах зданий и поверхности земли также вносит ощущение искусственности. Сложность процесса получения фотографий и текстурирования приводят к отказу от фотореалистичных текстур для многих типов зданий. Такие здания раскрашиваются одним или несколькими цветами, либо полностью покрываются изображениями из библиотек текстур.

Пример здания с библиотечными текстурами

Описанный метод применяется для наполнения слоя 3D зданий в Google Earth. Трехмерные модели зданий здесь создаются преимущественно силами пользователей в разработанной для этой цели программе – Google SketchUp. Опубликованные на специальном сайте 3D Warehouse модели проходят модерацию и потом появляются в Google Earth.

Описанный метод применяется и при создании моделей городов с применением ArcGIS и модуля 3D Analyst. В основном эти модели включают лишь несколько кварталов города, из-за огромной трудоемкости процесса. На настоящий момент, автору известна единственная на территории СНГ модель, покрывающая значительную часть города – это недавно созданная 3D модель Санкт-Петербурга . Но даже эта дорогостоящая модель (по официальным данным на ее создание было потрачено 26 млн. рублей и несколько лет работы) детально описывает лишь центральную часть города. Остальные здания представлены серыми коробками без текстур и точного воспроизведения формы.

Полностью автоматическая генерация 3D моделей

Пример модели C3 Technologies

Самая молодая и перспективная технология. Использует алгоритмы восстановления геометрической формы объектов по их стереоизображениям. Стереоизображения получают с самолета, для этого используют наклонные цифровые камеры, типа Pictometry или Geosystem 3-OC-1 . Эти же изображения используются как источник текстур фасадов зданий. Для уточнения геометрии зданий и получения модели рельефа может использоваться воздушный лазерный сканер.

Ярким примером данной технологии являются модели, создаваемые шведской компанией C3 Technologies . По утверждению представителей компании, трехмерные модели городов создаются только по наклонным и вертикальным снимкам без использования данных лазерного сканирования. Весь процесс полностью автоматизирован. Поиск одних и тех же точек на перекрывающихся снимках формирует облако точек, описывающее земную поверхность и возвышающиеся над ней объекты. Затем облако точек триангулируется с целью получения поверхности. В полученной поверхности выполняется поиск плоскостей для лучшей передачи стен и крыш зданий. Конечным продуктом является трехмерная модель местности, представленная с различной степенью детализации и доступная для просмотра онлайн .

Данная методика исключает слабые стороны полностью автоматического процесса генерации моделей городов. Геометрические модели зданий здесь создаются операторами по аэроснимкам. Этот подход применяется в Delta/Digitals и CyberCity-Modeler . Для построения моделей зданий CyberCity-Modeler позволяет также использовать данные лазерного сканирования.

Создание трехмерной модели здания состоит из измерения оператором характерных точек контура крыши. Измерения проводятся стереоскопическим методом. Для ускорения процесса применяются шаблоны, разработанные для основных типов крыш. Сложные формы образуются путем комбинации простых геометрических фигур. Высота стен зданий не измеряется. Стены образуются проецированием точек основания крыши на поверхность рельефа.

Описанная методика позволяет создавать модели зданий быстро и качественно. На одно здание опытный оператор (например в Delta/Digitals) тратит от 10 секунд до одной минуты, в зависимости от его сложности. Точность измерений сопоставима с геометрической точностью исходных аэроснимков.
Создание моделей зданий – единственный ручной процесс при генерации трехмерной модели города. Дальнейшая обработка созданных моделей производится полностью автоматически. Текстуры фасадов и крыш извлекаются из тех же снимков, что использовались для создания геометрии. На этом этапе очень важно, чтобы все стороны здания были видны на снимках. Чтобы достичь этого, используются боковые наклонные камеры либо, специально спроектированные залеты. При отсутствии боковых наклонных камер залет должен быть запланирован с более чем 50% межмаршрутным перекрытием либо с дополнительными маршрутами, направленными перпендикулярно основным.

Преимущества

а) Высокая производительность. При создании зданий используются типовые шаблоны. Благодаря этому на одно здание оператор тратит в среднем несколько десятков секунд. Что значительно меньше, времени моделирования здания в 3D редакторе.

б) Высокая геометрическая точность. Положение точек контура здания измеряется по стереоснимкам. Ошибка определения координат точек в соизмерима с геометрической точностью снимков. Степень детализации моделей зданий задается техническим заданием, которое регламентирует, насколько мелкие архитектурные элементы должны быть воспроизведены.

в) Здания являются отдельными объектами, которым могут быть назначены любые атрибуты: адрес, год постройки, тип здания, материал стен. Модель города со зданиями в виде отдельных объектов имеет более широкое применение. Ее можно использовать для городского планирования, расчета зашумленности, построения карты распространения радиоволн, прогнозирования затопления.

г) Высокая фотореалистичность. Текстурирование как и в технологии полностью автоматического моделирования производится автоматически. Текстуры извлекаются из аэроснимков и выглядят очень естественно. Тени с текстур не убираются, что создает иллюзию качественного освещения трехмерной сцены.

Недостатки

а) По сравнению с полностью автоматической генерацией моделей в данном методе присутствует ручной труд операторов. Это повышает стоимость всей модели и увеличивает время работы над ней.

б) Низкое качество текстур. Текстуры извлекаются из аэроснимков и имеют низкое разрешение, в сравнении с наземной фотосъемкой. При недостаточном числе избыточных изображений, может оказаться, что некоторые стороны зданий вовсе без текстур.

Использованный пример

Трехмерная модель Винницы (Украина), доступная по адресу http://www.vin3d.net создана с использованием полуавтоматических технологий в программном обеспечении НПП «Геосистема». В качестве исходных данных модели использовались аэроснимки с камеры 3-DAS-1 . Время, затраченное на создание – 1 месяц. Одна из немногих трехмерных моделей, полностью покрывающая все районы города. Несмотря на ручное создание моделей зданий и короткие сроки выполнения работ, было смоделировано каждое строение с площадью более 3 кв. м.

Заключение

В течении последних 5 лет мы стали свидетелями появления коммерческих реализаций и укрепления позиций полностью автоматизированных методов генерации трехмерных моделей. Очевидно, что за этими методами большое будущее. Технологию, разработанную в университете Беркли, выкупила компания Google. Microsoft также обладает подобной технологией. Сервисы этих двух крупнейших провайдеров географической информации постепенно наполняются трехмерными моделями городов.
Однако разработка подобных технологий и моделей на их основе не обязательно принадлежит большим корпорациям, что подверждает последний приведенный пример.

Обсудить в форуме

Концептуальное планирование развития территории

Высокий интерес к геоинформационным системам (ГИС) легко объясним. Помимо наглядности и легкости навигации по электронной карте, в ГИС есть возможность быстро получать справочную информацию, привязанную к объектам, проводить анализ с учетом расположения объектов. Традиционные чертежи и схемы в этом плане менее удобны.

В России пока получили распространение по большей части двухмерные ГИС – электронные карты с привязанной к ним информацией по объектам. Например, генеральные планы территории, которые сегодня зачастую используются для городского планирования, представляют собой изображение, полученное методом графического наложения чертежа проектируемого объекта на топографический, инженерно-топографический или фотографический план территории. Кроме того, генплан включает в себя ряд схем, в частности объектов электро-, тепло-, газо- и водоснабжения населения; автодорог, мостов и иных транспортных инженерных сооружений; границ территорий объектов культурного наследия.

Вот лишь некоторые проблемы, с которыми приходится сталкиваться при использовании двухмерного плана территории:

  • схематичное изображение объектов не дает представления о фасаде (нет возможности дополнительного контроля сохранности исторического облика, подготовки дополнительных материалов для гостей города), высотности зданий и деталях экстерьера (пандусы, высокие тротуары и т. д.);
  • процесс принятия решений по планировке, застройке, реконструкции городских объектов занимает много времени;
  • реестровые системы и системы, базирующиеся на 2D-плане, недостаточны для решения ряда вопросов, связанных с социальной защитой, безопасностью, сохранением и развитием культурного облика города;
  • несмотря на доступность генеральных планов и реестровой информации многих городов в Интернете, по ним довольно сложно ориентироваться и они не дают представления о внешнем облике зданий и городской среде в целом.

Трехмерные ГИС, получившие распространение за рубежом, позволяют решить большинство подобных задач.

Виртуальное путешествие по 3D-городу

3D-макет города , доступный через Интернет, – уникальная технология, позволяющая не выходя из дома получать наглядное представление об объектах инфраструктуры, быстро перемещаться по виртуальному городу, изучать обширные территории. Программа имеет легкий в освоении и интуитивно понятный интерфейс.

Для того чтобы визуальное представление об объектах было максимально реалистичным, к ним, как правило, привязываются фотографии, сферические панорамы территории и др.

Благодаря функции создания виртуальных облетов территории можно самостоятельно выбрать маршрут движения, идти вслед за камерой, медленно перемещающейся вдоль улицы, повернуть в переулок, посмотреть панорамный вид понравившегося места, убрать? о зданиях или двигаться по заданной траектории движения камеры. На основе облетов территории можно получать высококачественное видео и скриншоты.

Помимо визуального ознакомления с городом, ГИС дает возможность получить справочную информацию (необходимые сведения о городских достопримечательностях), найти объект и посмотреть, как он выглядит в реальности, сравнить несколько видов трехмерного города (например, модель территории, какой она была 200 лет назад, сегодняшнего и будущего города), проследить за изменениями города в соответствии с планом властей, а также увидеть город в разное время суток (можно оценить, как будет падать тень от зданий или как будет выглядеть город с праздничной иллюминацией).

Еще одна важная особенность 3D-генплана – возможность подключения к нему информации о социально значимых объектах, помогающей сделать город более социально ориентированным. Такая справочная информация предоставляет возможность лицам с ограниченными возможностями узнать через Интернет о транспортной доступности, этажности, наличии пандусов в аптеках, клиниках и других общественных местах.

Управление городской инфраструктурой на новом уровне

Трехмерные технологии помогают инженерам и градостроителям быстро создавать проектные предложения, а городским службам и органам власти анализировать, «что может быть» в контексте того, «что уже есть».

С помощью 3D-ГИС удобно создавать модели существующей инфраструктуры. В единой трехмерной модели объединяются уже используемые в архитектурно-строительных компаниях типы данных – 2D-САПР , ГИС , системы информационного моделирования (BIM) , растровые данные. При этом могут интегрироваться данные из различных министерств, ведомств и любых других организаций.

Планирование развития территории, разработка концепций застройки осуществляются в контексте существующей окружающей среды (с учетом объектов различного типа). На карту могут накладываться данные о различных зонах, например природоохранных или культурного наследия. Это позволит оценить влияние планируемых к постройке зданий на внешний вид исторической застройки, оценить обзорность с учетом высотности сооружений, решить другие важные задачи администрации города. Возможно и 3D-проектирование подземной инфраструктуры, что очень удобно для работы городских служб ЖКХ.

Рисунок 1. Расположение городской газовой сети

Использование 3D-ГИС удобно во время совещаний и презентаций, поскольку значительно облегчает взаимодействие проектировщиков и инвесторов. При использовании визуальной, легкой в восприятии концептуальной модели, для управления которой не требуется никаких специальных технических знаний, принятие решений происходит значительно быстрее и проще. Технология имеет возможность быстрого переключения между несколькими вариантами и оценки влияния каждого из них на окружающую обстановку и объекты.

К информационной 3D-модели города можно подключать различные инструменты анализа, моделирования и прогнозирования, в частности:

  • инструменты математического моделирования, статистического анализа для оценки ситуации в той или иной сфере деятельности;
  • системы бизнес-аналитики, позволяющие проанализировать эффективность работы различных организаций;
  • программы для визуализации и/или симуляции физических явлений и процессов.

Рисунок 2. Пример анализа данных посредством 3D-ГИС

3D-ГИС – эффективный инструмент для моделирования действий спецслужб и путей эвакуации при чрезвычайных ситуациях, а также создания соответствующих 3D-тренажеров.

Пример 3D-модели города

Для подмосковного города Дубны была разработана трехмерная ГИС на основе уже существовавшей двухмерной модели. Заказчиком выступила администрация города, а исполнителем – компания «Риэл Гео Проджект» (ГК «НЕОЛАНТ»). Прежняя модель решала множество задач в сфере архитектуры и градостроительства, городского хозяйства, управления муниципальным имуществом. Перед новой 3D-ГИС были поставлены следующие задачи:

  • повышение качества презентационных материалов по градостроительным вопросам, предоставляемым на заседания земельной комиссии и публичные слушания;
  • проработка отображения подземных коммуникаций в 3D;
  • анализ данных по качеству оказания услуг ЖКХ в 3D.

В программе Autodesk Infrastructure Modeler была создана интерактивная 3D-карта города Дубны, состоящая из следующих элементов:

  • базовой цифровой модели рельефа (ЦМР), построенной по данным топосъемкки;
  • данных аэрофотосъемки, наложенных на рельеф;
  • векторных картографических слоев;
  • 3D-моделей зданий, полученных из векторных данных.

В 3D-карту впоследствии были добавлены модели строящихся зданий и существующие проекты развития городской инфраструктуры.

Результатом нововведения стало поднятие на качественно новый уровень процедуры обсуждения и согласования строительства новых объектов в городе.

Рисунок 3. 3D-модель наукограда Дубны

ПРЕИМУЩЕСТВА 3D-ГИС

Технология 3D-ГИС позволяет создать единую информационную модель города, объединив данные из разных источников. И граждане, и органы государственной власти получают развернутую информацию о состоянии территории, интересующих объектах и сооружениях из наглядного и объемного виртуального пространства.

3D-модель города облегчает ориентирование в незнакомом городе для туристов, повышает доступность информации о городе и объектах инфраструктуры для жителей, особенно для социально незащищенных категорий населения.

Кроме того, 3D-ГИС города облегчает решение множества задач городского управления, среди которых:

  • ускорение процесса принятия решений по планировке, застройке, реконструкции и обустройству городских объектов в органах власти;
  • анализ, моделирование и прогнозирование развития ситуации в той или иной сфере жизни города;
  • моделирование чрезвычайных ситуаций и отработка действий в них в виртуальном пространстве;
  • мониторинг ситуации в городе в различных разрезах.

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

Трехмерные видео-реконструкции древних городов, ныне совершенно изменившихся или вовсе исчезнувших, в последнее время стали важной составляющей исторической науки. Компьютерные технологии позволяют в деталях восстанавливать утраченные памятники архитектуры и целые поселения. Они служат «наглядными пособиями», позволяющими получить комплексное представление о том, какими были Александрия и Вавилон, Древний Рим и города античной Греции, узнать, как развивался Египет и с чего начинался Париж.

Древний Рим - 320 г. нашей эры

На создание 3D-модели под названием Rome Reborn – «Возрожденный Рим» – ушло около 10 лет. С 1997 года над проектом совместно работали Институт высоких технологий и гуманитарных наук при университете Вирджинии, Калифорнийский университет, Политехнический университет в Милане, университет Бордо III и университет города Кан. Цифровая модель показывает Рим таким, каким он был – судя по собранным историками данным – в 320 г. н.э. Это период, когда Рим уже достиг своего пика развития. Население города к тому моменту составляло около миллиона человек, уже были построены первые христианские храмы. Ролик позволяет увидеть город с высоты птичьего полета и даже заглянуть внутрь некоторых сооружения – в Колизей, Сенат или базилику императора Максенция.


Коринф II век нашей эры


Над созданием видео-реконструкции древнегреческого Коринфа трудился творческий коллектив «История в 3D » – Данила Логинов , Андрей Жаров и Вячеслав Дербенев. Античный город, которому уже более двух с половиной тысяч лет, располагался в 7 км от одноименного современного города, у подножия горы Акрокоринф. На видео Коринф представлен таким, каким он, как предполагается был во II веке нашей эры – в эпоху своего расцвета в составе Римской Империи. Видео позволяет взглянуть на город с высоты птичьего полета, увидеть высокие крепостные стены, прогуляться по мощенным улицам. Детально проработана центральная часть Коринфа, площадь с фонтаном Пирена, храм Аполлона, агора, римский театр. Основой для создания столь подробной реконструкции послужили археологические исследования, монеты с изображениями коринфских зданий и письменные свидетельства.

Кроме Коринфа команда также реконструировала Древний Рим , Севастополь 1914 года и другое .


Карфаген - Пунический и римский периоды


Небольшой фильм о Карфагене, каким он был до разрушения римлянами, создан известным французским тележурналом Des Racines et des ailes. Карфаген, основанный в 814 г. до н. э., располагался на севере Африки, на берегу Тунисского залива. Подробная видео-реконструкция сопоставляет 3D-модель древнего города с сохранившимися на территории современного Туниса руинами. Особое внимание в ролике уделено карфагенской гавани с адмиральским (суффетским) островом. Показан канал шириной более 20 метров, соединяющий торговую гавань с морем. Детально воссоздан и сам город со всеми основными памятниками пунического и частично римского периодов.


Вавилон - 1200-е гг. н. э.


3D-реконструкция Вавилона создана Byzantium 1200 для выставки о Месопотамии, которая прошла в 2013 году в Королевском музее канадской провинции Онтарио. Разработчики ролика – некоммерческий проект, в первую очередь занимающийся компьютерной реконструкцией утраченных византийских памятников XIII века. Короткий видео-тур по Древнему Вавилону позволяет увидеть его главные улицы, основные храмы и одно из семи чудес света – висячие сады.

Александрия - 51 г. до н. э.


Александрия − второй по величине город современного Египта, расположенный на побережье Средиземного моря, был основан Александром Македонским в 331 г. до н. э. Реконструировать величественный город Клеопатры и Юлия Цезаря взялись разработчики сайта ancientvine.com . На основании последних исследований и теорий известного археолога Фрэнка Годдио (Franck Goddio) удалось достаточно точно воспроизвести порт и одно из семи чудес Древнего мира – Александрийский маяк. Александрия показана в период своего расцвета – 51 г. до н. э. Столицей Египта и важным торговым портом она оставалась до серии землетрясений и цунами, из-за которых город пришел в упадок. В наши дни Александрия служит главным морским портом Египта.

Пальмира


Видео-реконструкция Пальмиры разработана командой издательского дома Al-Aous Publishers и Института культуры Сирии в 2009 году. Историки и археологи начали активно изучать один из крупнейших античных городов Ближнего Востока только в середине XX века. На основании изучения уцелевших памятников, письменных источников и т.д. удалось не только сделать видео, но и выпустить книгу о Пальмире.

В свете последних событий над созданием новых и более подробных виртуальных моделей Пальмиры работают специалисты в разных городах и странах мира.

Цивилизация майя


Фильм создан Матиасом Кольшмидтом (Mathias Kohlschmidt) и командой Maya-3d . История народов и культур, относившихся к цивилизации майя, насчитывает более 2500 лет. Города и поселения охватывали территории современных Гватемалы, Белиза, Гондураса, Сальвадора, юго-восточных штатов Мексики и полуострова Юкатан. На основании археологических исследований сохранившихся до наших дней памятников архитектуры и истории удалось воссоздать приблизительный облик древних городов майя, показать декор построек и их внутреннее убранство.

Исчезнувшие города

Помпеи


Издательский проект Archeolibri выпустил документальный фильм – виртуальное путешествие в древнеримский город Помпеи в период его расцвета. Город располагался на берегу Неаполитанского залива, но был уничтожен извержением вулкана Везувий в 79 году нашей эры. Трехмерная реконструкция, основанная на археологических данных хорошо исследованных Помпей (раскопки там начались в XVIII веке), позволит увидеть город до разрушения, пройти по базилике, заглянуть в храмы, термы и театр.

Амайя


Руины Амайи расположены в Португалии на территории природного парка Сьерра-де-Сан-Мамеде. Этот город был основан в I в. н. э. на территории тогдашней римской провинции Лузитания. Но в период с V по IX вв. город пришел в упадок и постепенно был заброшен. Серьезные археологические исследования римского города начались только в 1994 году. C 2007 года работы возглавил Эворский университет совместно с консорциумом институтов других европейских стран. Исследования проводились с применением современных технологий, позволяющих понять структуру города, остающегося под слоем земли, без раскопок и других потенциально опасных для памятников методов. На основании полученных данных команде Radio-Past удалось сделать 3D-реконструкцию, воссоздав не только улицы и фасады, но и внутреннее пространство многих знаковых построек.

Пергам


Пергам – античный город на западе Малой Азии – реалистично и исторически точно воссоздан в 3D немецкими специалистами во главе с Клеменсом Поблоцки (Clemens Poblotzki). Фильм изображает ныне исчезнувший город, основанный в XII в. до н. э. В период своего расцвета это был крупный экономический и культурный центр. Сегодня от него уцелели лишь руины на северо-западной окраине современного турецкого города Бергам. Трехмерная модель позволяет представить, какими были знаменитый акрополь Пергама, расположенный на террасах высокого холма, дворцы местных царей, цитадель, арсенал, храм Афины с примыкавшей к нему Пергамской библиотекой, и алтарь Зевса (ныне большую его часть можно увидеть в берлинском Пергамон-музеуме).

Европа в средние века и Раннее Новое время

Лондон - XVII век


Модель сохранившего средневековый облик Лондона до Великого пожара 1666 года разработали шесть студентов-второкурсников университета Де Монфор. Их команда под названием Pudding Lane Productions выиграла конкурс, организованный Британской библиотекой и компаний Crytek, специализирующейся на разработке компьютерных игр, и тем самым получила право реализовать свой проект. Получилось трехминутное видео, основанное на исторических картах и гравюрах Лондона середины XVII века из коллекции Британской библиотеки. Реалистичная анимация показывает несколько детально проработанных улиц у восточной стены города, включая район Пуддинг-лейн.

О деталях проекта и этапах работы подробно написано в блоге авторов.

Болонья - XIII век


Средневековая Болонья была культурным и историческим центром Европы. В этом городе до сих пор функционирует старейший в Европе университет, основанный в 1088 году, и несколько древних каменных башен из тех, что когда-то наполняли весь город. Панораму Болоньи, и сегодня сохранившей свой средневековый дух, реконструировали Даниэль Рампулла (Daniel Rampulla) и студия Sotto Le Torri. Подробную информацию можно найти на сайте проекта Tower and Power .

Берген - XIV век


Второй по числу жителей город Норвегии, уступающий лишь столице – Осло – был основан в XI веке, а в середине XIV века, в показанный в ролике период, был важнейшим торговым центром Северной Европы, крупным ганзейским городом. Авторы видео, археолог Рагнар Бёрсхейм (Ragnar L. Børsheim) и специалисты по исторической визуализации Arkikon , накладывают современный город на средневековый, чтобы показать, насколько за прошедшие столетия Берген выдвинулся в сторону моря с помощью намывных территорий. Также в ролике подробно показаны средневековые деревянные дома, совсем не похожие на сохранившиеся до наших дней, храмы, улочки, и, конечно, порт.

Париж

История Парижа насчитывает более двух тысячелетий. За это время город прошёл долгий путь развития от небольшого кельтского и римского поселения, носившего название Лютеция, до современного мегаполиса, одного из важнейших городов мира. Один из самых красивых виртуальных туров охватывает наиболее значимые этапы развития и формирования Парижа за все века. Начав с крохотного посёлка 52 г. до н.э., авторы фильма последовательно воссоздали галло-римский период, средневековье, Новое и Новейшее время. Трехмерная реконструкция позволяет своими глазами увидеть , как строился Собор Парижской Богоматери, Лувр, Бастилия, Эйфелева башня.

Оставьте свой комментарий!

Я люблю города, 3D-модели, макеты… Город, напечатанный на 3D-принтере? Идеально! В 2014 году в Сан-Франциско была представлена самая масштабная печатная интерактивная 3D-модель города, причём полтора года спустя этот статус ещё при ней. Макет всё равно охватывает не целый город, но 115 кварталов северо-восточного Сан-Франциско с разрешением печати в 16 микрон и соответствующим уровнем детализации - это действительно впечатляющий результат. Странно, что об этом никто не написал здесь. Исправлю несправедливость.


Модель разработало творческое агентство “Steelblue”, занимающееся маркетингом крупных строительных объектов, под эгидой компании “Autodesk” по заказу крупной компании-застройщика “Tishman Speyer”. Изготовлен он был в автодесковских «творческих мастерских Pier 9” из фотополимера VeroWhite на двух Objet500 Connex 3D-принтерах с камерой печати 500x400x200 мм. Этот принтер совмещает объёмную камеру и большую скорость печати с очень тонкими слоями, обеспечивая возможность быстрого и точного создания больших деталей или даже нескольких деталей из различных материалов. Но даже на таком оборудовании печать заняла 2 месяца по 5 дней в неделю по 18 часов в день. Общий вес в 68 кг - это вам не шутки. А ведь ещё есть стадия постобработки вручную, примерно 45 минут на квартал.

Трёхмерная модель была создана на основе большого количества разнородных данных. В ход пошли и топографические карты, и трёхмерное сканирование, и фотографии, и архитектурные проекты из архива. В охваченную зону попали многие местные достопримечательности, которые были воссозданы с большим тщанием. Моделирование заняло около 6 лет: с 2008 по 2014. Даже имевшимися в распоряжении разработчика трёхмерными моделями зданий из прежних проектов воспользоваться не вышло: под масштаб 1:1250 и разрешение принтера проще оказалось построить новые, чем упрощать старые. Минимальный размер деталировки соответствует примерно 30 см в реальном мире.

Видео процесса создания

Цель создания этого масштабного объекта - помочь застройщику в градостроительном планировании. Любой блок можно заменить и посмотреть, что получится. Одним из плюсов 3D-печати авторы называют возможность без особого труда поддерживать актуальность модели. Другой плюс - более высокая детализация, скорость производства и низкая стоимость, чем традиционный макет, изготовленный вручную. Главный же смысл создания макета вообще - то, что он позволяет чувствовать пространство так, как сколь угодно реалистичная картинка на экране не поможет. Хотя виртуальной части модели тоже отводится важная роль: работа идёт в ней, а сам макет служит для презентаций.

Кроме собственно модели города (в состоянии на 2017 год, когда кое-какие крупные объекты будут достроены) в комплект входит расположенный под потолком проектор, который и создаёт интерактивную составляющую на любой вкус. Можно наложить на макет будущие линии метро или дороги (даже смоделировать на них поток автотранспорта), можно подписать улицы или отобразить зонирование по какому-то признаку. Можно имитировать движение солнца по небосклону и проследить за зонами тени. Только пределы фантазии ограничивают способы использования подсветки.

Демонстрация возможностей работы с проектором

Оригинал со всем сопутствующим оборудованием и программным обеспечением остаётся у заказчика, “Tishman Speyer”. В копии, которая будет демонстрироваться публике в галерее Autodesk, подсветку планируют встроить в сам стол снизу, для красоты. В “Steelblue” готовы расширять модель новыми кварталами, разрабатывают более функциональный вариант подсветки с несколькими проекторами, а так же хотели бы заняться печатью других городов, но при такой трудоёмкости работ и стоимости в несколько сотен тысяч долларов макет Сан-Франциско пока уникален по охвату территории.

Источники:
Презентация макета на сайте “Autodesk” , там же - отчёт о печати в мастерской „Pier 9“
Рассказ Jeff Mottle, хозяина архитектурного журнала „CGarchitect“, о работе “Steelblue” над этим объектом и дальнейших планах
Собственный сайт главного моделлера этого проекта, Jacob Gubler , там же можно посмотреть похожие, но меньшие по охвату принты Бостона и Манхэттена, а также принт Сан-Франциско из прозрачного материала Veroclear.