Informačné systémy využívajú na ukladanie veľkého množstva dát špecializované aplikácie - databázové systémy, ktoré tieto údaje manažujú a efektívne s nimi narábajú. Niektoré z týchto údajov nie sú všeobecného charakteru, ale vzťahujú sa na určitú lokalitu na Zemi. A práve na zaznamenanie tohto priestorového vzťahu slúžia GISy. Sú to nástroje, pomocou ktorých sa dajú vytvárať a vizuálne prezentovať priestorové dáta (cesty, mestá, oblasti, štáty...) a spájať tieto priestorové prvky so záznamami v databázach. Na takýchto dátach sa následne dajú vykonávať analýzy (trasovanie v cestných sieťach, analýza rizík záplav atď....), ktoré by sa v štandartných relačných databázach bez priestorovej lokalizácie vykonávať nedali. Existuje taktiež množstvo modulov a špecializovaných nástrojov k týmto systémom, ktoré dokážu vytvárať priestorové modely podľa reálneho sveta na základe dostupných informácií.

Nasledujúce ukážky sú vizualizované pomocou GISu ArcINFO 8 Desktop v module ArcSCENE.
Rastrové modely sú vytvorené v prostredí ArcINFO Workstation.
Ide o priestorovú reprezentáciu geodatabázy obsahujúcej údaje Štátneho mapového diela SVM50
( Z - reliéf je násobkom 2 - 3, výšky budov sú odhadované). Modely Bratislavy sú odvodené z mapy 1 : 10 000.

Bratislava	Bratislava	Niekde na Slovensku	Malé Karpaty	Donovaly
Bratislava	Malé Karpaty	Zemplínska Šírava	Nové Mesto nad Váhom	Tatry
50 000 (~300kb)	500 000 (~280kb)	200 000 (~530kb)

Ako sa dostanú klasické 2D mapové prvky do 3D ?
Prvá a najčastejšia možnosť je vektorizácia vrstevníc, priradenie výšky a následné vygenerovanie TIN modelu, DEM modelu alebo ľubovolného rastrového formátu ako napríklad GRID.
Ostatné prvky sa na vygenerovaný povrch uložia.

Druhá možnosť je generovanie výškového modelu z dvojice stereo snímok získaných z diaľkového prieskumu pomocou lietadiel alebo družíc. Princípom je meranie paralaxy na ľavej a pravej snímke, ktorá je závislá od vzdialenosti pozorovateľa - kamery na lietadle alebo družici. Presnosť je síce obmedzená, no pre niektoré aplikácie plne postačuje.

Výškový model územia je týmto postupom vytvorený. Obtiažnejšie je ale určenie výškových pomerov jednotlivých objektov ako sú budovy alebo stožiare. Možnosti sú podobné, ako v predchádzajúcom prípade :
Prvá možnosť je každej budove v 2D mape prideliť výšku alebo počet podlaží ako atribút a ten využiť pri 3D modelovaní jednotlivých domov a objektov (hodnota - EXTRUDE/PREVÝŠENIE v ArcINFO). Výšky budov sa musia zisťovať priamo v teréne alebo z iných zdrojov, čo je dosť obtiažne.

Druhá možnosť je opäť využitie stereo snímok diaľkového prieskumu, no tieto musia byť s dostatočným rozlíšením. Najčastejšie sa používajú letecké snímky, no najnovšie družicové technológie umožnili používať aj satelitné stereo snímky (satelity EROS, IKONOS...) Z dvojice stereo snímok sa dajú pomocou špecializovaných softvérov (napr. od firmy ERDAS) odvodiť rozmery a výšky objektov.

Ako sa priraďujú textúry k budovám? Najideálnejšie by bolo odfotiť zodpovedajúce priečelia domov, no tento postup je pracný a nákladný. Ak využívame na modelovanie domov letecké snímky a je z nich možné približne zamerať textúru aspoň jednej steny domu (obr. hore), softvér túto textúru analyzuje a pokúsi sa podľa nej vytvoriť novú textúru, alebo využije prednastavené vzory textúr a nalepí ich na steny budovy. Toto riešenie je približné, ale je rýchle a automatizované.

Ak sa textúry stien budov nedajú z nejakého dôvodu analyzovať (napr. malé rozlíšenie snímky alebo modelovanie budov z 2D mapy), tak sa textúry môžu vybrať podľa prednastavených vzorov obsiahnutých v príslušnom softvéri. Typ textúry stien sa priradí podľa veľkosti, výšky a pomeru strán budovy (budova > rozmer 10* 40m, výška 20m, pomer 1/4 > pravdepodobne obytný dom, budova > 120*50m, výška 8m, pomer 2,2/1 > hala, sklad...). Ak sú k dispozícii snímky diaľkového prieskumu (aj v malom rozlíšení) je možné pomocou rastrovej analýzy určiť s určitou pravdepodobnosťou materiál striech budov a takto získať ďaľšiu informáciu, ktorá pomôže pri identifikácii objektu. Týmto spôsobom sa dajú zistiť aj materiály ostatných prvkov snímky ako sú cesty, lesy, polia, vodné plochy a taktiež skryté javy ako vlhkosť pôdy, znečistenie, zdravie poľn. rastlín, atď..... Viac o identifikácii zo snímok nájdete TU.

Reliéf územia, tvar miest, domov, vodných plôch, polí, lesov a ich identifikáciu máme vymodelované v 3D priestore.
Teraz už len stačí využiť 3D engine na pohyb v tomto prostredí. Lietanie, chôdza, jazda autom....

Podrobným modelovaním priestoru sa zaoberajú napríklad spoločnosti RapidSite a MultiGen.
RapidSite vytvoril E&S RAPIDsite Producer a MultiGen Site Builder 3D oba produkty ako nadstavbu nad ArcView GIS. Produkty slúžia na texturizáciu jednoduchých 3D modelov a pridávanie reálnych prvkov do prostredia.

Pomocou 3D dát, leteckých alebo satelitných snímok sa vytvorí detailný priestorový model, ktorého odlišnosť od reality je závislá na množstve vstupných dát. Na príkladoch boli lokalizované zo snímok diaľkového prieskumu aj jednotlivé stromy a na základe rastrovej analýzy vo viacerých pásmach boli na príslušné miesta osadené stromy z databanky porastov.
A ako to môže dopadnúť ?

Pekné, pekné, ale treba si uvedomiť, že tieto scény nie sú výsledkom podrobného konštruovania v CAD systémoch, kde sa jedna scéna vytvára dlhý čas (aj keď dopodrobna), ale je to výsledok prevažne poloautomatizovaného modelovania v rozsahu 'ľubovoľných' území na podklade obmedzeného množstva informácií a bez nutnosti byť priamo na mieste. Takže o pár rokov bude naozaj stačiť zopár preletov lietadiel / satelitov a 3D model územia je Váš a môžete si s ním robiť čo chcete.

Potom ešte použiť na modelovanie fraktály, pridať zopár fyzikálnych charakteristík, dynamické objekty, autá, ľudí a pridať im umelú inteligenciu a správanie. A nakoniec LOG-IN a môžete skúšať všetko, čo by Vám v reálnom svete len tak neprešlo. Nepripomína Vám to niečo...?

Kde sa všetok tento balast dá využiť?

MultiGen Paradigm patrí medzi vedúce firmy v oblasti real-time vizuálnych a audio simulácií, virtuálnej reality a vizuálnych aplikácií. Firmou vyvinutý systém VEGA spája pokročilú simulačnú funkcionalitu s jednoducho použiteľnými a sofistikovanými nástrojmi. Systém je rozšíriteľný viacerými modulmi, ktoré ho približujú k reálnemu prostrediu :

Modul LADBM slúži na plynulé zobrazovanie rozsiahlych území. Bežné systémy majú problém zobrazovať veľké celky, ktoré zaberú v pamäti veľa miesta. Pri rozdelení územia na bloky sa pri prechode medzi blokmi objavuje delay efekt spôsobený načítavaním dát do RAM. Modul LADBM tieto efekty eliminuje dynamickým presúvaním počiatku súradnicovej sústavy v priestore podľa polohy pozorovateľa.
Modul CloudScape slúži na real-time 3D renderovanie oblakov, dymových stôp, prachových mrakov, atď... Generácia prebieha na viacerých vlnových dĺžkach (viditeľné, ultrafialové, infračervené). Zohľadnená je slnečná reflexia, transmisia, termálna radiácia... Rendering prebieha plne v 3D pomocou polygónov.
Modul LightLobes je určený na real-time renderovanie svetelných efektov. Podporuje hardvérové svetelné zdroje (slnko, mesiac, uličné lampy) ako aj ľubovoľné množstvo softvérových zdrojov.
Modul Navigation & Signal Lighting ponúka realistické renderovanie navigačných a signálnych svetiel. (pre koho asi? armáda...) Zahŕňa parametre ako svetelnosť, viditeľnosť podľa počasia a vzdialenosti...
Modul AudioWorks 2 umožňuje plynulý 3D waveform processing. Zohľadňuje fyzikálne charakteristiky prostredia a dopplerov posun.

Modulov je k dispozícii samozrejme viac a vznikajú nové. Takže ešte takých pár stoviek a potom to už bude naozaj Realita. Ak by ste si náhodou zmysleli, že si stiahnete Vega-DEMO a následne nejaký ten patch, tak na to asi zabudnite. VEGA je optimalizovaná pre mašinky typu SILICON GRAPHICS Onyx XX a podobne. Jedine, že by...


A nakoniec... čo tak dostať pod kontrolu obraz celej Zeme?
Systém ArcGis 9 obsahuje v rozšírení 3D Analyst aplikáciu ArcGlobe, ktorá umožňuje plynulý prechod z globálneho pohľadu na Zem až po jednotlivé objekty niekde v zabudnutých končinách sveta....
Samozrejme musia byť k dispozícii dáta, ArcGlobe poskytuje len zobrazovací engine. Zobraziť je možno súčasne mnoho rastrových a vektorových formátov v rôznych projekciách, ktoré sú on-the-fly preprojektované pre účely zobrazenia. Je možno pripojiť dáta priamo z internetových serverov a vizualizovať ich s lokálnymi podrobnými dátami.
Engine ArcGlobe umožňuje naprostú voľnosť v pohybe priestorom, vkladanie 3D objektov, skriptovanie pohybu kamery a mnoho symbolizačných funkcíí pre dátové vrstvy.
Zabezpečuje caching dát (predčítanie a indexácia dát), tiling (delenie na bloky za účelom odľahčenia CPU a GPU) a prípadnú rasterizáciu vektorových vrstiev (pre lepšie zobrazenie na povrchu).