Графические технологии в геоинформационных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Графика в землеустроительных системах автоматизированного проектирования и геоинформационных систем (ГИС)

1.1. Общие положения

1.2. Графические технологии

1.3. Графические рабочие станции

Глава 2. Ввод графической информации

2.1 Графические форматы

2.2 Программные средства для векторизации и гибридного редактирования сканированных изображений

2.3 Вывод графической информации

2.4 Создание проекта на базе Object land (с. Доргели схема расположение земельных участков)

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Актуальность темы исследования. Информационное общество, сложившееся в современную эпоху, характеризуется существенным потреблением информационных ресурсов и быстрыми темпами обновления ее содержания.

Темпы жизни стремительно растут, методы получения информации приобретают все индустриальный характер. Для организованного хранения, поиска нужной информации, ее обработки и анализа требуются современные, основанные на компьютерных технологиях, средствах.

С каждым годом информационные потребности человека затрагивают все новые сферы его деятельности. Практически во всех современных отраслях знаний накоплен богатый опыт использования информации, получаемой из многочисленных источников.

Со временем значительная часть информации быстро меняется, и поэтому все труднее становится ее использование в традиционном бумажном виде для принятия управленческих решений, в том числе и в области Государственного земельного кадастра и управления земельными ресурсами. Быстроту получения информации и ее актуальность может гарантировать только автоматизированная система. Поэтому возникла необходимость создания автоматизированной системы, имеющей большое количество графических и тематических баз данных и соединенной с модельными расчетными функциями для преобразования данных в пространственную информацию и последующего принятия управленческих решений.

К таким системам можно отнести и многофункциональную информационную систему, предназначенную для сбора, обработки, моделирования пространственных данных, их отображения и использования при решении расчетных задач, подготовке и принятии решений. Таким образом, основная задача ГИС - формирование знаний о земном шаре, его отдельных территориях, а также обеспечение пространственными данными различных пользователей.

Геоинформационные системы являются классом информационных систем, имеющим свои особенности. Они построены с учетом закономерностей геоинформатики и методов, применяемых в этой науки.

ГИС как интегрированные информационные системы предназначены для решения различных задач науки и производства на основе использования пространственно-локализованных данных об объектах и явлениях природы и общества. Неразрывно с ГИС связаны и геоинформационные технологии.

Геоинформационные технологии можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений.

Предмет исследования - теоретические и практические аспекты применения графических технологий ГИС.

Цель исследования - изучить графические технологии в геоинформационных системах.

Обозначенная цель обусловила постановку следующих задач:

- рассмотреть общие положения;

-рассмотреть графические технологии;

- рассмотреть графические рабочие станции;

- определить ввод графической информации;

Курсовой проект состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.

Список литературы содержит перечень научных источников, использованных при написании курсового проекта



Глава 1. Графика в землеустроительных системах автоматизированного проектирования и геоинформационных систем (ГИС)

1.1 Общие положения

В землеустроительном проектировании все шире используются методы графического компьютерного проектирования. При этом технология работ (рис. 1) независимо от применяемых программных средств состоит из следующих главных элементов:

- ввод планового материала объекта землеустройства в компьютер;

- редактирование введенного изображения с целью получения хорошего растра;

- цифрование растра с вводом семантики по слоям; получение интегрированных или преобразованных слоев; вывод на экран или принтер необходимой информации по объекту (например, изображение объекта, его характеристики, площади контуров, семантическая информация и т. д.);

- редактирование оцифрованных объектов (например, изменение внешних границ объектов, полей, севооборотов, трансформация угодий и т. д.).

Ввод изображения объекта производится по стандартным программам посредством сканера, дигитайзера или цифровой фотокамеры. Редактирование изображений проводится в таких программах, как Microsoft Paint, Imaging, Adobe Photoshop и др.

Оцифровку осуществляют с помощью Map Info, AutoCAD, MicroStation, WinGis, Easy Trace и др., на основе которых выполняется и само проектирование. Эти программы позволяют автоматически рассчитывать площади контуров, изменять их границы и перевычислять площади, длины линий, площади групп контуров, составлять экспликации, проводить зонирование по необходимым признакам и многое другое.



1.2. Графические технологии

Сегодня большая часть выпускаемых персональных компьютеров оснащается средствами для работы с 3D-графикой. Операции по преобразованию аналогового видеосигнала в понятную для компьютера цифровую форму предъявляют весьма серьезные требования к производительности процессора и графической платы.

Воспроизведение на ПК видеоинформации становится теперь более насущной задачей, чем работа с трехмерной графикой.

Технология обработки трехмерной графики. Процесс обработки трехмерной графики складывается из 4 этапов: расчета преобразований (transfrom), освещения (lighting), геометрической обработки (setup) и рендеринга (rendering).

На этапе расчета преобразований система выполняет математические вычисления, результаты которых используются для визуализации преобразований (движений) объектов.

Параметры освещения определяют освещенность сцены и расположенных на ней объектов (освещение -- это геометрическое расположение источников света). Затем текстурным изображениям назначаются координаты и объекты, которые представляются в виде множества треугольников и наборов координат вершин; после этого полученные данные передаются для геометрической обработки.

Этап геометрической обработки -- это процесс, в ходе которого координаты вершин, полученные на стадиях расчета преобразований и освещения, превращаются в форматы данных, используемые при формировании пикселей.

Наконец, на этапе рендеринга генерируются и передаются в буфер кадров пиксели необходимых цветов с учетом соответствующей затененности.

Сглаживание и кинематические эффекты. Одна из главных целей разработчиков 3D-технологий -- обеспечить сглаживание изображения в масштабах всей сцены с помощью аппаратных средств ускорения. Такое явление, как ступенчатость воспроизводимых пространственных объектов, возникает, когда устройство отображения получает больше информации об объекте, чем в состоянии обработать. В результате вдоль границ, разделяющих многоугольники разных цветов, появляются зазубрины, наклонные линии становятся ступенчатыми. При сглаживании соседние пиксели смешиваются, что позволяет создавать плавные переходы.

Еще одна методика, разработанная специалистами Silicon Graphics, состоит в использовании так называемых буферов накопления (accumulation buffers). Когда несколько буферов заполняются, графическая микросхема выполняет сопряжение их содержимого, что позволяет придать изображению лучший вид.

Недавно фирма 3dfx ввела метод T-Bufler, который заключается в полноэкранном сглаживании. Эта технология позволяет использовать разнообразные кинематические эффекты, в том числе глубины резкости (depth of field) и размытости движущегося изображения (motion blur).

Отображение рельефности поверхностей (bump mapping). Этот прием состоит в наложении на объект специальной текстуры (bump map), в результате чего его поверхность выглядит более реалистично. Существует несколько способов его реализации, в том числе тиснение (emboss), рельефное отображение путем обработки точек (dot-product) и с помощью текстурных карт элементов сцены (environment-mapped bump mapping, EMBM).

Метод тиснения позволяет добиваться желаемой реалистичности изображения путем смещения текстур и не требует значительных ресурсов.

ЕМВМ -- одна из технологий проработки деталей, реализованных в наборе расширений Direct X 6.0 и более поздних версий. При использовании этого метода поверхности, на которые свет падает под острым углом, отображаются корректно; кроме того, свет может быть полихроматическим.

Сжатие текстур. Повысить реалистичность отображения объектов можно и по-иному -- используя текстуры с более высоким разрешением. Для сжатия текстур используется технология S3TC, благодаря которой 32-битная текстура размером 1024 х 1024 точек, для хранения которой обычно требуется 3 Мб памяти, умещается в 524 Кб.

Расчет преобразований и освещения. Недавно был запущен в производство разработанный фирмой nVidia модуль графической обработки GeForce. Рендеринг требует значительных вычислительных ресурсов, а пользователи хотят видеть реалистичные детали, а не имитации.

В рамках 3D-графики есть только один путь решения этой задачи: увеличить число многоугольников, из которых состоит изображение. Но для того чтобы воспроизводить сцены с увеличенным числом многоугольников, нужно избавить центральный процессор от обработки данных трехмерной графики. Эту задачу может выполнять акселератор -- например новые микросхемы фирм nVidia и S3, позволяющие выполнять обработку T&L вычислений в 3 раза быстрее, чем процессор Pentium III с частотой 500 мГц. А если учесть, что наряду с обработкой графики у ЦП всегда есть и другая работа, его высвобождение позволяет увеличить число многоугольников в сцене примерно в 10 раз.

1.3 Графические рабочие станции

При комплектации рабочего места оператора САЗПР прежде всего возникает вопрос об аппаратных ресурсах графических станций. Современное программное обеспечение предъявляет к ним достаточно жесткие требования. Чтобы достичь максимальной производительности, необходим не только самый мощный на сегодняшний день процессор, но и высокие характеристики еще целого ряда подсистем. При работе с большинством САПР графическая станция производит три основных операции; рассмотрим их по порядку.

1. Загрузка ядра и модулей системы. Все существующие САПР (.AutoCAD, archiCAD и др.) представляют собой структуры модулей, каждый из которых реализует ту или иную функцию. Чем больше модулей задействует пользователь, тем интенсивнее осуществляется обмен данными между жестким диском, оперативной памятью и процессором. Поэтому скорость работы станции напрямую зависит от пропускной способности системной шины.

2. Многократный пересчет геометрических изменений модели; время, требуемое для этих операций, зависит от размера модели, которая может занимать десятки и сотни мегабайт дискового пространства. При пересчете модель «заканчивается» в оперативную память и постепенно пересчитывается процессором; здесь производительность графической станции в основном зависит от мощности процессора.

3. Визуализация модели. Требование сегодняшнего дня -- трехмерное представление модели в цвете и возможность манипулирования ею в режиме реального времени. Скорость этой работы в основном зависит от мощности графического ускорителя и пропускной способности шины, связывающей его с оперативной памятью.

Если обобщить указанные требования, можно сказать, что для любой графической станции важен прежде всего выбор процессора, графической и дисковой подсистем, графической и системной шин.

Традиционно лидерами среди производителей рабочих станций считаются SUN, SGI и DEC. В данное время (осень 2001 г.) это машины на базе Intel Pentium III, MIPS RISC процессоров, использующие операционные системы UNIX, Microsoft Windows NT/2000, Red Hat Linux. Их возможности определяются программным обеспечением, разработанным для данных платформ. Цена таких графических станций всегда была довольно высока.

В качестве альтернативного варианта можно использовать обычные персональные компьютеры с одним или несколькими процессорами Pentium III и мощной графической подсистемой. Такие станции несколько проигрывают в вычислительной мощности и не всегда обеспечивают достаточную производительность для решения особо сложных графических задач, однако имеют огромное преимущество в числе доступных приложений (поскольку используют «массовые» операционные системы Windows 9х, Windows NT/2000). Кроме того, их отличает не только гораздо более низкая цена, но и лучшее соотношение цена/производительность.

Среди множества графических подсистем можно выделить профессиональные графические ускорители ELSA, в том числе ELSA GLoria-Synergy, GLoria-L, GLoria-L/MX, GLoria-XL, GLoria-XXL, предназначенные для систем трехмерного моделирования и визуализации. Графические процессоры, стоящие на платах ELSA, те же, что на продуктах других поставщиков, но по результатам многочисленных тестов именно контроллеры ELSA оказались самыми быстрыми и надежными. Дело тут как в качестве изготовления (графы плат производятся на заводах в Европе и имеют защищенное качество), так и в собственных схемотехнических решениях, широком спектре драйверов, утилит и инструментальных средств. В своих платах фирма использует специализированный графический процессор серии Glint производства 3D Labs. При выводе на экран трехмерной модели производится растеризация -- построение растрового изображения на основе информации о модели. Именно этот процесс нуждается в наибольшей аппаратной поддержке. Кроме того, на графической плате должен быть геометрический процессор, манипулирующий трехмерными объектами. Необходимо обеспечить двойную буферизацию видеопамяти для хранения информации о третьей координате для каждой точки изображения (пикселе) Z-буфера и информации о текстурах. Увеличение информации о текстурах вызывает уменьшение видеопамяти, что снижает разрешение и глубину цвета, поэтому в моделях ELSA GLoria-L, ELSA GLoria-L/MX, ELSA GLoria-XL/XXL имеется раздельная видео- и 3D -память. Необходимое условие качественной визуализации -- высокое разрешение и поддержка режимов TrueColor/HighColor. Еще одна задача, которая была решена разработчиками фирмы ELSA, -- сделать контроллеры GLoria пригодными для широкого круга приложений. Для этого контроллеры поддерживают интерфейс OpenGL, позволяющий эффективно работать с такими 3D-системами, как AutoCAD, Autodesk Inventor, Autodesk Mechanical Desktop, 3D Studio MAX/VIZ, и многими другими; имеется специальный HEIDI- драйвер для работы с программами 3D Studio МАХ/ VIZ и AutoCAD 2000.

Значительную долю общей производительности графической станции составляет производительность дисковой подсистемы (комплекса, состоящего из контроллера жесткого диска, интерфейса и самого диска). На сегодняшний день в основном используются два типа интерфейса -- SCSI (по-русски читается «скази») и UltraATA. Преимущества SCSI -- гибкость, универсальность, каскадируемость, возможность подключения до восьми устройств (дополнительные винчестеры, CD-ROM, сканеры и т.д.), помехоустойчивость и самая высокая скорость передачи данных (до 1600 Мб/с). Однако из-за дороговизны самого интерфейса и соответствующих устройств его нужно применять исключительно в тех случаях, когда это действительно необходимо. Стандарт UltraATA обеспечивает меньшую скорость передачи данных (до 66 Мб/с) и нагрузку до 4 устройств, но зато гораздо дешевле. Что касается объема жесткого диска, то здесь критерий один -- чем больше, тем лучше. Помимо графических модулей, которые требуют достаточно большого объема дискового пространства, сами проекты трехмерных моделей порой занимают сотни мегабайт на винчестере.

Немаловажное значение имеет также объем оперативной памяти. При работе с 3.D-графикой он должен быть достаточно большим (от 128 до 512 Мб), чтобы не снизить производительность всей системы. Хотя в современных операционных системах нехватка физической памяти компенсируется так называемой виртуальной памятью, которая автоматически выделяется на дисковом накопителе, операции переброски данных на жесткий диск и обратно сильно снижают производительность всей системы.



Глава 2. Ввод графической информации

2.1 Графические форматы

При создании нового проекта часто возникает проблема использования уже накопленной архивной документации. На сегодняшний день широко используются два основных способа ввода графической информации -- ручной и автоматизированный.

Ручной ввод осуществляется при помощи дигитайзера (рис.2) -- устройства, напоминающего кульман. Это «электронная доска», имеющая стандартный формат (от А4 до А0), а вместо рейсшины с карандашом -- устройство указания (курсор). Последний представляет собой небольшую панель с кнопками и визиром, имеющим электромагнитную связь с полем дигитайзера. При помощи такого устройства можно как «скалывать» старые чертежи, так и создавать новые. Существуют различные типы дигитайзеров: с подсветкой рабочего поля, со стандартным полем, с прозрачным полем. Курсоры также имеют различные формы и выпускаются с 4, 16 и более кнопками.

Точность дигитайзеров колеблется от сотых до десятых долей миллиметра. Точная «сколка» может применяться при различных работах, в том числе в землеустроительной картографии. Принято считать, что основную погрешность при ручной оцифровке вносит оператор (приблизительно 0,5 мм). Эту погрешность пытаются снизить, применяя специальные средства (увеличительные линзы-насадки на визир курсора, подсветку рабочего поля при помощи специального короба с флуоресцентными лампами, специальные курсоры с подсветкой визира). Существуют также дигитайзеры с пером, чувствительным к нажиму, подобным обычному карандашу (чем сильнее нажим, тем толще линия). Их обычно используют художники-дизайнеры при создании эскизов.

Существует несколько типов сканеров -- ручные, планшетные, барабанные и протяжные. Ручные сканеры непригодны для профессиональной работы ввиду малой точности и низкой производительности. Планшетные сканеры небольшого формата (обычно от А4 до А3) используются для ввода в компьютер текстовой (пояснительные записки и т. п.) и графической информации -- небольших схем, фотографий, слайдов (при наличии слайд-адаптера). Планшетные сканеры большого формата применяют в полиграфии высокого уровня; стоят они очень дорого (сотни тысяч долларов). Барабанные сканеры также используются в полиграфии, а также там, где требуется повышенная точность ввода (например, в картографии). Их главный недостаток -- большое время сканирования. Для ввода чертежной документации сейчас все чаще используют протяжные сканеры; они имеют лучшее на сегодняшний день соотношение цена/производительность. Точность таких устройств вполне достаточна для многих приложений.

Сам принцип сканирования основан на преобразовании обычного изображения в растровую форму (то есть его представлении в виде большого числа точек). После сканирования для последующей работы часто бывает необходимо растровую информацию преобразовать в векторную (набор линий). Для этого используют специальные программы -- векторизаторы.

Основные характеристики сканеров -- разрешение (оптическое и программное), точность, наличие адаптивного порога, типы выходных файлов. Для цветных сканеров важны также глубина цвета и динамический диапазон.

Разрешение сканера показывает, каким количеством точек на дюйм (dot per inch, dpi) будет описываться изображение. Следует различать оптическое разрешение, определяемое качеством оптики (считывающей камеры) сканера, и программное, которое превышает оптическое в 1,5--2 раза, что достигается путем добавления к «считанным» точкам дополнительных. Это позволяет получать сглаженные линии и плавные переходы при сканировании полутоновых изображений.

Точность сканера во многом определяется механизмом считывания информации и измеряется в процентах от длины заданного отрезка.

Наличие адаптивного порога позволяет сканировать сильно загрязненные материалы, в том числе синьки, выделяя полезную информацию. Этим параметром обладают протяжные широкоформатные сканеры компаний CONTEX и VIDAR. Так, сканеры серии FSC имеют формат АО, максимальную ширину бумаги 1016 мм (40"), максимальную ширину поля сканирования 914 мм (36"); длина не ограничена. Сканируется 24 бита RGB, 8/4 bit Paletted color. Простая цветовая калибровка осуществляется с помощью стандартных таблиц ANSI IT8, допускается автоматическое или ручное построение цветовой палитры, встроенный модуль JetStream (кроме модели 3010) обеспечивает высококачественное копирование на цветной плоттер в процессе сканирования. Копирующие сканеры имеют дополнительные возможности прямого копирования на плоттер (репрография).

Все современные модели сканеров имеют в комплекте поставки очень развитое программное обеспечение, позволяющее получать выходные файлы самых различных растровых форматов -- TIFF, PCX, JPEG, GIF и др. Их используют в зависимости от целевого назначения файла. Если нужно сохранять растровые изображения с компрессией и практически без потери качества, лучше всего подходит формат TIFF.

Глубина цвета характеризует максимальное число оттенков, которое может передавать сканер. Единицей измерения здесь служит количество бит цветовой информации на точку растрового изображения; обычно это 24, 36 или 48 бит (глаз человека может воспринимать около 17 млн цветов, что соответствует глубине цвета 24 бит).

Динамический диапазон сканера определяет качество воспроизведения ярких элементов и различимость деталей в темных участках изображения.

При сравнении указанных способов оцифровки следует учитывать, что хотя ввод с дигитайзера достаточно трудоемок и требует кропотливого труда квалифицированного специалиста, пока он не может быть полностью заменен автоматизированным. Основные достоинства ручной оцифровки:

- получение выходной информации сразу в векторной форме, пригодной для использования в системах CAD. Объем получаемых файлов небольшой (порядка 2 Мб на лист формата А0), что существенно снижает требования к ресурсам компьютера и удешевляет систему в целом;

- максимально высокая точность оцифровки; возможность расслоения изображения по цветам (монохромные сканеры этого не делают, цветные широкоформатные сканеры пока еще очень дороги);

- возможность качественной оцифровки плохо сохранившихся или сильно загрязненных документов;

- низкая стоимость дигитайзеров (по сравнению с широкоформатными сканерами), что делает их применение во многих случаях экономически более эффективным (если объемы работ по оцифровке невелики).

Преимущества автоматизированной оцифровки (с помощью сканера):

- возможность ввода самой сложной графической информации (слайды, фотографии и т.д.);

- высокая скорость ввода информации, позволяющая работать с большими бумажными архивами (тысячами, десятками тысяч единиц хранения) в картографии, машиностроении, строительстве.

Необходимо учитывать, что технологический процесс автоматической оцифровки и последующей векторизации требует участия квалифицированных специалистов, обученных работе как на сканере, так и с векторизаторами, а также больших компьютерных ресурсов (объем одного монохромного файла при оцифровке документа формата А0 может достигать нескольких десятков мегабайт, цветного -- на порядок выше). При организации архива растровой документации встает задача хранения и оперативного доступа к электронным библиотекам, общий объем которых может достигать сотен гигабайт.



2.1 Графические форматы

Фильтры, используемые в различных графических программах для экспорта и импорта файлов, столь же многочисленны, как и форматы файлов. Все они делятся на векторные и растровые. Среди представленных в табл. 1 форматов к векторным относятся DXF, WMF и EPS, остальные -- растровые (формат EPS может содержать «вставки» растровой информации).

Основные графические форматы

Формат AI. Программа Corel Draw содержит фильтр, позволяющий импортировать и экспортировать файлы в формате графического редактора Adobe Illustrator. При сохранении изображений в формате AI нужно в окне Export Adobe Illustrator использовать опцию Curves, содержащуюся в нижней части диалогового окна. Линии, заканчивающиеся стрелками, воспринимаются Adobe Illustrator как состоящие из двух объектов -- самой линии и стрелки.

Орнаменты в формате PostScript, которыми заполнены исходные объекты, воспринимаются в Adobe Illustrator как серый фон; растрирования графика в формате Bitmap вообще не воспринимается фильтром экспорта.

Формат AI обычно используют при работе на компьютерах Apple Macintosh.

Формат BMP. Этот формат -- «родной» для операционной системы Windows. В этом формате, в частности, записываются картинки, используемые в качестве подложки экрана.

Формат DXF. С помощью фильтра DXF возможен обмен графическими файлами между Corel Draw и AutoCAD. Основную проблему при обмене данными и файлами между обеими программами представляют размер файла и единицы измерения исходного объекта. AutoCAD -- значительно более мощный графический пакет, чем Corel Draw.

Максимальный размер объекта в Corel Draw -- 760 х 760 мм. Поэтому при импорте изображения объекта, когда в единицах измерения AutoCAD задан, например, его диаметр 1 м, Corel Draw автоматически обрежет его до своего максимально возможного размера.

Формат EPS. Corel Draw позволяет производить обмен данными и в этом формате, опирающемся на специальный язык программирования PostScript, разработанный фирмой Adobe. Файлы в формате EPS позволяют сочетать текст и растрированную графику; их читают практически все программы, даже созданные под Apple Macintosh.

Формат HPGL. Многие программы воспринимают информацию в формате языка управления плоттерами HPGL.

Прежде чем вывести изображение на плоттер, необходимо сохранить его в файле с расширением .pit.

Формат PCX -- один из наиболее распространенных для растрированной графики. С этим форматом работает, в частности, Corel Photo Paint, входящая в программный пакет фирмы Corel. Задав команду Export и определив в качестве выходного формата PCX, вы вызовете на экран диалоговое поле Bitmap Export.

В полях выбора Color и Greyscale задается тип изображения на выходе цветной или с оттенками серого.

Формат TIFF -- самый распространенный из растровых форматов. Изначально был разработан для черно-белых сканируемых изображений, в дальнейшем усовершенствован и вполне пригоден для цветных рисунков. Наиболее важным параметром при экспорте изображений в этот формат является степень разрешения, задаваемая в поле Resolution.

Чем выше степень разрешения -- 300dpi, 600 dpi и т.д., тем меньше размер растровой точки и соответственно тем выше качество передачи изображения. Графические объекты, импортированные в Corel Draw из формата TIFF, сохраняют свой формат и выводятся на экран как растровое изображение.

Формат WMF. Это специальный формат, разработанный фирмой Microsoft для обмена графическими векторными файлами в среде Windows.

Формат GIF обычно используется для передачи растровых изображений в сети Internet. Неплохо передает изображение, но допускает глубину цвета лишь в 8 бит.

Формат JPEG также предназначен в основном для Internet. В отличие от формата GIF сохраняет всю информацию о цвете, ис

пользует очень мощный алгоритм сжатия, нередко позволяющий сократить объем файла в десятки раз без критического снижения видимого качества изображения.

2.2 Программные средства для векторизации и гибридного редактирования сканированных изображений

При организации автоматизированных рабочих мест для решения проектно-конструкторских, картографических, геоинформационных или землеустроительных задач практически любая фирма сталкивается с проблемой использования в системе автоматизированного проектирования многолетних наработок, хранящихся в виде бумажных, фото- или слайдовых архивов. При наличии сканера не составляет особого труда любой такой документ перевести в электронный вид. В результате будет получен файл с описанием изображения в одном из растровых форматов; постепенно можно создать электронную версию всего архива и в дальнейшем полностью перейти к системе электронного документооборота и хранения информации.

Для проектировщика или конструктора в первую очередь важна возможность дальнейшей работы со сканированным изображением и использования его в новых проектах. Традиционные растровые редакторы, такие, как Corel Photo-Paint или Adobe Photoshop, совершенно не годятся для этих целей, ибо предназначены для создания художественных изображений. Для работы с растровыми электронными копиями инженерно-технических, геоинформационных или картографических чертежных материалов необходимы специализированные программы -- векторизаторы и гибридные (растрово-векторные) редакторы.

Векторизаторы предназначены для преобразования сканированных растровых изображений в векторные, после чего для работы с ними можно использовать традиционные системы САПР, ГИС и картографии.

Гибридные редакторы позволяют (в случае необходимости) осуществлять векторизацию, а также непосредственно редактировать растровые, векторные и гибридные чертежи. Заметим, что само понятие САПР или ГИС прежде всегда ассоциировалось с векторной графикой. С появлением гибридных редакторов фактически возникло новое понятие -- растрово-векторных САПР и ГИС. Гибридные редакторы незаменимы в тех случаях, когда при редактировании сканированного изображения необходима частичная векторизация или когда она вообще не требуется. Это очень важно, поскольку любая векторизация требует значительных затрат времени для визуального контроля результатов и корректировки возникающих ошибок.

Названные программы могут функционировать как самостоятельные системы или как надстройки (приложения) к проектным системам высокого уровня. В первом случае они используют собственный формат данных и включают весь необходимый набор инструментов для работы со сканированными изображениями. Результаты работы при необходимости могут экспортироваться для дальнейшего редактирования в системы САПР, ГИС и картографии. Такие гибридные редакторы в ряде случаев могут быть альтернативой традиционным проектным системам, хотя пока в плане возможностей векторного редактирования они значительно слабее.

Программные надстройки к традиционным проектным системам, по сути, позволяют превратить их (например, AutoCAD) в мощный растрово-векторный редактор. Тем самым пользователю становится доступным неизмеримо больший набор средств векторного редактирования.

Существуют как универсальные, так и узкоспециализированные программы векторизации и гибридного редактирования; далее перечислены наиболее известные из них.

Vecrory5.1. Система (разработка Consistent Software) автоматического преобразования полученных в результате сканирования растровых изображений (чертежей, схем, карт, планов и т.д.) и их фрагментов произвольной формы в векторные чертежи. Полученные в результате векторизации данные можно экспортировать в такие проектные системы, как AutoCAD, AutoCAD Map, Caddy и др., поддерживающие формат DXF. Векторизатор универсального применения.

Spotlight Pro 3.1. Гибридный (растрово-векторный) редактор (разработка той же фирмы), предоставляющий все инструменты для работы с отсканированными документами практически любого формата. Обеспечивает работу с растровыми и векторными объектами на одном чертеже; преобразование растрового изображения в векторные форматы САПР производится по мере необходимости. Векторные объекты импортируются в программу и экспортируются из нее в файлы различных систем САПР, ГИС и картографии. Система универсального применения.

Spotlight 3.1. Упрощенная версия пакета Spotlight Pro. Отсутствуют модуль автоматической векторизации и программа расслаивания цветных изображений Color Image Processor.

RasterDesk Pro 3.2/2000. Гибридный редактор, представляет собой версию Spotlight Pro, функционирующую в среде AutoCAD R14/ 2000(0 и AutoCAD Map R2, R3/2000(i).

RasterDesk 3.2/2000. Версия Spotlight, функционирующая в среде AutoCAD R14/2000(i) и AutoCAD Map R2, R3/2000(i).

RasterDesk Pro LT 98/2000. Версия RasterDesk Pro, функционирующая совместно с AutoCAD LT98/2000(i), поставляемая в комплекте с этой программой.

RasterDesk LT 98/2000. Версия RasterDesk, функционирующая совместно с AutoCAD LT98/2000(i), поставляется в комплекте с ней.

Autodesk CAD Overlay 2000/2000L Эта система (разработка Autodesk) предназначена для редактирования и векторизации сканированных растровых изображений в среде AutoCAD 2000(i), AutoCAD Map 2000(i). Превращает указанные программы в мощный гибридный (растрово-векторный) редактор. Преобразование растрового изображения в векторный формат производится по мере необходимости.

Autodesk CAD Overlay R14.01. Предназначен для редактирования и векторизации сканированных растровых изображений в среде AutoCAD R14, AutoCAD Map R2/R3. Используется как автономная надстройка к AutoCAD или интегрируется с пакетами Civil Survey Complete, Terrain Modeling Suite

2.3. Вывод графической информации

Результатом работы многих пакетов САПР является комплект конструкторской и технической документации, в которых различные графические материалы (чертежи, схемы, графики, диаграммы и т. д.) составляют весьма значительную часть. Для вывода графической документации на твердые широкоформатные носители (бумагу, кальку, пленку) используют плоттеры. Обычные принтеры пригодны для печати только малоформатной документации (текстовые документы, небольшие чертежи, схемы формата А4, максимум АЗ).

По принципу построения изображения различают векторные (перьевые) и растровые плоттеры. В векторных плоттерах пишущие элементы (напоминающие обыкновенные канцелярские ручки, рапидографы, фломастеры) перемещаются относительно носителя в заданном направлении и рисуют линии: прямые, окружности и т. д. В растровых плоттерах изображение формируется построчно и последовательно (строка за строкой), при этом направление вывода изображения постоянно и неизменно (обычные принтеры также являются растровыми устройствами).

Из-за низкой производительности векторных плоттеров (их динамические характеристики достигли своего предела, и дальнейшее улучшение вряд ли возможно) практически все известные фирмы прекратили их выпуск. Тем не менее этот тип плоттеров может потребоваться в высокоточных производствах (их точность выше, чем у растровых плоттеров) и там, где по ряду обстоятельств без них нельзя обойтись (например, в швейной промышленности). Поэтому фирма MUTOH и некоторые другие продолжают производство перьевых плоттеров.

Не так давно на базе перьевых плоттеров были созданы устройства, в которых пишущий узел был заменен на режущий инструмент, -- так называемые «каттеры». Их используют при изготовлении вывесок, указателей, дорожных знаков и т. п. Каттеры различаются по ширине обработки и типу используемого ножа, работают с широким диапазоном самоклеящихся виниловых пленок на подложке толщиной от 0,05 до 1,2 мм. Характеристики каттеров близки к параметрам перьевых плоттеров, однако точность и скорость резки по сравнению с пером ниже и зависят от типа используемой пленки.

Среди растровых плоттеров (электростатических, лазерных, термовосковых и с использованием термопереноса) особо выделяются устройства со струйной технологией печати.

Такие плоттеры приближаются к принтерам, а по ряду характеристик и к полиграфическому оборудованию, что позволяет их применять не только в САПР, но и в рекламном деле, а также при производстве картографической продукции.

У них наилучшие на сегодняшний день показатели по соотношению цена/производительность/качество, и этот разрыв с каждым днем увеличивается. Струйные плоттеры предоставляют новые возможности для САПР, а при выводе чертежей, карт и схем повышенной сложности, насыщенных цветными элементами, намного опережают перьевые.

Печатающая система этих устройств состоит из картриджей, заполненных чернилами (1 картридж в монохромных моделях, от 4 до 6 в цветных), и струйной головки. Последняя представляет собой матрицу из мельчайших сопел, через которые капельки чернил «выстреливаются» на носитель. Существует два основных типа струйной печати: термопечать и пьезоэлектрическая. При термопечати используется нагревательный элемент в каждом сопле, который, разогревая чернила, образует пузырек пара, выталкивающий их наружу.

Для пьезоэлектрической печати используется пьезокристалл, который под воздействием электрического тока меняет свою форму, выбрасывая чернила на носитель. Недостаток первого способа печати -- появление с основной каплей чернил ее мельчайших спутников, что не позволяет добиться высокого разрешения (максимум 720 dpi). При использовании второго способа печатающая головка «выстреливает» четко сформированными холодными капельками чернил, что позволяет достичь высококачественного изображения (до 1440 dpi). Последняя из описанных технологий является достаточно дорогостоящей и применяется там, где необходимо показать много мельчайших элементов изображения. Кроме того, печать с высоким разрешением (больше 300 dpi) пока еще очень медленна (так, печать фотореалистичного изображения на струйном плоттере EPSON StylusColor 3000 формата А2 с разрешением 1440 dpi занимает приблизительно 50 мин). При выводе на печать чертежей САПР увеличение разрешения сверх 300 dpi не приводит к видимым улучшениям качества печати. В рекламной индустрии при изготовлении плакатов, вывесок и т. п. повышение разрешения также не ведет к ощутимым результатам (с учетом того, что они рассматриваются, как правило, с расстояния не ближе 1 м). Поэтому оптимальным способом для струйной широкоформатной цветной печати на сегодняшний день можно считать термопечать с разрешением 300 dpi.

Следует помнить, что для нормального качества печати необходимо иметь на плоттере струйную систему с раздельными картриджами (струйными головками) -- только такие плоттеры способны обеспечить воспроизведение полноцветного изображения (например, серия плоттеров ENCAD NovaJet, CROMA, ОСЕ Graphics). Плоттеры с совмещенной струйной системой (такие, как ENCAD CadJet2) предназначены для выпуска чертежной документации и намного дешевле.

Большое влияние на скорость и себестоимость печати оказывает применение вместо одноразовых картриджей системы непрерывной подачи чернил. В ней используются резервуары большой емкости (обычно по 500 мл для каждого цвета), краска из которых по гибким тонким трубкам поступает в струйную головку. Система крепится снаружи или является встроенной (у плоттеров ENCAD NovaJet Pro). Удобство ее заключается в том, что если во время печати заканчиваются чернила какого-либо из четырех цветов, можно, не останавливая печать, залить в резервуар новую порцию и тем самым избежать брака. Кроме того, затраты на чернила снижаются примерно в 2--3 раза (за счет более низкой стоимости чернил и более экономного их расхода).

Чернила, используемые в струйной технологии, разделяются на два класса: стандартные и с защитой от ультрафиолета и влаги. Первые не выдерживают воздействия окружающей среды и подлежат обязательному ламинированию. Их достоинства -- более низкая цена, яркость и насыщенность красок. Второй класс чернил отличает то, что в их составе вместо растворенного жидкого красителя применяются твердые красители в виде взвеси крошечных частиц в жидкой среде. Пигментные частицы выцветают медленнее, чем обычные красители, кроме того, они достаточно устойчивы к воздействию воды, поскольку не растворяются в ней.

Большинство современных плоттеров оснащены рулонной подачей носителя. Без нее невозможна печать протяженных изображений, она также позволяет снизить эксплуатационные расходы и повысить производительность устройства. Не расходуется время на заправку листов бумаги, что особенно затруднительно в плоттерах с барабанной подачей носителя (например, во всех плоттерах компании Hewlett Packard). Автоматический нож выполняет обрезку в нужном месте.

Другие параметры струйных плоттеров (объем памяти, наличие различных систем команд, автоопределение форматов данных и т.д.) важны только при печати чертежей из пакетов САПР.

При выводе на печать полноцветных растровых изображений их значимость снижается из-за необходимости работать с растризаторами (RIP). Чтобы уяснить это различие, рассмотрим основные способы вывода файла на печать.

Печать через стандартные векторные драйверы (наиболее распространенная технология работы) позволяет при выводе векторной графики легко получить требуемый цвет, используя встроенную в плоттер стандартную цветовую палитру (обычно можно делать выборку 16 цветов из 256). Ее недостатки:

- при увеличении объемов файлов до уровня в несколько мегабайт требуется расширение памяти плоттера;

- по мере роста сложности графики очень быстро исчерпываются возможности встроенного в плоттер интерпретатора векторного языка по объему файла и по количеству векторов (расширение памяти здесь уже не спасает);

- нельзя печатать растрово-векторную графику (например, карту с растровой подложкой);

- время подготовки файла к печати по мере роста объема файла быстро растет и может достигать 1--2 ч.

Печать через стандартные растровые драйверы дает возможность:

- выводить файлы любого размера;

- печатать смешанную (растрово-векторную) графику.

Недостатки:

-практически невозможно получить правильную цветопередачу -- на экране монитора видны одни цвета, а на плоттере получаются совсем другие;

- время подготовки файла к печати по мере увеличения его объема быстро растет и может составлять несколько часов;

- примитивное растрирование не позволяет получать хорошее заполнение полигонов;

- нельзя достичь фотореалистического качества (не хватает глубины цвета и четкости в мелких деталях).

Печать с использованием встроенного в плоттер интерпретатора PostScript Level2 имеет следующие достоинства:

- существенно выше качество печати по сравнению с работой через стандартные драйверы;

- можно работать как с векторной, так и с растровой графикой. Недостатки:

- требуется расширение памяти;

- имеются ограничения по объему обрабатываемого файла (даже при максимальном расширении памяти);

- имеются ограничения по алгоритмам растеризации, причем их невозможно модернизировать;

- отсутствует возможность работы с таблицами настройки цветов;

- невозможна модернизация по скорости обработки.

Печать через программный R/P PostScript Level 2: позволяет выводить файлы практически любой сложности, снимаются ограничения по их объему;

- позволяет применять цветокалибровку для устранения искажений цветопередачи;

- ускоряет процесс подготовки файлов на печать (иногда в несколько раз), особенно если RIP содержит не эмулятор языка PostScript, а его истинную реализацию;

- позволяет выполнять растяжку изображения без ограничения размеров, автоматически разбивая его на фрагменты, соответствующие формату плоттера, с дальнейшей склейкой в единое целое;

- допускает растрово-векторное редактирование изображения, сочетая многие функции CorelDraw и PhotoShop (такие интегрированные функции экономят время на экспортно-импортных файловых операциях).

Таким образом, программные RIP становятся необходимым элементом плоттерных технологий, важным средством повышения производительности и качества работы плоттеров.

2.4 Создание проекта на базе Object land (с. Доргели схема расположение земельных участков)

Геоинформационная система ObjectLand (производитель Россия, г. Таганрог) предназначена для использования в областях, связанных с совместной обработкой пространственной и табличной информации. Совокупность такой информации, описывающей некоторую территорию и расположенные на ней объекты, называют геоинформационной базой данных (ГБД).

Для проведения локальной установки необходимо запустить исполняемый файл (с расширением *.exe). В процессе установки ObjectLand от пользователя потребуется лишь ответить на несколько вопросов. По умолчанию программа будет установлена в каталог C:\Program Files\ObjectLand.

В основе интерфейса геоинформационной системы ObjectLand лежит стандартный графический интерфейс операционной системы Windows. Доступ к функциям осуществляется с помощью главного и контекстного меню, инструментальных панелей, диалоговых окон и т. д. Для начала работы в системе ObjectLand необходимо выбрать в меню Windows кнопку Пуск и далее Все программы/ObjectLand, запустить программу ObjectLand.

После запуска системы ObjectLand открывается главное окно приложения, которое содержит в верхней части строку главного меню, ниже располагается пиктографическое меню, рабочая область и статусная строка. Рабочая область главного окна приложения разделена на две части: в левой части располагается Панель иерархии, в правой части - Панель списка (обозначены цифрами на рис. 2.1).

В системе ObjectLand используются два типа меню - главное и контекстное. Главное меню обеспечивает доступ к общим функциям программы, располагается под полосой заголовка. Главное меню плана, к примеру, предлагает следующие группы команд: (ГБД, Правка, Сервис, Вид, Окно и Справка

Рис. 2.1 Главное окно программы ObjectLand: 1 - Главное меню, 2 - Пиктографическое меню; 3 - Панель иерархии, 4 - Панель списка, 5 - Статусная строка

Каждая группа - это совокупность команд, выполняющих функционально близкие действия. Вызвать команду можно используя иконки инструментальных панелей. Следует обратить внимание на то, что после названия некоторых команд стоит многоточие. Это свидетельство того, что данная команда вызывает диалоговое окно, в котором пользователь предоставляет дополнительные сведения. Если после названия команды есть треугольная стрелка, это значит, что у данной команды имеется вложенное меню (подменю) - список команд, каждая из которых является самостоятельной командой.

Контекстное меню вызывается щелчком правой клавиши мыши на одном из элементов панели управления и обеспечивает доступ к дополнительным (либо специфическим) настройкам и функциям данного элемента.

Система ObjectLand содержит демонстрационную ГБД City. Для открытия этой базы необходимо выбрать команду меню ГДБ - Открыть... и указать путь к ней (по умолчанию это файл ..\Demo\City.gdb). Для вызова справочной системы можно воспользоваться командой Справка - Вызов справки или нажать клавишу F1.

Основной единицей информации, с которой работает ObjectLand, является геоинформационная база данных. Геоинформационная база данных расположена на жестком диске компьютера и содержит следующие компоненты (структурные элементы):

Карта - представляет собой совокупность пространственных данных, описывающих некоторую двумерную область с заданной системой координат. Карта состоит из одного или нескольких слоев. Каждый слой содержит один или несколько типов графических объектов. Каждому типу соответствует множество графических объектов этого типа, заданных своими координатами. Тип графических объектов характеризуется геометрической характеристикой: точечный, линейный, площадной, текстовый или растровый. Описание слоев и типов объектов представляет собой структуру карты.

Темы - это основанное на карте представление пространственных данных, которое определяется такими характеристиками, как набор отображаемых слоев и типов объектов карты, координаты отображаемой области, стили отображения объектов, использование табличных данных для управления отображением объектов и т. д.

Таблицы - представляют собой средство, предназначенное для организации хранения и доступа к структурированной фактографической информации. Таблица состоит из одинаковых по структуре записей (строк), строка - из полей. Каждое поле таблицы определяется именем и типом данных (например, целое, строка, вещественное), которые могут храниться в этом поле. Описание полей таблицы можно считать ее структурой. Средства для работы с таблицами системы ObjectLand представляют собой систему управления реляционной базой данных, т. е. базой данных, в которой вся информация организована как совокупность таблиц. В отличие от традиционных СУБД, таблицы в ObjectLand играют вспомогательную роль. Таблицы могут, в частности, содержать некоторую информацию, связанную с объектами карты.

Выборки - это представление данных, выбранных из одной или нескольких таблиц (подобно тому, как тема - представление пространственных данных из карты). Выборка определяется такими характеристиками, как набор таблиц, на основании которых она построена, набор отображаемых полей, условия включения записей в выборку, операции над данными, выполняемые при построении выборки, и еще рядом характеристик.

Макеты - представления выходных документов, сочетающих различные формы отображения пространственной и табличной информации. Макет может содержать различные элементы, представляющие в удобной форме пространственные и табличные данные ГБД, а также чисто оформительские элементы - рамки, рисунки, надписи.

Пользователи - это список лиц, допущенных к работе с данной ГБД. В системе указывается набор прав, присвоенных каждому пользователю.

Библиотека стилей отображения - шрифты (надписи на картах), условные обозначения (отображение точечных объектов), стили линий (отображение линейных объектов и 8 границ площадных объектов), штриховки и заливки (заполнение площадных объектов при выводе карты на принтер).

Практические ограничения на количество каждого из компонентов в ГБД отсутствуют. В каждый момент времени ГИС работает с одной ГБД, которая является для нее текущей. По умолчанию в ГИС ObjectLand используется прямоугольная геодезическая система координат. Основные настройки системы можно осуществить с помощью команды главного меню ГБД - Настройка... (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Диалоговое окно Настройка ObjectLand