М.В. Лютивинская (ЗАО «Совзонд»)

Развитие рынка спутниковых изображений высокого и сверхвысокого пространственного разрешения и появление высокотехнологичных методов обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяют создавать детальные и достаточно точные 3D-модели городской территории. Для этого необходимы:
спутниковые изображения, образующие стереопару, что позволяет получить информацию о рельефе местности и определить форму объекта с его пространственными координатами;
специализированное программное обеспечение для обработки полученной информации.

Условно технологию создания 3D-модели можно разделить на следующие этапы:
ориентирование стереоскопической пары космических снимков;
извлечение информации о рельефе местности;
ортотрансформирование;
драпирование модели рельефа ортотрансформированным изображением;
стереоскопическая съемка объектов городской застройки;
формирование «каркасных» моделей зданий и сооружений;
компоновка финальной 3D-модели городской территории.

Современный рынок данных ДЗЗ предлагает значительный выбор снимков, которые можно использовать в качестве основы для построения детальных трехмерных моделей городов. Это данные, полученные с помощью хорошо известных космических аппаратов (КА) Terra и Aqua (сенсор ASTER, США) «долгожителей» на орбите, и новых КА, таких как Cartosat-1 (Индия) и ALOS (Япония). Среди аппаратов, предоставляющих возможность получать стереопары, закономерно можно выделить IKONOS (США), позволяющий составить стереопару с разрешением 1 м.

В рамках пилотного проекта создания 3D-модели городов компания «Совзонд» использовала стереопару со спутника IKONOS на территории Екатеринбурга (Reference Stereo, рис. 1), обработка которой позволяет получить трехмерную модель с точностью по высоте около 2 м.

Рис. 1. Снимок со спутника IKONOS г. Екатеринбург

Технологическая схема создания 3D-модели, предлагаемая компанией «Совзонд», предполагает использовать для преобразования космических снимков программные продукты компаний ITT Visual Information Solutions (ITT, США) и Bentley Systems (США). Фотограмметрическую обработку изображений можно проводить с помощью программного комплекса ENVI (ITT), который хорошо зарекомендовал себя как полнофункциональное решение для визуализации, обработки и анализа данных ДЗЗ. Для взаимного ориентирования снимков стереопары использовался модуль DEM (рис. 2), который позволяет создавать цифровую модель рельефа, необходимую при ортотрансформировании изображения в программном комплексе ENVI. Благодаря алгоритму ортотрансформирования с использованием RPC-коэффициентов, заложенному в ENVI, можно получить результат высокой точности при небольшом числе опорных точек 5 7 на сцену (11х11 км). Ортотрансформированное изображение будет служить текстурой, которую нужно наложить на трехмерную модель.

Рис. 2. Работа в модуле DEM программного комплекса ENVI

Программный продукт MicroStation (Bentley Systems) позволяет на основе стереоскопической съемки городской территории и цифровой модели рельефа создавать сначала модель местности TIN, а затем SOLID (каркасные трехмерные объекты сооружений и инфраструктуры города).

Рис. 3. Общая модель местности

Методика дальнейшей обработки 3D-модели города зависит от задач, которые предполагается решать с ее помощью, и требуемой детализации. Можно создать общую модель местности (рис. 3), каркасную модель городской застройки или же высокодетальную модель с проработкой элементов каждого здания и соответствующего текстурирования трехмерных объектов (рис. 4).

Созданные с помощью этой технологии модели могут быть использованы для эффективной визуализации городской инфраструктуры, включая природную и градостроительную составляющие при решении следующих задач:
городское планирование и управление развитием территорий;
предупреждение и ликвидация последствий природных и техногенных чрезвычайных ситуаций;
геометрическое проектирование различных коммуникаций;
воссоздание наглядного образа города с целью повышения его инвестиционной и туристической привлекательности.

Рис. 4. Каркасная модель местности (слева) и трехмерная модель с детальной проработкой объектов (справа)

Полученные трехмерные модели можно сохранять в широко известных форматах и публиковать в Интернет. Так, MicroStation позволяет сохранять их в PDF, а значит не только просматривать с помощью Adobe Reader, но и манипулировать ими, используя инструменты масштабирования, вращения и перемещения модели. Существует возможность публикации созданных моделей во всемирном сервисе Google Earth по месту геопривязки так модель города или района будет доступна для просмотра любым пользователем сервиса.