1
3D modelování a vizualizace
v geoinformatice
RNDr. Lukáš HERMAN, Ph.D.
Geografický ústav
Přírodovědecká fakulta
Masarykova univerzita
1.………... : pořizování 3D prostorových dat
2.………... : prostorové analýzy a simulace
3.………... : uložení, transformace a zpracování 3D geodat
4.………... : kartografická 3D vizualizace
5. Příklady využití & ukázky konkrétních aplikací
Obsah prezentace
2
SPRÁVA
SBĚR
PREZENTACE
ANALÝZA
3
3D modelování a vizualizace v GIS
• Výpočty objemů a
povrchů,
• Množinové operace,
• Analýzy viditelnosti,
• …
• 3D vizualizace
• Virtuální realita
• Geodetické měření
• Laserové skenování
• Stereofotogrametrie
…
• Transformace dat
z 2D do 3D
• Datové formáty a
standardy,
• Software
Metody sběru 3D dat
▪ Geodetické metody měření
▪ Včetně GNSS (GPS)
▪ (Stereo)fotogrammetrie
▪ Snímkování z družic, letadel,
dronů
▪ Laserové skenování
▪ Letecké nebo pozemní
▪ Sférické snímkování (Street View)
▪ …
4
Základní analýzy ve 3D
▪ Výpočty objemů a povrchů těles
▪ Množinové operace
(3D Overlay Algebra)
▪ 3D obalové zóny
▪ Vzdálenosti ve 3D prostoru
5
Buffer 3D - příklady
Množinové operace
Rozměry,
objem a
povrch
Analýzy viditelnosti
▪ Slouží k určení ploch
▪ které jsou viditelné z pozorovacího místa (např. z
rozhledny)
▪ odkud je vidět daný objekt (např. větrnou
elektrárnu nebo plánovanou výškovou budovu)
6
Analýza zakrytí obzoru, oslunění a zastínění
▪ Výpočty
▪ Solární insolace
▪ Zakrytí obzoru
▪ Výpočet objemu stínů
7
Zakrytí
obzoru ve
městě
Stíny vržené
stávajícími a
plánovanou
budovou
Solární
insolace v
Pardubicích
Software
▪ Komerční i open source
▪ Desktopové programy
▪ Grafické programy
▪ CAD programy
▪ GIS – ArcGIS Pro, QGIS 3+, …
▪ Webové technologie
▪ Cesium, Deck.gl,
Three.js,
A-Frame, …
8
QGIS 3.0 a vyšší
Cesium
SPRÁVA
Převod dat z 2D do 3D
▪ Vytvoření třetího rozměru z atributu(ů)
▪ ?
▪ Získání 3. souřadnice z jiných vrstev
▪ umístění na model terénu a „zprohýbání“ 2D vrstev
▪ Data již jsou 3D
▪ i v tomto mohou být nutné další úpravy …
Transformace souřadnicových systémů, např.
Aplikace 3D variant množinových GIS operací
(viz slajd „Základní analýzy ve 3D“)
9
SPRÁVA
kartézské souřadnice (X, Y + Z)
zeměpisná šířka, zem. délka + výška
nad referenčním tělesem
Zprohýbání podle modelu terénu2D data
budova má 3 patra, průměrná výška patra je 3 metry – výška budovy = 9 m
Virtuální realita
▪ „High-tech“ systémy
▪ CAVE systémy
▪ helmy pro virtuální realitu
HTC Vive, Oculus Rift
Oculus Quest
▪ „Low end“
▪ Chytrý telefon
▪ Klasický počítač (desktop,
notebook)
▪ Google Cardboard
10
3D vizualizace & uživatelé
▪ Existuje mnoho různých potenciálních
uživatelé
▪ odborníci, státní správa, široká veřejnost, …
▪ Proto si kartografové kladu i
následující otázky.
▪ Rozumí lidé 3D vizualizaci?
▪ Dokáží z ní zjistit hledané informace
(rychle a správně)?
▪ Není lepší „klasická“ 2D mapa, např.
na papíře?
▪ Jak udělat 3D vizualizaci, co
nejsrozumitelnější?
11
Příklady využití & ukázky konkrétních aplikací
▪ 3D modely a 3D vizualizace prostorových dat se využívají v řadě oblastí
▪ Územní plánování (např. jak plánovaná budova ovlivní panorama města, modelování zastínění – jak
plánovaná budova ovlivní distribuci slunečního světla ve svém okolí)
▪ 3D katastr nemovitostí
▪ Modelování znečištění a hlukové mapování
▪ Energetické simulace a analýzy (např. určení potenciálu pro umístění solárních elektráren)
▪ Krizové řízení (celá řada úloh – modelování povodní a eroze, např. sesuvů; simulace výbuchů)
▪ Výuka geografie
▪ Popularizace a propagace, turistika, …
▪ Příklady konkrétních aplikací (z tuzemska)
▪ 3D v Mapách.cz
▪ 3D model Brna
▪ Analýzy výškopisu (ČUZK)
Možné aplikace – modelování znečištění a hluku
13
Pro modelování
hlukové zátěže jsou
potřeba data o terénu,
budovách, hlukových
bariérách ale i intenzitě
dopravy apod.
Možné aplikace –
krizové řízení
14Šíření škod při výbuchuModelování povodní ve 3D
Výzkum chování osob při evakuaci
https://canaveral.sci.muni.cz/
Možné aplikace – výuka
15
Jak jednoduše využít 3D vizualizaci v hodině zeměpisu?
16
http://olli.wz.cz/webtest/fuji/index.html
Učím v 8. ročníku ZŠ.
Probíráme východní Asii – Japonsko.
Chci žákům přiblížit charakter tamního
reliéfu (sopečná činnost, …).
Umím pracovat v QGISu.
Orientuju se v dostupných datových
zdrojích (SRTM, OSM)
Cca 10 min. času
Zamyslím se …
Kterou hora zobrazuje 3D model?
17
A) Fuji B) Mount Everest C) Krakatoa
Která 2D mapa odpovídá 3D modelu?
18
A) B) C)
Zjisti z 3D modelu nadmořskou výšku Fuji.
19
Jak vznikla hora Fuji?
Je to webová aplikace. Můžu využít i
při distanční výuce nebo v rámci
samostatné práce doma.
Pracuji s zdarma dostupnými daty a
softwarem rovněž zadarmo.
Můžu zaznamenat jak žáci interagují s
3D modelem.
Aplikace – 3D vizualizace v Mapách.cz
20
Jednoduchá funkcionalita. Umožňuje
defacto jen prohlížet 3D data.
Na zpracování dat se podíle
společnost Melown Technologies
(https://www.melowntech.com/).
Ukázky činnosti firmy Melown
Technologies jsou zde:
https://www.melown.com/maps/;
https://www.melown.com/maps/?x=5
11946&y=5610765&d=90&rx=309&ry
=-40&ho=20&rotate=0#frydstejn
Můžete vyzkoušet zde:
https://mapy.cz/s/puzuposoko
Můžete vyzkoušet zde:
https://mapy.cz/s/madafukepa
Aplikace – 3D model Brna
21
Zjednodušená varianta modelu (LoD1)
k dispozici ke stažení
https://data.brno.cz/maps/mestobrno::
krabicov%C3%BD-model-budov-brno-
3d-buildings-model-lod1/about
http://webmaps.kambrno.cz/3d-model/
Aplikace umožnuje měření ve 3D,
simulaci slunečního osvitu, a výpočet
linie viditelnosti.
Aplikace – Analýzy výškopisu ČUZK
22
Webová aplikace, která pracuje s daty
ČÚZK (DMR 4G, 5G a DMP 1G) a
umožňuje analýzy viditelnosti,
konstrukci terénních profilů, orientační
výpočet objemu apod.
Výsledky analýz lze stáhnou (jako
Shapefile) nebo zobrazit ve 3D scéně
http://ags.cuzk.cz/dmr_3dscena/
Můžete vyzkoušet zde: https://ags.cuzk.cz/dmr/
Lze využít při plánování staveb či turistice
Aplikace 3D GIS – shrnutí
& některé aktuálně používané související termíny
▪ 3D modelování a vizualizace může být nákladné – zejména pořizování nových dat
▪ Záleží přitom na účelu výsledného 3D modelu, vizualizace či 3D GISu
▪ Je proto vhodné uvažovat u využití 3D modelů ve více různých oblastech, mimo již
zmíněné to jsou také:
▪ Územní plánování („geodesign“, participace veřejnosti)
▪ Evidence a správa budov v různých měřítcích (facility management, Building Information
Modeling, památková péče, …)
▪ „Chytré budovy“ (indoor navigace, …) a chytré města („smart cities“)
▪ Environmentální problematika (analýzy městského klimatu, …)
▪ Podpora krizového řízení (evakuace z budov či prostoro jako jsou stanice metra)
▪ Propagace, popularizace, „virtuální turistika“, „serious games“, …
23
„Závěrem …“
▪ Kde se dozvíte víc?
▪ Z8818 Aplikovaná geoinformatika
▪ Z8311 3D modelování a vizualizace
▪ nebo individuálně při zpracování
bakalářský či diplomových prací
24
25
Děkuji za pozornost
RNDr. Lukáš Herman, Ph.D. – herman.lu@mail.muni.cz
Geografický ústav,
Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita,