3D modelování a vizualizace
v geoinformatice
RNDr. Lukáš HERMAN, Ph.D.
Geografický ústav
Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita
Z0262 Geoinformatika – 14. 3. 2023 1
3D modelování a vizualizace v GIS
2
• 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
Obsah prezentace
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
3
SPRÁVA
SBĚR
PREZENTACE
ANALÝZA
̶ Geodetické metody měření
̶ Včetně GNSS (GPS)
̶ (Stereo)fotogrammetrie
̶ Snímkování z družic, letadel,
dronů
̶ Laserové skenování
̶ Letecké nebo pozemní
̶ Sférické snímkování (Street View)
̶ …
4
Metody sběru 3D dat
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
̶ Kam umístit solární panely =
potenciální solární insolace
̶ Zakrytí obzoru
̶ Určení zastínění novými budovami
7
Zakrytí
obzoru ve
městě
Stíny vržené
stávajícími a
plánovanou
budovou
Pot. 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
Cesium
SPRÁVA
Transformace 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
Možné aplikace: modelování znečištění a
hluku
12
Pro modelování
hlukové zátěže jsou
potřeba data o terénu,
budovách, hlukových
bariérách ale i intenzitě
dopravy apod.
Možné aplikace:
Krizové řízení
13Šíření škod při výbuchuModelování povodní ve 3D
Výzkum chování osob při evakuaci
https://canaveral.sci.muni.cz/
Možné aplikace:
Výuka
14
Jak jednoduše využít 3D vizualizaci v hodině zeměpisu?
15
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?
16
A) Fuji B) Mount Everest C) Krakatoa
Která 2D mapa odpovídá 3D modelu?
17
A) B) C)
Zjisti z 3D modelu nadmořskou výšku Fuji.
18
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.
19
Aktuální stav Plán
Abstraktní
vizualizace
Realistická
vizualizace
3D vizualizace a virtuální realita v územním plánování?
2020
Desktop PC
VR – HMD
Pico Neo 3 Pro Eye
Mobilní zařízení
Tablety, chytré telefony
ArcGIS Online
360 VR web viewer
https://www.arcgis.com/apps/360vr/index.html
?id=0dac3bd5b4f64a20a04e5a141e811c7b
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, …)
̶ Propagace, popularizace, „virtuální turistika“, „serious games“, …
21
„Závěrem …“
̶ Kde se dozvíte víc?
̶ Z8818 Aplikovaná geoinformatika
̶ Z8311 3D modelování a vizualizace
̶ nebo individuálně při zpracování
bakalářský či diplomových prací
22
23
Děkuji za pozornost
RNDr. Lukáš Herman, Ph.D. herman.lu@mail.muni.cz
Geografický ústav,
Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita