Тикунов В. С. Геоинформатика. Реализация анимации анаморфоз.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Реализация анимации анаморфоз. В качестве наиболее сложного примера обратимся к методике создания анимированных анаморфоз. Суть предлагаемой авторами идеи [N. Bogomolov, I. Rylskiy, V. Tikunov, 2002] такова. Пусть существуют два изображения: исходное (недеформированное) и результирующее (анаморфоза). Оба изображения (векторные) имеют одинаковую топологию объектов и одинаковое количество вершин для каждого контура.
В результате реализации разработанной авторами программы на основании упомянутых изображений строятся промежуточные фазы перехода от обычной карты к анаморфозе. Пользователь имеет возможность построить все промежуточные фазы данной анимации и увидеть их на экране со скоростью 25 фаз в секунду. Продолжительность анимации задается пользователем. Имеется возможность проигрывания анимации как от обычной карты к анаморфозе, так и наоборот.

При построении промежуточных фаз производится линейная интерполяция координат X, Y точек-узлов каждого контура. Пользователь имеет следующие возможности:
• просмотреть файл типа KRLB (результирующий формат программы для построения анаморфоз);
• задав два файла KRLB (с идентичной топологией и количеством узлов), просмотреть все фазы превращения одного изображения в другое. В данном случае это обычная карта, переходящая в анаморфозу, однако возможно построение промежуточных фаз для двух заданных анаморфоз (например, анаморфозы населения стран мира за разные годы);
• возможна как ручная, так и автоматическая прокрутка кадров. Для автоматической прокрутки пользователь задает длительность анимации и ее направление (например, от карты 1 к карте 2, или наоборот);
• результаты автоматического построения фаз могут быть сохранены на диске в виде отдельных кадров, записанных в формате *.bmp, пользователю необходимо лишь задать количество кадров. Кроме того, имеется возможность задать разрешение результирущего растра (практически любых размеров), а также откадрировать и увеличить любой участок изображения;
• при построении анаморфоз (при недостаточном количестве узлов) возможно образование из одного контура нескольких (появление самопересекающихся ломаных). Пользователь может проверить любой из KRLB-файлов на предмет наличия подобных мест и в случае их обнаружения программа отметит их контрастный цветом (красным).

Ниже приводятся некоторые сведения о том, как можно повысить информативность и размерность изображения. Как упоминалось выше, и по настоящее время мы имеем дело прежде всего с плоскими (2D) изображениями. Несколько реже используется отображение на плоскости 3D-изображений (поверхности, блок-диаграммы).
С началом эры персональных компьютеров, способных воспроизводить полнометражное видео, возможность отображения какого-либо объекта в динамике стала приравниваться к повышению размерности исходного статического изображения на один уровень. Динамические 2D-изображения (например, картограммы, где значение показателя выделено цветом) по сути трехмерны.
Динамические ряды данных по целому ряду показателей довольно часто встречаются в социально-экономической картографии. Построение динамических 20-изображений по каждому из показателей в отдельности стало в настоящее время достаточно частым явлением. Анализ одного картофильма — дело также несложное. Есть возможность построить картофильм и на каждый из картографируемых показателей. Однако провести некие корреляции между ними в определенной степени затруднительно.
Таким образом, мы вплотную подошли к существу одной из проблем — картографированию сразу нескольких динамических показателей одновременно, без построения дополнительных динамических карт корреляций.

Рассмотрим задачу на примере трех показателей: 1) численности населения; 2) средней продолжительности жизни; 3) ВНП на душу населения. Все показатели брались для каждой страны мира за последние 30 лет. Показ динамики сразу трех показателей на одной модели методами классической картографии достаточно затруднен. Однако решение может быть следующим.
1. Население мира: ежегодно строится анаморфоза численности населения (мир). Изображения (каждое из них) двухмерны. Если запустить последовательно все изображения одно за другим, т0 увидим «вздутия» и «сплющивания» для различных стран. Поскольку изображения растровые, для каждой страны выберем точку, которая бы не смещалась за весь период, находилась примерно в центре страны, и определим ее координаты в системе XOY.
Человек достаточно хорошо воспринимает даже незначительные изменения формы, и потому динамика явления будет видна очень хорошо.
2. Ожидаемая продолжительность жизни. Динамику средней продолжительности жизни отобразим цветом. Выберем многоступенчатую шкалу (например, 100 ступеней цветов) так, чтобы каждый уровень показателя обозначался одним цветом. В соответствии с этим динамика продолжительности жизни в каждой стране отобразится как достаточно непрерывное изменение ее цвета, что также достаточно наглядно.
3. ВНП на душу населения. Для определения этого показателя используем метод построения 3D-пирамидальных блок-диаграмм. Суть метода такова: пусть есть двухмерная карта стран (или иных территориальных единиц), см. цв. вкл. 1. Для каждой страны (визуально) выберем центр (X, Y), и для него координатой Z будет значение ВНП на душу населения в данной стране в данном году. Все точки-узлы контуров страны будут иметь свои XY-координаты, а координата Z у них будет равна нулю. Если после этого по полученному массиву X, Y, Z построить трехмерную поверхность и для облегчения ориентации «обклеить» («драпировать») ее исходной двухмерной картой, то увидим, что каждая страна превратилась в «гору», основанием которой стала внешняя граница страны, а высота пропорциональна картографируемому показателю (в нашем случае — ВНП на душу населения). Исходной двухмерной картой может быть как классическая политическая карта мира, так и анаморфоза — статическая или динамическая. Необходимым условием при этом является постоянство во времени координаты XY вершины «горы» в каждой стране.

С учетом вышеизложенного были построены динамические пирамидальные блок-диаграммы по ВНП, причем их вершины остаются (в плане) на одном месте, а высота меняется со временем. Форма и площадь основания этих «гор» зависит от численности населения данной страны (динамическая анаморфоза). И одновременно с этим каждая «гора» будет постоянно менять свой цвет — в соответствии с продолжительностью жизни.
Для того чтобы сделать подобные изображения метричными, значения показателей за каждый год можно просто подписать над вершиной каждой из «гор». Можно также нанести на них линии Уровня. Размерность этого изображения очень высока. В самом деле, статическое нераскрашенное изображение в данном случае являло ой собой визуализацию некоей поверхности. Во времени изменяйся как высота гор, так и форма их основания, а также цвет.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу