Огни виртуальных городов

Там, где встречаются ГИС и САПР
Мне всегда хотелось, чтобы по мере увеличения масштаба космоснимков здания на изображениях росли, приобретали форму и обрастали деталями. Чтобы можно было виртуально облететь растущую на площади ель, чувствуя себя при этом птицей, сесть на подоконник, оценить интерьер комнаты и заметить за шкафом электрическую розетку, точно зная, что в реальности она тоже там есть.

Визуализация модели здания в BIM

Все элементы, позволяющие сформировать подобную технологию, уже существуют, дело осталось за малым — соединить снимки из Google Earth, трехмерные модели городов в формате CityGML и информационные модели зданий в формате BIM в рамках единой среды.

Вообще трехмерное моделирование мест обитания человека — со зданиями, сооружениями, фонтанами, дорогами и тоннелями — задача не только техническая, но и философски-экзистенциальная. Насколько искусственный мир должен быть похожим на настоящий? Только ли формой и текстурой? Нужна ли точная модель или достаточно внешней имитации? Что мы увидим в углу виртуальной комнаты виртуального здания — размытое пятно или висящий провод? И к чему вообще эта задача ближе — к ГИС, описывающим пространственные объекты во всех их проявлениях, или к САПР, имеющим дело с инженерными объектами различного происхождения?

В настоящее время предлагаются два средства описания жилищ человека: в области ГИС созданием трехмерных моделей населенных пунктов занимается язык CityGML, а в области САПР задачам создания информационных образов зданий служит модель Building Information Model (BIM). При этом первый в большей степени ориентирован на внешний вид и геометрию сооружений, а вторая — на инженерные особенности конструкции зданий.

Пятиуровневая модель

Берлин в формате CityGML

Язык CityGML, основанный на XML-подобном формате для обмена простран­ственными данными GML3 (Geographical Markup Language 3), позволяет описывать не только здания и сооружения, но и рельеф местности, растительность, гидрологию, дороги, тротуары, мосты и туннели. При этом предусматривается пять различных уровней детализации, каждый со своей структурой описания городских объектов. Уровни последовательно сменяют друг друга при приближении и удалении виртуального наблюдателя. Первый уровень, так называемый LOD 0, представляет собой цифровую модель рельефа с нанесенным на него космическим снимком, отражающим текстуру поверхности. Второй уровень, LOD 1, отражает самые общие черты города, представляя здания в виде прямоугольных блоков, при этом текстуры отсутствуют, а структура крыш не определена. На третьем уровне, LOD 2, уже проявляются особенности крыш и текстуры зданий. На четвертом, LOD 3, можно детально рассмотреть архитектурные особенности объектов, а на последнем, пятом уровне имеется возможность совершать виртуальные прогулки по внутренним помещениям зданий. Предполагается, что CityGML-файл, описывающий населенный пункт, содержит в себе информацию по всем пяти уровням одновременно.

Путеводитель для роботов-уборщиков

Основным мотивом для создания унифицированного средства описания зданий является, по словам создателей CityGML из технического университета Берлина и ассоциации Open Geospatial Consortium, нежелание заново разрабатывать модели тех зданий и городов, которые давно уже созданы. Кроме того, модели, построенные с использованием CityGML, позволяют решать множество задач — например, можно проложить дорогу в одном из районов и посмотреть, как изменится внешний вид этой части города. Помимо этого средствами языка можно выявлять оптимальные места для расположения базовых станций сотовой связи, проводить виртуальные экскурсионные туры по городу, концентрируясь исключительно на зданиях ниже десяти этажей, расположенных на главной улице, и отвечать на вопросы типа: «Из каких окон каких зданий виден объект А?», «Какие этажи и в каких зданиях зальет, если уровень воды в реке поднимется на два метра?» и «Какие гостиницы имеют конференц-залы не менее чем на 500 мест, оборудованные трехмерной проекционной системой?».

Загородное поместье в формате CityGML

Ожидается, что в будущем, когда места дворников займут роботы, модели городов, описанные средствами CityGML, будут использоваться для их навигации по городу. Также планируется, что язык поможет управлять недвижимостью, обеспечивая поиск зданий со сходными параметрами и относя их к разным группам на основе некоторого набора признаков. К слову, в виртуальной модели можно абстрагироваться от того, как здания выглядят в реальности, оставив только схему — примерно такую, как чертят от руки на обратной стороне листа офисной бумаги, используемой в качестве черновика. И тогда на такое схематическое изображение можно нанести только ту информацию, которая в данный момент интересует пользователя, — например, этажность.

В целом на настоящий момент области, в которых могут применяться модели, написанные на языке CityGML, включают в себя городской кадастр, туризм, защиту окружающей среды, а также управление городской архитектурой, недвижимостью и инженерными сетями. Ожидается, что OGC утвердит стандарт языка CityGML в июле 2008г.

Прагматичная Америка

В США лидерство принадлежит Building Information Model — модели, накапливающей информацию об объекте строительства в течение всего его жизненного цикла. Данная модель, использование которой резко снижает потери данных при передаче технической информации от конструкторов и проектировщиков к строителям, а после — к эксплуатационным службам, содержит чертежи объекта, сведения о его геометрии, природных условиях сооружения, а также о примененных при его строительстве материалах и технологиях. В целом CityGML является типичным ГИС-приложением, а BIM имеет отношение непосредственно к САПР. В то же время объект у них один — здание, но CityGML стремится описать городскую среду в целом, а BIM концентрируется на мельчайших технических особенностях каждого городского дома. Вместе эти технологии образуют взаимодополняющую пару. Средства, позволяющие объединить данные модели в рамках одного приложения, пока не созданы, но, видимо, они не за горами.