10.14489/vkit.2015.11.pp.010-017

DOI: 10.14489/vkit.2015.11.pp.010-017

Бобков А. Е., Леонов А. В.
ПРОЦЕДУРНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕРРИТОРИЙ НА ВИРТУАЛЬНОМ ГЛОБУСЕ
(c. 10-17)

Аннотация. Рассмотрены существующие методы процедурной генерации и визуализации рельефа и различных объектов на нем (здания, дороги, растительность). Исследованы проблемы переноса таких методов на виртуальный глобус. Даны описания задач, связанных с предобработкой данных и генерацией разных объектов, а также взаимосвязи между ними. Представлена схема потоков данных во время генерации. Приведены примеры использования разработанных алгоритмов для разных типов территорий.

Ключевые слова: процедурная реконструкция; виртуальный глобус; модель территории; виртуальная реальность.

Bobkov A. E., Leonov A. V.
PROCEDURAL TERRAIN RECONSTRUCTION ON A VIRTUAL GLOBE
(pp. 10-17)

Abstract. Development of Virtual Reality applications often requires creation of visually realistic 3D models of the terrain. Some objects in these models should be modelled accurately, while others are needed only for purposes of visual realism (trees, roads, houses etc.) and can be modelled more or less arbitrarily. Methods of procedural generation are used to create such “arbitrary” 3D models with high level of details “on fly”, as well as for adding additional details to terrain itself (i.e. to digital elevation models and textures). Input data for such methods are extracted from vector topographic maps and raster satellite or aerial images. There is no need to store generated 3D models; they can be created “on fly” as needed. It is especially useful for web applications, and for virtual globes. In this article we overview existing methods of procedural generation and visualization of terrain and various objects on the terrain, as well as issues connected with the transfer of these methods on a virtual globe. We concern such issues as data preprocessing, raster and vector data classification and adding semantic information, raster and vector data tiling and storage of tiles in data bases. The reconstruction data flow scheme is presented. The scheme includes reconstruction of a terrain (with use of such methods like texture splatting, and Perlin noise), and reconstruction of objects on the terrain (vegetation, buildings and roads). In conclusion, we show some example applications of the developed algorithms for various types of terrains. Examples include urban areas and natural territories. Main problems of procedural reconstruction are outlined: incompleteness of input data, the need to bring different sets of data to a single classifier and fill in the missing attributes, a large amount of data and the need to ensure their distributed storage and fast remote access to them using level of details.

Keywords: Procedural reconstruction; Virtual globe; Landscape model; Virtual environment.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. Е. Бобков (Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН, Москва; Московский физико-технический институт (государственный университет))
А. В. Леонов (Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН, Москва) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

A. E. Bobkov (S. I. Vavilov Institute for the History of Science and Technology of RAS, Moscow; Moscow Institute of Physics and Technology (State University))
A. V. Leonov (S. I. Vavilov Institute for the History of Science and Technology of RAS, Moscow) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Shekhar S., Xiong H. Encyclopedia of GIS. Springer Science & Business Media, 2008. 1370 р.
2. Cozzi P., Ring K. 3D Engine Design for Virtual Globes [Электронный ресурс] A K Peters/CRC Press, 2011. 520 p. URL: http://www.virtualglobebook.com/ (дата обращения: 01.09.2015).
3. Бобков А. Е. Интерактивная визуализация 3D-данных на виртуальном глобусе в стереоскопических системах: дис. ... канд. тех. наук: 05.01.01. Нижний Новгород: Изд-во Нижегор. гос. арх.-строит. ун-та, 2013. 149 с.
4. Outerra [Электронный ресурс]: офиц. сайт. URL: http://www.outerra.com/ (дата обращения: 01.09.2015).
5. Proland [Электронный ресурс]: офиц. сайт. URL: http://proland.inrialpes.fr/ (дата обращения: 01.09.2015).
6. Blueberry3D Version 4 – The Hi-Res Terrain Consistency [Электронный ресурс] // Bionatics: Simulation for Decision. URL: http://www.blueberry3d.com/Site/product/ blueberry3d.php (дата обращения: 01.09.2015).
7. Biosphere3D [Электронный ресурс] // SourceForge. URL: http://sourceforge.net/projects/biosphere3d (дата обращения: 01.09.2015).
8. osgEarth: Geospatial SDK for OpenSceneGraph [Электронный ресурс]: офиц. сайт. URL: http:// osgearth.org (дата обращения: 01.09.2015).
9. ГОСТ Р 55539–2013. Глобальная навигационная спутниковая система. Навигационные модули для использования в наземной навигационной аппаратуре. Технические требования и методы испытаний. Введ. 2014-01-01. М.: Стандартинформ, 2014. 11 с.
10. OpenGIS Web Map Tile Service Implementation Standard. Open Geospatial Consortium Inc. Reference number OGC 07-057r7. 130 р.
11. Tools for Procedural Generation of Plants in Virtual Scenes / Armando De La Re et al. // Intern. Conf. on Computational Science – ICCS. 2009. P. 801 – 810.
12. Transform 2D GIS Data into Smart 3D City Models // Esri CityEngine [Электронный ресурс]. URL: http://www.esri.com/software/cityengine (дата обращения: 01.09.2015).
13. Процедурный генератор хрущевок [Электронный ресурс]. URL: http://habrahabr.ru/post/196862/ (дата обращения: 01.09.2015).
14. State of the Art in Procedural Noise Functions / A. Lagae et al. // EUROGRAPHICS 2010 – State of the Art Reports. URL: http://graphics.cs.kuleuven.be/publications/ LLCDDELPZ10STARPNF/LLCDDELPZ10STARPNF_paper. pdf (дата обращения: 01.09.2015).
15. Wells W. D. Generating Enhanced Natural Environments and Terrain for Interactive Combat Simulations (Genetics): Ph. D. Thesis. Naval Postgraduate School, Monterey, California, 2005. 149 p.
16. Bruneton E., Neyret F. Real-Time Realistic Rendering and Lighting of Forests // Computer Graphics Forum. 2012. V. 31, Is. 2pt1. P. 373 – 382.
17. A Declarative Approach to Procedural Modeling of Virtual Worlds / R. M. Smelik et al. // Computers & Graphics. 2011. V. 35. P. 352 – 363.
18. Bruneton E., Neyret F. Real-Time Rendering and Editing of Vector-Based Terrains // Computer Graphics Forum. 2008. V. 27, N 2. Р. 311 – 320.
19. Интерактивное 3D-приложение «Виртуальная Долина гейзеров» / А. А. Алейников и др. // Компьютерные инструменты в образовании. 2011. № 4. С. 45 – 53.
20. Аникушкин М. Н., Леонов А. В. 3D-моделирование Шуховской радиобашни на основе лазерного сканирования // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 4. С. 56 – 58.

Eng

1. Shekhar S., Xiong H. (Eds.) (2008). Encyclopedia of GIS. Springer Science & Business Media.
2. Cozzi P., Ring K. (2011). 3D engine design for virtual globes. A K Peters. CRC Press. Available at: http://www.virtualglobebook.com/ (Accessed: 01.09.2015).
3. Bobkov A. E. (2013). Interactive visualization of 3D data on a virtual globe in stereoscopic systems. PhD thesis No. 05.01.01. Nizhnii Novgorod: Izdatel'stvo Nizhegorodskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta.
4. Outerra: official site. Available at: http://www.outerra.com/ (Accessed: 01.09.2015).
5. Proland: official site. Available at: http://proland.inrialpes.fr/ (Accessed: 01.09.2015).
6. Blueberry3D Version 4 – The Hi-Res terrain consistency. Bionatics: Simulation for Decision. Available at: http://www.blueberry3d.com/Site/product/blueberry3d.php (Accessed: 01.09.2015).
7. Biosphere3D. SourceForge. Available at: http://sourceforge.net/projects/biosphere3d (Accessed: 01.09.2015).
8. osgEarth: Geospatial SDK for OpenSceneGraph: official site. Available at: http:// osgearth.org (Accessed: 01.09.2015).
9. OpenGIS web map tile service implementation standard. Open Geospatial Consortium Inc. Reference number OGC 07-057r7.
10. Armando De La Re et al. (2009). Tools for procedural generation of plants in virtual scenes. Intern. Conf. on Computational Science – ICCS, pp. 801-810.
11. Transform 2D GIS data into smart 3D city models. Esri CityEngine. Available at: http://www.esri.com/software/ cityengine (Accessed: 01.09.2015).
12. Procedural generator of Khrushchyovka buildings. Available at: http://habrahabr.ru/post/196862/ (Accessed: 01.09.2015).
13. Lagae A. et al. (2010). State of the Art in Procedural Noise Functions. EUROGRAPHICS 2010 – State of the Art Reports. Available at: http://graphics.cs.kuleuven.be/ publications/LLCDDELPZ10STARPNF/ LLCDDELPZ10STARPNF_paper.pdf (Accessed: 01.09.2015).
14. Wells W. D. (2005). Generating enhanced natural environments and terrain for interactive combat simulations (genetics): Ph. D. Thesis. Naval Postgraduate School, Monterey, California.
15. Bruneton E., Neyret F. (2012). Realtime realistic rendering and lighting of forests. Computer Graphics Forum. 31(2pt1), pp. 373-382. doi: 10.1111/j.1467-8659.2012.03016.x
16. Smelik R. M. et al. (2011). A declarative approach to procedural modeling of virtual worlds. Computers & Graphics, 35, pp. 352-363. doi: 10.1016/j.cag.2010.11.011
17. Bruneton E., Neyret F. (2008). Realtime rendering and editing of vectorbased terrains. Computer Graphics Forum. 27(2), pp. 311-320. doi: 10.1111/j.1467-8659.2008.01128.x
18. Aleinikov A. A. et al. (2011). Interactive 3D application «Virtual Valley of geysers». Komp'iuternye instrumenty v obrazovanii, (4), pp. 45-53.
19. Anikushkin M. N., Leonov A. V. (2013). 3D modeling of Shukhov radio tower on the basis of laser scanning. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo, (4), pp. 56-58

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа статьи заполните форму:

{jform=1,doi=10.14489/vkit.2015.11.pp.010-017}

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please fill out the form below:

{jform=2,doi=10.14489/vkit.2015.11.pp.010-017}