Гипергеоизображения. Система и «квадрат» геоизображений

Возможности компьютерного моделирования привели к появления множества комбинированных геоизображений, сочетающих в себе разные свойства: фотокарты, динамические блок-диаграммы, дисплейные анаглифы и др. Комбинирование даёт возможность сочетать полезные свойства моделей разных видов и взаимно компенсировать недостатки и ограничния одних моделей за счет других, повышая тем самым их информативность и расширяя сферу использования.

В последние годы появляется все больше геоизображений, синтезирующих свойства карт, снимков, трехмерных и динамических моделей. Их можно назвать гипергеоизображениями, имея в виду обобщение понятия обычного геоизображения на случай сложной многомерной и многопараметрической модели, обладающей комплексом геометрических, яркостных, динамических, стереоскопических свойств.

Примерами гипергеоизображений служат фото-блок-диаграммы, псевдофотоизображения, пейзажные карты, ветокодированные стереоскопические космофотокарты и др. Подобные модели хорошо иллюстрируют зыбкость граней между электронными картами, анимациями, трехмерными изображениями, цифровыми снимками.

Сложные комбинированные модели, сочетающие в себе разные свойства, называются гипергеоизображениями.

В разных комбинациях они синтезируют геометрические, яркостные, динамические, стереоскопические свойства. Гипергеоизображения – это почти всегда программно-управляемые модели, конструируя которые можно задавать те или иные свойства и изменять их по мере необходимости.

Ярким примером гипергеоизображения служат модели, получаемые в процессе глобального мониторинга. Полосы космической съемки, виток за витком покрывающей земной шар, соединяют, проводят их яркостную и геометрическую коррекцию, затем трансформируют в заданную проэкцию для карт мира, окрашивают в условные цвета и придают им свойства стереоскопичности. В итоге полученная модель обладает точностью карты, подробностью снимка и наглядностью стереомодели.

 

Рис. Система геоизображений

Условно ситему геоизображений можно представить в виде круговой диаграммы, которая передаёт достаточно плавные изменения свойств, постепенные взаимные переходы. Плоский график не способен передать все многообразие взаимных переходов и комбинаций, это всего одна из возможных моделей системы геоизображений, отражающая постепенность изменения форм м свойств графической визуализаци. Центральную часть диаграммы занимают наиболее сложные графические модели, в разной степени синтезирующие свойства карт, снимков.

 

 

Квадрат геоизображений

Схематизирующий вид, иллюстрирующий взаимосвязи и закономерности изменения свойств в системе геоизображений.

В углах квадрата помещены:

карты (К) - условно-знаковые плоские статические модели;

снимки (С) — копийные плоские статические изображения;

блок-диаграммы и рельефные карты (Б) — объемные статические модели;

фильмы (Ф) — динамические модели.

Стороны квадрата и его диагонали рассматриваются как оси или траверсы, вдоль которых происходят более или менее плавные изменения свойств гсоизображений, их взаимопереходы.

Вдоль оси К-С наблюдаются постепенное уменьшение знаковости изображений и нарастание их копийных “снимковых” свойств. В дополнение к геометрическим появляются и усиливаются оптические переменные.

Так, топографические и тематические фотокарты и космофотокарты сочетают в себе полную картографическую нагрузку и полутоновое фотографическое изображение.

Иконокарты по своим свойствам ближе к снимкам, в этом же ряду (на этом траверсе) находятся и так называемые “перспективные” карты, фотопланы, фотопортреты местности (они не показаны на схеме) и другие гео- изображения, образующие как бы цепочку моделей, последовательно изменяющих свои свойства по оси “знаковость - копийность”.

Другая ось С-Б характеризует переход от плоских снимков к блок-диаграммам и рельефным моделям через стереофотограмметрические модели, фото-блок-диаграммы (особые объемные рисунки местности, на которые как бы “натянуто” фотоизображение). На этом траверсе располагаются и разного рода фоторельефы, голограммы и иные модели, в которых варьируют размерность и копийность.

Одна из диагоналей квадрата К-Б также символизирует нарастание свойств пластичности, рельефности картографических изображений в такой, например, последовательности: карты с гипсометрической окраской и отмывкой - физиографические карты - анаглифы - блок-диаграммы - рельефные модели и голограммы.

На оси Б-Ф располагаются геоизображения с различными соотношениями свойств объемности и динамичности. Это серии компьютерных блок-диаграмм, объемные динамические модели (анимации), которые можно вращать, наклонять, сжимать или растягивать по любому направлению, добиваясь наибольшей выразительности. Такие процедуры осуществляются с помощью стандартных анимационных программ.

Ось К-Ф характеризует нарастание динамических свойств картографических изображений: обычные карты динамики — серии разновременных карт — динамические электронные карты — картографические мультипликации — карты-фильмы. А по диагонали С-Ф происходит переход от статичных снимков к фильмам.

Разумеется, плоский график не может передать все многообразие взаимопереходов моделей в различных плоскостях и сочетаниях, весь диапазон варьирования их свойств.

“Квадрат геоизображений” отражает лишь основные закономерности, наглядно иллюстрируя объективно существующие связи между моделями, постепенность взаимных трансформаций и изменения свойств.

Иначе говоря, квадрат представляет собой модель (точнее, одну из моделей) системы геоизображений.

 

16. Факторы формирования единой концепции науки геоиконики. Теории и основные разделы геоиконики.

Отраслью науки, которая занимается общими проблемами геоизображений, стала геоиконика. Начало ее формирования относится к середине 80-х годов XX в.

Геоиконика — синтетическая отрасль знания, изучающая общую теорию геоизображений, методы их анализа, преобразования и использования в науке и практике. Она является частью иконики — науки об изображениях, их общих свойствах, методах получения, обработки и воспроизведения.

Множество видов графических пространственно-временных моделей, многообразие методов работы с ними и сфер применения требуют формирования единой теории геоизображений. Существует ряд факторов, определяющих целесообразность создания такой теории:

1. общность изучаемых (отображаемых) объектов — географических, геологических, океанологических, планетологических и др.;

2. возрастающее количество и разнообразие геоизображений разных классов и видов;

3. наличие общих модельных свойств;

4. сходство восприятия, чтения и распознавания человеком;

5. единство научно-технических приемов анализа, распознавания и преобразования;

6. необходимость комплексного использования и взаимного сочетания геоизображений при решении научных и практических задач.

Единая теория геоизображений позволяет глубже изучить их модельные свойства, развить принципы оценки информативности, приблизиться к пониманию механизмов зрительного восприятия, созданию основ классификации и распознавания графических образов. Становится реальным формирование единых подходов к улучшению геоизображений, снятию помех и шумов фильтрации, повышению контраста, к оценке взаимной совместимости.

Геоиконика связывает картографию, аэрокосмическое зондирование и геоинформатику — три дисциплины, каждая из которых имеет дело с геоизображениями определенного типа: картами, снимками, электронными моделями. Она скрепляет, соединяет эти дисциплины, сосредоточивая внимание на изучении общих свойств геоизображений. При этом геоиконика вбирает в себя элементы теории распознавания образов, опирается на достижения машинной графики, психологии восприятия и находится в тесном контакте с науками о Земле, планетах и смежными с ними социально-экономическими науками.

В своем современном развитии геоиконика в самой сильной степени опирается на теорию географической картографии, т.е. на ту дисциплину, которая более всего продвинулась в теоретическом осмыслении геоизображений, их свойств, законов формирования, а главное, в практике их создания и использования.

Геоиконика включает в круг своих интересов теоретические проблемы системного изучения пространственно-временных моделей, оценку их информативности, взаимной совместимости, общие принципы генерализации, законы восприятия и т.п. Много внимания уделяется методикам обработки и распознавания геоизображений, приемам количественного анализа, технологиям цифрования, преобразования, повышения качества, хранения и воспроизведения их. В прикладном плане геоиконика развивает методы интерпретации и применения геоизображений в географии, геологии и геофизике, экологии и социально-экономических науках.

Цели и задачи геоиконики таковы, что она выступает как некая надсистема, охватывающая картографию, аэрокосмическое зондирование и геоинформатику. Но диалектика развития и опора на географическую картографию постепенно ведут к тому, что геоиконика становится частью обновленной и интегрированной системы картографических дисциплин.

Структура геоиконики включает такие разделы, как: теория геоизображений (свойства, оценка информативности, проблемы генерализации, распознавание образов, восприятие изображений и др.); методы обработки и анализа изображений (геоиконометрия, улучшение, фильтрация, синтезирование и декомпозиция, алгоритмы распознавания и т.п.); прикладная геоиконика (то есть конкретное применение ее в геолого-геофизических, географических, океанологических и других исследованиях).

В геоиконике постепенно формируется геоиконометрия — система дисциплин, изучающих теорию, методы и средства измерений по геоизображениям. В нее входят дисциплины, имеющие длительную, даже многовековую, историю и хорошо развитый аппарат измерений, методики, сформировавшиеся сравнительно недавно, а также те, что находятся в стадии зарождения.

В соответствии с метрикой самих геоизображений выделяют три ветви метрических дисциплин (рис. 17.3):

1. геопланиметрия — измерения по плоским 2 -мерным геоизображениям;

2. геостереометрия — измерения по объемным 3-мерным геоизображениям;

3. геохронометрия, или динамическая геоиконометрия — измерения по динамическим 3- и 4-мерным геоизображениям.

17. Графический и картографический образ. Понятия, определения и их основные виды

Графический образ — это то, что роднит все геоизображения и объединяет их в систему. В философии образ понимается как результат познавательной деятельности человека.

Графический образ на геоизображении – это структура, которая отображает реальную или абстрактную геоструктуру (геосистему) являющуюся ее прообразом. Эта модель (знаковая или иконическая) дающая вид, очертание, подобие геосистемы, изображение её.

Графический образ на карте или снимке – это не мысленная, идеальная конструкция, а именно рисунок, узор, модель.

Структура графического образа отражает качественные и количественные характеристики объекта. Графический образ заключает в себе такую пространственную информацию, которую трудно адекватно воспроизвести в вербальной или цифровой форме. Всякий графический образ обладает свойствами (рисунком), отличными от свойств (рисунка) сформировавших его отдельных знаков.

Картографический образ – пространственная знаковая структура (комбинация, композиция) воспринимаемая читателем.

Картографические образы создаются известными графическими средствами: формой знаков, их размерами, ориентировкой, цветом, оттенками цвета, внутренней структурой. Аналогично этому на снимках графический (фотографический) образ создается за счет формы, структуры, текстуры изображения, его цвета и тона. Но не только знаки и графические изобразительные средства формируют графический образ, огромную роль играет пространственная комбинация знаков, их взаимное расположение, размещение их в пространстве, взаимная упорядоченность, объединение или взаимное наложение и другие отношения.

Представления о графических образах получили наибольшее развитие в картографии. Она оказалась наиболее продвинутой в этом отношении, поскольку картосоставление всегда нацелено именно на оптимизацию картографических образов, а использование карт — на их выявление (распознавание, преобразование) и анализ. С этим непосредственно связано понимание сущности картографической информации. Теоретические исследования показали, что картографическая информация есть результат взаимодействия картографических образов и читателя карты.

Картографическая информация — это не нагрузка карты, не количество знаков, не вероятность их появления или степень разнообразия, а результат восприятия картографических образов. Более того, информация возникает лишь в системе «карта — читатель карты» или «карта — распознающее устройство».