En  Ru  Ua
 
 
 
 
 
 
Часопис картографії

 

 

 

 

 


Геодані

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

УДК 528.91:910.27

Полякова Н. О.

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Метричність та зображувальні засоби динамічних картографічних зображень

      У статті представлені результати дослідження метричних властивостей динамічних об’єктів анімаційних карт, а також наведено приклади деяких зображувальних засобів картографування динамічних зображень. В результаті дослідження з’ясовано, на які основні групи можна поділити динамічні картографічні зображення за їх метрикою, визначено метричні параметри, які передбачають можливі вимірювальні дослідження різних картографічних зображень, серед яких основну увагу приділено динамічним або анімаційним картографічним зображенням. Наведені приклади деяких зображувальних засобів мають найпоширеніше застосування динамічного відображення різних об’єктів картографування на анімаційних картографічних зображеннях, їх використання дозволяє наочно та ефективно продемонструвати основні тенденції розвитку об’єкта картографування та здійснити візуальну оцінку різних динамічних процесів.

      Метричні властивості динаміки анімаційних картографічних зображень можуть бути використані як дослідницька інформація певних відомостей про об’єкт картографування. Опрацювання такої інформації дозволяє з’ясувати деякі метричні показники, насамперед показники, одиницями виміру яких є час.

      Ключові слова: метричність, анімаційна картографія, динамічні об’єкти, зображувальні засоби.

 

      Вступ

      Створення картографічних комп’ютерних анімацій спричинило впровадження у практику динамічних графічних змінних. Інакше кажучи, усі статичні графічні змінні здобули ще один часовий вимір. Анімації дозволяють змінювати форму і розмір об’єкта, колір та його насиченість, внутрішню структуру й положення знака на карті. Найбільш часто застосовуються:

  • переміщення знаків полем карти, що показує, наприклад, рух ліній атмосферних фронтів на синоптичних картах, рух літаків;

  • рух стрілок, що вказують напрямки транспортних потоків, перенесення повітряних мас тощо;

  • зміна кольору, тобто поступова зміна або навіть пульсація забарвлення, вібрація кольору, наприклад при демонстрації поширення ареалу інфекції або епідемії;

  • миготіння знаків, що привертає увагу до визначеного важливого об’єкта на карті, наприклад до джерела хімічного забруднення навколишнього середовища.

      На стику картографічної семіотики та технологій комп’ютерного дизайну стрімко розвивається проектування динамічних картографічних позначень.

      Як відомо, динаміка властива кожному географічному об’єкту, процесу, явищу та впливає на їх зв’язки. Картографування динаміки явищ і процесів відображає їх виникнення, розвиток, зміни у часі й переміщення в просторі. З цією метою застосовують наступні основні картографічні підходи:

  • динаміка умовних позначень (на одній карті за допомогою спеціально розроблених способів зображення динаміки об’єктів картографування);

  • динаміка картографічної основи, яка досягається використанням серій різночасових карт;

  • поєднання динаміки картографічної основи з динамікою умовних позначень.

      Часто застосовують поєднання перших двох підходів. Створення карт динамічного змісту в ряді випадків передбачає можливість їх порівняння і зіставлення, а розробка серій узгоджених карт не виключає внесення динамічних характеристик до кожної карти. Залежно від призначення динамічної карти і завдань дослідження, які візуалізують різними видами картографічної динаміки, відповідно застосовують різні картографічні підходи, способи картографічного зображення динаміки об’єктів картографування.

 

      Постановка проблеми

      Як відомо із теорії картографії, однією з властивостей карти є її метричність, яка дозволяє визначати відмінності об’єктів у різних вимірювальних одиницях. Такі операції можуть виконуватися при оцінці характеристик об’єктів картографування з практичною дослідницькою метою. Це можуть бути наступні метричні характеристики об’єктів на карті:

  • геометрії:

            - відстань (довжина), характеристика протяжності ліній;

            - площа, функція геометричної фігури на площині;

  • координати, одиниці визначення положення об’єкта на картографічному зображенні;

  • динаміки:

            - просторово-часових параметрів;

            - вимірювання безпосередньо динаміки самих об’єктів, їх руху та зміни форми;

  • колір, як характеристика спектрального світла з врахуванням зорового сприйняття користувачем картографічного зображення, тобто вимірювання тональності, насиченості кольору, його кількісного відображення.

      Остання метрична характеристика детально не розглянута в статті, оскільки колориметрія є одним із напрямів картографічного видання і має більш технічне спрямування. Виключенням є дослідження візуального чи психологічного сприйняття картографічного зображення, зокрема кольорової складової об’єкта картографування, що є за межами тематичного напряму статті й розглядалось вже раніше [6].

 

      Аналіз останніх досліджень та публікацій

      Теоретичні відомості щодо динамічних картографічних зображень викладено в підручниках визнаних вчених-картографів нашої держави [3, 4] та за її межами [1, 5, 7]. Основні картометричні визначення пов’язані із вимірюваннями довжин, площин, об’ємів, кутів та напрямків. Такі вимірювальні роботи відомі зі стародавніх часів [2]

      Наявність характерних просторово-часових співвідношень для різних об’єктів, явищ та процесів враховують при використанні різночасових картографічних зображень. Проведення наукових та практичних вишукувань потребує вибору оптимальних просторово-часових інтервалів, в межах яких є можливість виконувати вимірювання найкращим чином [1].

      Мета статті – з’ясувати метричні властивості та зображувальні засоби динамічних об’єктів картографічних зображень.

 

      Виклад основного матеріалу

      При роботі з картографічними зображеннями використовують різні прийоми для встановлення зв’язків або залежностей між будь-якими явищами, при цьому аналізуючи різні метричні характеристики, тобто характеристики вимірювальних операцій. Наприклад, характеристики довжин, відстаней, площ, кутів тощо.

      Перш ніж розглядати метричні характеристики в картографії, необхідно з’ясувати на яких саме картографічних зображеннях виконують вимірювання. Традиційно розрізняють дві основні групи картографічних зображень:

  • фіксовані картографічні зображення, до яких можна віднести друковані карти на папері;

  • електронні картографічні зображення, до яких належать картографічні твори в безпаперовій формі, що представляють собою цифрові дані, в тому числі цифрові карти чи шари даних ГІС в електронному вигляді з програмними засобами їх візуалізації.

      Фіксовані картографічні зображення існують багато століть. Метричні дослідження таких зображень науково сформовані й викладені у чисельній науковій та навчальній літературі. Поступово виокремлено цілий ряд дисциплін, котрі розглядають вимірювальні дослідження, таких як: картометрія (вимір за картами координат об’єктів, їх геометричних характеристик та розмірів, орієнтації в просторі); фотограмметрія (вимірювання за аеро- та космознімками розмірів та положення об’єкта); морфометрія (вимірювання форм і структур об’єктів за картами та знімками); колориметрія (вимірювання і кількісне вираження колірних характеристик на картографічних зображеннях); стереофотограмметрія (вимірювання геометричних характеристик об’єктів за стереопарами фотознімків на основі використання стереоскопічного ефекту). А також багато інших дисциплін, перелік яких можна продовжити. Це дисципліни як практичного спрямування із застосуванням при проектуванні, друці картографічних творів, так і суто теоретичні. Перелік метричних дисциплін в картографії систематизовано А.М. Берлянтом [1], а також виокремлено загальну дисципліну щодо картографічних вимірювань – геоіконометрію, яку запропоновано розглядати як частину загальної метрології.

      Щодо метричних досліджень електронних картографічних зображень, попередньо необхідно з’ясувати, на яких картографічних зображеннях виконуються вимірювання, оскільки електронні картографічні зображення відносно їх метричних характеристик можна поділити на двомірні, тримірні (об’ємні), багатомірні динамічні.

      Метрика двомірних та тримірних картографічних зображень передбачає вимір:

  • координат об’єктів в плані – для двомірних зображень (наприклад, прямокутних координат x,y, географічних – ?, ?) або в плані та по висоті – для об’ємних зображень;

  • геометричних характеристик – це можуть бути вимірювання довжин, площ, кутів горизонтальних (для двомірних зображень, наприклад дирекційних), а також окрім горизонтальних ще й вертикальних (для об’ємних зображень, наприклад для визначень стрімкості схилів тощо).

      З розвитком інформаційних технологій, доступносттю інтернет-зв’язку швидко зросла й кількість та рівень користувачів електронних картографічних зображень. В роботі з картографічним зображенням користувачі успішно виконують і вимірювальні операції, зокрема це користувачі WEB-картографії та ГІС-технологій.

      Динамічні картографічні зображення, як новий вид зображень Землі або її частин, можуть бути у вигляді анімацій, картографічних фільмів, мультимедійних карт. Динамічні картографічні зображення програмно-керовані, під час демонстрації відтворюють ефект руху, переміщення зображення або окремих об’єктів по екрану.

      Динамічні картографічні зображення передають динамічну послідовність електронних карт, які відображають на екрані комп’ютера динаміку, еволюцію зображуваних об’єктів та явищ, їх переміщення в часі та просторі [1]. Такі карти функціонують виключно в комп’ютерному середовищі.

      Динамічні картографічні зображення можуть складатися з різночасових знімків, карт, бути плоскими або стереоскопічними, відображати реальні об’єкти й абстрактні моделі. Вони складають особливий клас геозображень – просторово-часових, масштабних генералізованих моделей земних об’єктів і процесів, представлених в графічній образній формі. Динамічна картографія ґрунтується на принципах мультиплікації, тобто на послідовному перегляді з певною швидкістю (оптимальною вважається 30-33 кадрів/с) серії кадрів-карт (кадрів-моделей), кожен з яких має певний часовий зріз стану об’єкта або явища, що і створює ілюзію руху. Тому динамічне картографування можна назвати також анімаційним картографуванням. Поширений термін «анімаційна картографія» (animated cartography), а динамічні серії карт називаються «анімаційними послідовностями» (animation sequences).

      Перш ніж розглядати метричні характеристики багатомірних динамічних картографічних зображень, слід з’ясувати можливу вимірність таких зображень. За визначенням, динамічні геозображення можуть бути двовимірні і тривимірні, такими, що відображають динаміку, еволюцію об’єктів чи явищ, переміщення в просторі тощо [4]. Оскільки зображення представлені в динаміці, то метрика таких зображень не може бути обмежена лише просторовими вимірюваннями, тобто вимірюваннями координат і геометричних характеристик. Метричні характеристики динамічних картографічних зображень обов’язково мають часові параметри для вимірювання. Такі часові параметри дають можливість розробляти методи кількісного аналізу в реальному або близькому до реального масштабах часу. Так, наприклад, на анімаційних динамічних картах хмарності та опадів часові параметри надають можливість визначати час очікуваних опадів [14], а на картах еволюції льодовиків – приблизний проміжок часу, коли льодовик досяг максимальної площі [11] тощо.

      Слід також зазначити, що не всі анімаційні карти мають динаміку у часі, тобто мають часові параметри, тому їх метричні характеристики є дво- та тримірними. Такі картографічні зображення до багатомірних не належать.

      Вимірювання на динамічних картографічних зображеннях, як і на інших картографічних зображеннях, виконують із застосуванням масштабу зображень.

      Як відомо, масштаб карти відображає ступінь зменшення лінійних розмірів земного еліпсоїда (кулі) при їх зображенні на карті [1, 3, 4]. Таке визначення не можливо повною мірою віднести до динамічних картографічних зображень. Оскільки під час проектування динаміки картографічних зображень застосовують не лише зменшення лінійних розмірів, а і змінення у часі, тому можна стверджувати про часовий масштаб. Поняття часового масштабу сформульовано А.М. Берлянтом [1]. І це не просто інший вигляд масштабу, як, наприклад, види масштабів в чисельному, іменованому та графічному вигляді. Це масштаб, відмінний за метричними показниками.

      Якщо класичний масштаб карти відображає відношення відрізків на карті до відповідних йому відрізків на земному еліпсоїді, то часовий масштаб відображає відношення часу демонстрації зображення до часу реального світу. Спостерігаючи за еволюцією зірок на динамічному зображенні зоряного неба, часовий масштаб відображає відношення часу відображення змін на екрані до часу еволюції зірок. Наприклад, 1 секунда демонстрації дорівнює приблизно одному року.

      Масштаби анімаційних карт є функцією від призначення картографічного зображення. Під час використання різночасових картографічних зображень важливо знати їх часові діапазони, тобто відрізки часу, які можливо відображати, вивчати та моделювати за їх допомогою. Різні явища мають різні характерні просторово-часові інтервали. Так, для геоморфологічних явищ – це десятки км2/століття, для гідрологічних об’єктів – сотні км2/роки, а для погодних явищ – сотні км2/добу. Наявність характерних просторово-часових співвідношень для різних об’єктів, явищ та процесів враховують під час використання різночасових картографічних зображень. Проведення наукових і практичних вишукувань потребує вибору оптимальних просторово-часових інтервалів, в межах яких можливо виконувати вимірювання найкращим чином [1].

      Метричні характеристики сучасних картографічних зображень можуть передбачати вимір: координат об’єктів, геометричних характеристик, просторово-часових параметрів, а також вимірювання безпосередньо динаміки самих об’єктів.

      Є також цікаве ствердження, що час є четвертою координатою [5]. Дійсно, положення об’єкта на більшості динамічних картах визначається плоскими, висотними та часовими координатами.

      Динаміка об’єктів анімаційних картографічних зображень створюється наступними основними способами:

  • анімацією руху, коли об’єкт змінює своє положення в просторі з плином часу анімації.

  • анімацією форми, коли з плином часу об’єкт частково або повністю змінює свою форму.

      Анімація руху об’єкта може бути із умовною швидкістю за визначеною траєкторією (наприклад, маршрут літака [8]). Це найпростіша анімація картографічного зображення. Її найчастіше застосовують під час зображення руху об’єктів, відображення процесів, коли немає необхідності опису характеристик руху, а є лише необхідність відображення самого факту руху. У подібній анімації вимірювання динаміки об’єктів немає сенсу, оскільки швидкість руху переміщення об’єкту є умовною величиною.

      В анімаційній картографії динаміка об’єктів чи процесів може бути із заданою швидкістю, наприклад, переміщення циклонів та інших погодних явищ, де швидкість руху (іноді і характер руху) є важливою метричною величиною [14]. Рух об’єктів може бути із рівномірною чи постійною швидкістю або, найчастіше, із нерівномірною швидкістю руху. Такі більш складні анімації картографічного зображення побудовані з розбивкою траєкторії або шляху динаміки об’єкта на ділянки, де об’єкт рухається з різною швидкістю або змінює швидкість руху.

      Метричні характеристики динаміки об’єкта із заданою швидкістю можуть бути представлені у вигляді:

  • загальної швидкості об’єкта, який рухається з початкової до кінцевої точки;

  • швидкості руху об’єкта картографування на визначених ділянках його траєкторії.

      Анімація форми передбачає змінення не місцеположення об’єкта на карті, а зміни самого об’єкта. Найпростішим видом анімації форми є зміна розміру об’єкта, наприклад, еволюція розмірів льодовика [11].

      Вимірювання метричних кількісних характеристик, а саме змін розміру анімації форми, збільшення/зменшення об’єкта, зручно виконувати для масштабних умовних знаків упродовж заданого проміжку часу, оскільки вимір розміру форми масштабного умовного позначення відповідає збільшенню/зменшенню чисельної характеристики об’єкта.

      При створенні анімації форми для побудови умовного позначення, використовують декілька значень упродовж заданого часового відрізка. На основі цих значень створюється умовний знак у ключових кадрах анімації з розміром, відповідним чисельній характеристиці. За умови недостатньої кількості відомих чисельних значень, додаткові значення обчислюються за допомогою інтерполяції, і за ключовими кадрами створюється анімація умовного знака. Зрозуміло, що використання значень показників об’єкта картографування упродовж заданого часу, неможливо застосувати для позамасштабних умовних знаків.

      На анімаційних картографічних зображеннях, окрім зміни розміру об’єкта, можлива зміна його форми. Як відомо, зі зміною змістовного навантаження (інформативності) змінюються й елементи, які формують умовне позначення [3]. Зміна якісних характеристик об’єкта картографування упродовж заданого часу зумовлює зміну форми умовного знака. Якщо об’єкт картографування на визначеному відрізку часу набуває інших якостей, то для відображення процесу таких відмінностей створюють анімацію зміни форми. Наприклад, за певний час річка поступово пересихає, що зумовлює зміну умовного позначення.

      Зрозуміло, що вимірювання різночасових змін у формах поверхонь шляхом візуальних спостережень провести неможливо. Під час анімації руху в умовному позначенні змінюється місце його розташування на карті і, відповідно, його координати. Всі зміни координат умовного знака повинні вноситися в базу даних. Під час анімації форми змінюються характеристики умовного знака і значення цих характеристик також повинні вноситися в базу даних. Згодом, при відтворенні анімації, користувач зможе переглянути кількісні та якісні характеристики об’єкта із відображенням зміни умовного знака.

      Зображувальні засоби картографування динаміки. Створення картографічних комп’ютерних анімацій спричинило впровадження в практику динамічних графічних змінних. Як вже зазначалося, всі статичні графічні змінні набули ще й часовий вимір. Анімації дозволяють змінювати форму і розмір об’єкта, колір і насиченість кольору, внутрішню структуру і саме положення знака на карті.

      В динамічній картографії застосовують практично ті самі способи картографічного зображення, що й в традиційній теорії картографії. Використовуючи та враховуючи динаміку, вже переглянуто та доопрацьовано способи картографічного зображення [5]. Тому доцільно розглядати не самі способи картографічного зображення, які є добре відомими та практично застосовуються картографами упродовж останнього століття, а сучасні засоби, які використовують для динаміки картографічного зображення.

      Серед зображувальних засобів картографування динаміки різних об’єктів найчастіше застосовуються динаміка ліній і напрямів, поступова зміна кольору і контурів площ, миготіння та переміщення значків (табл. 1).

 

Таблиця 1. Застосування деяких засобів картографічного відображення в динамічній картографії

      Графічний вигляд зображувального засобу сформовано динамічними лінями та ізолініями по карті. Наприклад, динаміка атмосферного тиску, температури, перенесення повітряних мас, переміщення ліній атмосферних фронтів на синоптичних картах [12].

Графічний вигляд динамічних ізоліній

      Для відображення переміщення транспортних потоків використано динамічний зображувальний засіб ліній та стрілок. На карті рух стрілок вказує напрямки транспортних потоків [13].

Анімовані лінії та стрілки

      Поширення інфекції або епідемії наочно відображається кольоровим забарвленням територій із поступовою зміною або навіть пульсацією забарвлення, вібрацією кольору [9].

Зміна кольорового забарвлення

      Локалізовані значки джерел хімічного забруднення або інші важливі об’єкти на карті краще привертають увагу миготінням знаків. Зображувальний засіб динамічних значків [10].

Миготіння значків

      Заповнювальний динамічний зображувальний засіб використовують для карт динаміки площинних контурів явищ на різні дати [15].

Анімований контур

 

      Перші три приклади застосування зображувальних засобів в динамічній картографії за відображенням належать до анімації руху. Такі динамічні умовні знаки можуть змінювати форму, колір, розмір, змінюватися на інший умовний знак, переміщуватись, змінювати швидкість переміщення.

      Останній приклад за відображенням належить до анімації форми, тобто частково або повністю змінює форму та колір.

 

      Висновки

      Метричні властивості динаміки анімаційних картографічних зображень можуть бути використані, як дослідницька інформація певних відомостей про об’єкт картографування. Опрацювання такої інформації дозволяє з’ясувати деякі метричні показники, насамперед, показники, одиницями виміру яких є час.

      Використання динамічних зображувальних засобів дозволяє наочно та ефективно продемонструвати основні тенденції розвитку об’єкта картографування та провести візуальну оцінку різних динамічних процесів.

 

      Перспективи дослідження

      Застосування динамічних зображувальних засобів і різних анімаційних ефектів під час проектування картографічних умовних позначень динамічних карт створює певний напрям для досліджень картографічної семіотики, оскільки саме картографічна семіотика вивчає теорію зображувальних засобів картографії та принципи розроблення картографічних умовних позначень.

      Вивчення метричних властивостей динамічних картографічних зображень дозволяє виокремити в картометрії напрям динамічної картометрії з подальшими дослідженнями його структури, формулюванням термінів, визначень та основних положень.

 

      Рецензент – кандидат географічних наук, доцент В. І. Остроух

 

      Література:

  1. Берлянт А. М. Картография: Учебник для вузов. М. : КДУ, 2010. 328 с.

  2. Берлянт А. М. Образ пространства: карта и информация. М. : Мысль, 1986. 240 с.

  3. Божок А. П., Молочко А. М., Остроух В. І. Картознавство: підручник / За ред. А. П. Божок. К. : Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2014. 332 с.

  4. Ляшенко Д. О. Картографія з основами топографії. К. : Наук. думка, 2008. 184 с.

  5. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учеб. пособие для студ. вузов / Капралов Е. Г., Кошкарев А. В., Тикунов В.С. и др. ; Под ред. В. С.Тикунова. М. : Академия, 2004. 352 с.

  6. Полякова Н. О. Деякі чинники візуального сприйняття інформації з карти [Текст] // Проблеми безперервної географічної освіти і картографії. 2008. Вип. 10. С. 176 – 181

  7. Скворцов А. В. Геоинформатика: Учебное пособие. Томск : Изд-во Томского ун-та, 2006. 336 с.

 

     Електронні ресурси:

  1. Анимация карты в Motion. Анимация траектории движения (анимация пути) на карте в Apple Motion 5 [Електроний ресурс]. Режим доступу : https://www.youtube.com/watch?v=2M-CyGP1y8E.

  2. Карта распространения малярии [Електроний ресурс] Режим доступу : https://www.google.com/search?q=%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B0+%D0%BC%D0%B0%D0%BB.

  3. Карта химических загрязнений [Електроний ресурс]. Режим доступу : https://www.google.com/search?client=firefox- b&tbm=isch&sa=1&ei=pbrlW66ENom6swGK9KDADA&q.

  4. Карта эволюции ледника [Електроний ресурс]. Режим доступу : https://nplus1.ru/news/2016/03/18/picture-of-last-ice-age

  5. Карты погоды и анимации [Електроний ресурс]. Режим доступу : https://www.gismeteo.ua/map/catalog.

  6. Карты транспорта и экономических связей [Електроний ресурс]. Режим доступу : https://bookonlime.ru/lecture/glava-16-karty-transporta-i-ekonomicheskih-svyazey.

  7. Meteoblue. Прогноз погоды [Електроний ресурс]. Режим доступу : https://www.meteoblue.com/ru/map.

  8. Polska 990 – 2008 [Електроний ресурс]. Режим доступу : https://www.youtube.com/watch?time_continue=25&v=eAVV WlUywO0.

 

      Надійшла до редакції 11 листопада 2018 р.

 
 

 
 
  +38 098-456-90-20
  +38 095-311-69-98
UkrNetMail logograd@ukr.net  
Gmail

inventlib@gmail.com

 

FBMessenger https://www.facebook.com/logograd FaceBook facebook.com/logograd  
Viber +38 098 456 90 20 linkedin.com/in/andrey-oreshchenko  
Telegram +38 098 456 90 20 Instagramm andrey_oreshchenko  
WhatsUp +38 098 456 90 20