Vytvoření 3D modelu vybrané výletní trasy po
turistických zajímavostech
Moravskoslezského kraje
Petr Vavroš
Institut Geoinformatiky
VŠB – Technická univerzita Ostrava
tř. 17. Listopadu
708 33 Ostrava – Poruba
E – mail: p_t_s@centrum.cz
Abstract
Abstrakt
1. ÚVOD
Donedávna
mohli zájemci o turistiku při plánování výletních tras spoléhat většinou jen na
klasické mapy a „papírové“ publikace, které přináší pouze hrubé informace o
daném území nebo výletní trase.
Hlavním cílem této práce je ukázat zájemcům o turistiku možnost
atraktivnějšího způsobu výběru výletních
tras, která spočívá v získání informací z vytvořeného 3D modelu trasy. Využití
grafického znázornění v prostředí GIS přináší oproti klasické analogové mapě
mnoho výhod, jako zejména větší přehled o trase, konkrétně pak o délce trasy,
popř. o stoupání či klesání trasy v terénu či o celkové náročnosti trasy.
V práci jsou navrženy a popsány tři výletní trasy po zajímavostech
Moravskoslezského kraje, přičemž pro jednu z nich je dále podrobněji zpracováno
její hodnocení z hlediska náročnosti, zobrazení v terénu a již zmíněný model
terénu. Práce by mohla najít uplatnění např. pro prezentaci turistickými
centry, případně v nabídce turistických kanceláří.
2. CÍLE
PRÁCE
Cílem práce je představit zájemci vybranou trasu a nabídnout mu
možnost získat o ní co nejvíce informací. Dílčími úkoly bylo trasu navrhnout,
upravit vrstvy potřebné ke zpracování, vytvořit model a následně jej převést do
3D prostředí.
3. NÁVRH
VÝLETNÍCH TRAS
Základem pro celou práci byl výběr vhodných tras pro zpracování.
Tyto trasy byly navrženy tak, aby splňovaly určitá kritéria, tzn. aby se trasy
od sebe navzájem lišily typem dopravního prostředku použitého na trase a také
typem trasy ve smyslu okružní nebo postupné trasy. Jedna z těchto tras byla
dále vybrána pro další zpracování.
Při volbě a návrhu výletních tras bylo přihlíženo k několika
kritériím, a to takovým, aby navržené trasy nebyly stereotypní a zároveň, aby
poskytovaly nabídku kombinací různých použitých dopravních prostředků.
Při návrhu a tvorbě tras bylo použito publikace „Tipy na výlety v
regionu Severní Morava a Slezsko“
Navrhl jsem následující rozvržení:
§
trasy přímé
§
trasy okružní
Trasy přímé vycházejí z jednoho bodu a končí v jiném bodě. Počáteční
a koncový bod se neshodují. Trasy okružní naopak vycházejí i končí v jednom a
tomtéž bodě. Počáteční i koncový je tudíž shodný.
§
trasy pro pěší
§
trasy pro cyklisty
§
trasy pro cestu automobilem
Trasy pro pěší jsou určeny pro pěší turistiku. To znamená, že při
návrhu a tvorbě tras jsem jako podklad z mapy DMÚ25 použil mimo vrstvu
komunikací, konkrétně podvrstvu zpevněné komunikace i
podvrstvu pěšiny a lesních stezky, které jsou pro
ostatní dopravní prostředky nepoužitelné.
Trasy pro cyklisty jsou navrženy primárně pro cykloturistiku,
ale mohou být využity i pro pěší turistiku. Tyto trasy obsahují vrstvu
komunikací, konkrétně podvrstvu komunikace se
zpevněným povrchem a podvrstvu komunikace, konkrétně podvrstvu lesní a zemědělské cesty.
Trasy pro výlety automobilem jsou zpracovány pouze s využitím
vrstvy komunikací, konkrétně komunikací se zpevněným povrchem.
Pro další zpracování a vytvoření modelu jsem vybral trasu
„Radegast“, která je pěší a tudíž zahrnuje všechny druhy zpracovávaných typů
komunikací (lesní stezky, polní cesty i silnice).
Typ trasy: přímá
Typ dopravního prostředku:
pěší
Trasa prochází body: Rožnov p. Radhoštěm - Radhošť - Pustevny - Hotel Ráztoka -
Frenštát p. R. (kostel) - Horečky (myslivna) - Velký Javorník - Pod Javorníkem
(rozc.) - Frenštát p. R (městský park).
Délka: 35 km
4. DATOVÉ
ZDROJE
Základním zdrojem dat byl Digitální model území v měřítku 1:25 000
neboli DMÚ 25. Tato digitální mapa byla zvolena kvůli vhodnému měřítku pro tuto
práci a také pro dostačující míru informací,
které v sobě obsahuje.
Obsažená data jsou uspořádána po mapových listech. Dále je obsah
topografické mapy rozdělen do sedmi logických vrstev:
§
Vodstvo
§
Komunikace
§
Potrubní, energetické a telekomunikační trasy
§
Rostlinný a půdní kryt
§
Sídla, průmyslové a jiné topografické objekty
§
Hranice a ohrady
§
Terénní reliéf
Naskenovanou turistickou
mapou Moravskoslezského kraje jsem použil jako podklad pro digitalizaci míst,
jež tvořily vytvářenou trasu.
5. POUŽITÉ
PROGRAMOVÉ PROSTŘEDKY
Pro práci byly použity programové prostředky obsahující nástroje
pro tvorbu, editaci a analýzy dat. Pro účely práce byly zvoleny produkty fy.
ESRI, konkrétně program ArcGIS Desktop a ArcView GIS. ArcView je možno
také rozšířit o další funkce použitím tzv. extenzí. Jsou to doplňky obsahující
funkce, které v základní verzi ArcView nejsou
obsaženy. Pro mou práci byly využity i některé méně známé extenze.
Dalším z důležitých programů
pak byl SwirlX3D pro práci s jazykem VRML a X3D.
6. HLEDÁNÍ
NEJKRATŠÍ CESTY
Metoda hledání nejkratší cesty je jeden z druhů analýz, které byly
použity v této bakalářské práci. Tato analýza řeší jeden z hlavních úkolů práce
a to je tvorba trasy procházející navrženými body.
7. PŘÍPRAVA
DAT
Příprava dat spočívala ve výběru a uzpůsobení dat, konkrétně
vrstvy vrstevnic z mapy DMÚ 25,
potřebných pro modelování terénu v programovém prostředku ArcView GIS. Tato data nebyla ve formátu použitelném pro
účely tvorby modelu a trasy, bylo nutno je proto upravit.
Důležité bylo spojení vrstvy vrstevnic k tvorbě 3D modelu, které
probíhalo v těchto krocích:
§
načtení vrstev v ArcView
GIS
§
převod do formátu ArcView
shapefile
§
načtení vrstev ve formátu ArcView
shapefile v programu ArcInfo
§
odstranění hraničních linií mezi mapovými listy
§
převod do formátu ArcInfo
coverage
§
vyčištění topologie příkazem CLEAN
§
vystavění topologie příkazem BUILD
§
převod do formátu ArcView
shapefile
Pro zpracování byly použity logické vrstvy:
§
vrstevnice
§
komunikace (pěšiny, stezky; mosty; pozemní
komunikace; cesty)
§
budovy
§
vegetace (lesní porost, louky)
§
vodstvo (vodní nádrže, řeky),
které obsahují podvrstvy s těmito kódy:
styp |
Sémantický typ |
AP050 |
pěšina,
stezka |
AQ040 |
most,
přemostění |
AP030 |
pozemní |
AP010 |
cesta |
EA030 |
lesní
školka |
EB010 |
pastvina,
louka |
EC015 |
les |
EC030 |
strom |
BH140 |
řeka,
potok |
BH080 |
vodní
nádrž |
CA010 |
vrstevnice |
AL015 |
budova |
tabulka 1 – kódy podvrstev
8.
TVORBA 3D MODELU A TRASY
Výsledkem zpracování vybraných vrstev z mapy DMÚ25 do 3D prostředí
byla data ve formě vrstevnicového modelu, nebo Digitálního modelu terénu (DMT)
oblasti, kterou daná trasa prochází, a to současně se zobrazením vlastní trasy.
Tvorbě Digitálního modelu terénu však musela předcházet nezbytná úprava dat,
protože ve formátu, ve kterém byla data původně uložena, je nebylo možno
použít.
Model trasy a okolí byl vytvářen z bodové vrstvy digitalizovaných
míst, kterými trasa prochází a dále z již připravených dat, tzn. z vrstvy
souřadnic pro vytvoření modelu TIN a dalších vrstev pro zobrazení jednotlivých
objektů.
Bylo přistoupeno k vytvoření a zobrazení pouze výřezu sítě
vrstevnic, který byl menší než původní spojené vrstvy, místo všech původních
vrstev mapových listů do kterých zasahovala trasa. Byl vytvořen výřez
požadované části území a teprve tato část zobrazující okolí trasy byla
převedena do TINu.
Tvorba modelu byla prováděna v těchto krocích:
§
digitalizace míst z naskenované
turistické mapy
§
vytvoření trasy pomocí extenze Network Analyst
§
vytvoření nové vrstvy pro provedení výřezu z
ostatních vrstev
§
načtení a výřez všech použitých vrstev
§
vytvoření TINu z vrstevnicového modelu
§
převod vrstev z formátu ArcView
Shapefile do ArcView 3D shapefile
§
zobrazení všech vrstev v 3D modelu území
Pro
digitalizaci byl zvolen nástroj Network Analyst pro vyhledání
nejlepšího možného průběhu trasy. Před samotnou digitalizací bodů musela být
nejprve vytvořena nová bodová vrstva. Zaznamenávaly se body pomocí nástroje pro
výběr bodů, které jsem spojil použitím pomocí nástroje pro výpočet nejkratší
trasy.
Dalším krokem bylo vytvoření TINu z vrstevnicového modelu, převedení
vrstev do formátu ArcView 3D shapefile
a jejich úprava.
V 3D modelu měla liniová vrstvy komunikací představovat silnice,
lesní a polní cesty a pěšiny co nejvíce se přibližující se realitě. Řešením
bylo vytvoření vrstvy obalových zón (bufferů) kolem
vrstvy komunikací, čímž bylo dosaženo vzhledu připomínajícího skutečné
komunikace. Tato polygonová vrstva měla šířku závislou na typu komunikace.
V atributové tabulce vrstvy komunikací byla každému typu
komunikace přidělena hodnota šířky do nového pole sirka, podle kódu, který ji
představuje. Pro lepší viditelnost v modelu byly přidělené šířky mírně
nadhodnoceny. Vlastní šířka komunikace byla dvojnásobná, než je údaj uvedený v
poli sirka, protože obalové zóny se vytvoří na obě strany od zadané linie.
název |
kód |
šířka |
barva |
silnice |
AP030 |
|
šedočerná |
most |
AQ040 |
|
šedočerná |
polní, lesní cesta |
AP010 |
|
světle hnědá |
pěšina, stezka |
AP050 |
|
zelená |
visutá dráha |
AQ010 |
|
tmavě hnědá |
Tabulka 2 – atributy vrstvy komunikací
Obrázek 1 - výřez z 2D
zobrazení modelu s vrstvou komunikací rozlišenou šířkou a barvou
Obrázek 2 - výřez modelu v
3D zobrazení programu ArcView
Obrázek 3 - zobrazení všech
vrstev v programu ArcView
Po exportu modelu do VRML model dále zpracováván v jazyce X3D.
Použil jsem zkušební verzi programu Swirlx3D, která se zdála být pro tuto práci
nejvhodnější.
Bohužel při pokusu o zpracování celé trasy a modelu okolí v tomto
programu docházelo ke komplikacím. Model byl dost složitý a tudíž náročný na
software i hardware. Byl proto vytvořen průlet pouze nad částí modelu a ten
otevírá cestu, kterou by se modelování mohlo ubírat dále.
9. ZPRACOVÁNÍ
PROFILU
Zpracování profilu vytvořené trasy bylo další součástí, která může
sloužit zájemcům, kteří se chtějí dozvědět více informací o dané trase.
Profil trasy byl vytvořen v programu ArcView
GIS a to pomocí volně dostupných extenzí Points and Polyline Tools
v1.2 pro vytvoření bodové vrstvy průsečíků vrstvy trasa.shp
a liniové vrstvy vrstevnice.shp.
Obrázek 4 - upravený profil trasy „Radegast“
Kromě profilu je možno podrobnější informace o trase získat také z
analýzy trasy. Ta představuje přehled o nejvyšší a nejnižší části trasy,
sklonu, stoupání či klesání, nadmořské výšce, převýšení apod. Trasa je
rozdělena na úseky, které představují část trasy od jednoho bodu na trase
(zastávky) k bodu druhému. Tyto statistiky byly získány pomocí extenze 3D PolyLineZ Properties v.2.1.
Postupně se označením jednoho úseku trasy v atributové tabulce a spuštěním
extenze daly získat informace o úsecích trasy, které jsou uloženy do tabulky v
programu MS Excel. Soubor byl pojmenován podle názvu trasy, trasa Radegast.xls.
Pro rozšíření informativní hodnoty byly pomocí extenze LineSlope spočítány sklony jednotlivých úseků trasy. Do
dialogového okna se postupně zadával název vrstvy, který se měl zpracovávat, v
tomto případě trasa.shp a model TIN, podle kterého se
sklon spočítal. Do atributové tabulky zpracovávané liniové vrstvy se pak
vytvořilo nové pole, kde hodnoty v něm uložené představovaly průměrný sklon
daného úseku trasy v procentuálním vyjádření.
Kdybych měl zhodnotit vyobrazenou trasu „Radegast“, pak z profilu
je možno soudit, že se jedná o
náročnější trasu se dvěma většími stoupáními - Radhošť a Velký Javorník. Z
tabulek uvedených níže je dále možno zjistit, v jaké nadmořské výšce se body
trasy nachází, důležitý údaj o celkové délce trasy, popř. o jednotlivých
úsecích, jejich stoupání a klesání apod. Podrobnější statistiky obsahuje
příloha.
Atributy trasy
Radegast |
||||
Průběh
trasy: |
nadm.výška
[m.n.m.] |
délka jednotl. úseků [m] |
stoupání
/ klesání |
|
Rožnov p. Radhoštěm |
390 |
|
|
|
Radhošť |
1125 |
6708 |
stoupá |
|
Pustevny |
1010 |
3709 |
klesá |
|
Hotel Roztoka |
575 |
2689 |
klesá |
|
Frenštát p. R. (kostel) |
395 |
5751 |
klesá |
|
Horečky (myslivna) |
525 |
3058 |
stoupá |
|
Velký Javorník |
915 |
6453 |
stoupá |
|
Pod Javorníkem (rozc.) |
445 |
4801 |
klesá |
|
Frenštát p. R (městský park) |
410 |
2524 |
klesá |
|
Typ
trasy : |
- přímá |
|||
|
- pěší |
|||
Celková
délka trasy [m]: |
|
|||
Tabulka 3 – Přehled trasy Radegast
Tato práce se soustředila na návrh a vytvoření výletní trasy po
turistických zajímavostech Moravskoslezského kraje a zpracování do 3D modelu
pomocí programových prostředků pro GIS. Rozumí se tím navržení trasy podle
určitých kritérii, vytvoření 3D modelu z vhodných zdrojů a následné
analýzy této trasy a celého modelu.
Výsledkem práce jsou vrstvy zachycující vytvořenou trasu a její
okolí, průlet nad částí trasy zpracovaný v jazyce X3D a statistiky trasy
poskytující informace o zpracované trase. Použité metody byly vhodné pro
zpracování dat získaných převážně z DMÚ 25. Výsledek podle mého názoru poskytuje
zájemci dostatek informací o zpracované trase a vytvořený 3D model vybrané
výletní trasy po turistických zajímavostech Moravskoslezského kraje je vhodnou
alternativní cestou získávání informací.
V závěru práce je zmíněn způsob řešení nabídky ubytovacích
míst související s trasou. Pro splnění tohoto úkolu ovšem nebyla dostupná
data. Proto je v této bakalářské práci analyzována možnost dalšího postupu
v uvedené oblasti.
Literatura
1 Ministerstvo pro
místní rozvoj, kolektiv autorů: Tipy na výlet v turistickém regionu
Morava a Slezsko. Neprodejná publikace, 1. vyd. 64
stran.
2 GIS Dictionary
[online]. Geography at Edinburgh.
Dostupný na WWW: < http://www.geo.ed.ac.uk/agidict/alpha.html>.
3 Web 3D Consortium
[online]. Konzorcium pro 3D grafiku na internetu.
Dostupný na WWW: < http://www.web3d.org
>.
4 PEŇÁZ, T.: Jak zpracovat diplomovou
a bakalářskou práci z Geoinformatiky. Příručka
pro studenty Geoinformatiky, Ostrava 2003.
5 PILCHOVÁ,
G.: Informační systém cykloturistických stezek Těšínska.
Sborník konference GIS, Ostrava 2002.
6 RENNER, O.: Geoinformační podpora návrhu optimalizace
hasebních obvodů v Moravskoslezském kraji. Diplomová práce, VŠB-TU
Ostrava, Ostrava, 2003.
7 ESRI, Redlands.
ArcGIS 8 : What is ArcGIS, 2001.
8 ESRI, Redlands.
Network Analyst,
1996.
9 ESRI, Redlands.
Using ArcGIS Spatial Analyst, 2001.
10 ESRI [online]. Stránky fy. ESRI.
Dostupné na WWW: < http://www.esri.com >.
11 Vojenský
topografický ústav.: Dokumentace DMÚ 25. Dobruška: 1999.
12 DIGIS [online].:
Přehled produktů ESRI. Dostupné na
WWW:
<http://www.digis.cz/phpwebadmin/cteni.php?idStranky=str06020910011102815498320051232 >
13 Terminologický výkladový slovník z oblasti
geoinformací. [online].: Věstník úřadu pro
veřejné informační systémy, Praha, 2001. Dostupné na WWW: < http://www.relsie.cz/standardy/r2/V2001c3i.pdf
>1