DÂY LƯNG & VÍ DA CHẤT LƯỢNG CAO THƯƠNG HIỆU H2


3D GIS: Một cái nhìn tổng quan

Ngày 28/11/2008 tại Hà Nội, Bộ Xây dựng đã tổ chức Hội thảo ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong phát triển đô thị. Ashui.com xin giới thiệu với bạn đọc tổng quan về công nghệ 3D GIS.
Như chúng ta đều biết, mục đích cuối cùng của bản đồ là mô hình hoá thế giới thực. Trong quyển Nature of Maps của Robinson & Petchenik (năm 1976) bản đồ được định nghĩa có sử dụng một thuật ngữ là "milieu". Thuật ngữ "milieu" thú vị bởi hàm ý bản đồ không riêng là tờ giấy phẳng và tĩnh yên như một tờ bản đồ giấy. Thật vậy, chúng ta đã có nhiều cố gắng thể hiện bằng bản đồ những đối tượng có số chiều nhiều hơn hai chiều (2D). Một trong những cố gắng đem lại một mô hình gần với thực tế là việc thiết lập bản đồ ba chiều (3D). Hữu ích và thực tiễn, bản đồ 3D luôn có sức hấp dẫn trong mọi ngành liên quan đến, nhất là trong lĩnh vực Công nghệ Thông tin Địa lý (GIS).

Năm 1989, Van Driel nhận ra rằng lợi thế của 3D được thể hiện trong hiển thị thông tin. Theo ước tính, 50% neuron của bộ não liên quan đến thị giác. Hơn nữa, người ta tin rằng hiển thị 3D cần nhiều neurons và quá trình nhận biết, xử lý sẽ nhanh chóng và trực quan hơn. Ví dụ với bản đồ các đường đồng mức độ cao 2D, bộ não phải trước tiên xây dựng mô hình khái niệm trước khi phân tích dữ liệu địa điểm nào cao hơn. Đối với mô hình 3D, việc xây dựng hiển thị mô hình độ cao giúp người xem dễ dàng nhận và hiểu sự thay đổi.

Hiển thị địa lý (Geographic Visualization) phụ thuộc các xảo thuật tạo ảnh 3D một cách tự nhiên trên màn hình 2D của máy tính. Như vậy, các mô hình hiển thị sẽ không đơn giản như là một bức hình hay ảnh, mà ngược lại, ta phải thực thi quy trình tạo cảnh 3D (3D scene). Để xây dựng những scene như thật, các nhà địa lý học phải áp dụng nhiều xảo thuật từ đơn giản như phép chiếu đến phức tạp như các phép phối màu theo khoảng cách… Ngoài ra, xử lý các hiệu ứng che khuất, chồng lấp. Các hiệu ứng khác như sương mù cần được thể hiện tốt. Thông thường, trong một scene, xử lý tốt các nguồn sáng và mây có thể mô tả được khoảng cách. Cuối cùng, điểm nhấn của thực vật theo mùa (như có tuyết, nắng tốt, mưa dầm dề) là đặc tính phức tạp nhất để thể hiện một bản đồ y như thật. Tựu chung lại, kỹ thuật hay kỹ xảo nào được áp dụng cũng vậy, thực tế ảo càng nhiều thì nguy cơ điểm nhấn của ứng dụng sẽ mất đi càng cao.

Hiện nay, hầu hết các phần mềm GIS đều có khả năng thể hiện dữ liệu không gian. Mô hình độ cao DEM thường được sử dụng để xây dựng các bản đồ cho thấy sự ngăn cách và các bản đồ đường đồng mức. Nhiều sản phẩm cũng được tích hợp việc phát sinh scene 3D cho dữ liệu. Tuy nhiên, mặc dù độ toạ độ Z được lưu trữ, nhưng việc hiển thị chiều thứ 3 của dữ liệu không như ý muốn. Và thực tế, kỹ thuật 2.5D được áp dụng để phân tích bề mặt thay vì người ta định nghĩa ra các đối tượng 3D với các quan hệ chặt chẽ về topo.

Sự thật về 3D GIS
Một yếu tố của hiển thị 3D so với 3D GIS thật sự là mối quan hệ giữa các đối tượng trong 3D GIS được định nghĩa và mô tả. Như vậy, vấn đề còn lại chỉ là: chuyển đổi sang 3D có nghĩa phải khai báo rất nhiều và đa dạng các đối tượng không gian cũng như quan hệ không gian giữa chúng. Trong một 2D GIS, một đối tượng (feature) hoặc hiện tượng (phenomenon) được thể hiện trong một diện tích với đường bao lồi chỉ là một đa giác. Trong khi đó, một 3D GIS sẽ thể hiện bằng hình khối. Hơn thế nữa, không những trên bề mặt, thông tin sẽ được thể hiện bên trong khối vật chất đó và quan trọng hơn là thông tin phải liên tục và hoàn chỉnh. Rõ ràng, độ phức tạp của công việc quản lý dữ liệu sẽ tăng lên một vài lũy thừa. Vì vậy, chúng ta phải tự động hóa cao việc thu thập dữ liệu 3D. Đối với các nhà địa lý học làm việc trên môi trường rộng lớn, nội suy và hiệu chỉnh không gian cũng là một việc cần thực hiện để việc nhập liệu trở nên tối ưu. Việc thu thập dữ liệu vẫn còn là một bài toán khó của chúng ta, vì rằng: thông tin thu được giới hạn các thông tin có sẵn trên bề mặt (các thông tin bên trong đối tượng lại rất khó xác định).

Cấu trúc hướng đối tượng cho đối tượng 3D GIS còn là vấn đề cam go mà các nhà khoa học đang tìm tòi. Những vấn đề kỹ thuật đang được quan tâm và nghiên cứu bởi nhiều nhóm khác nhau. Bởi vấn đề lưu trữ, tốc độ xử lý luôn bài toán khó.

Tóm lại, sức mạnh của một hệ 3D GIS là khả năng mô hình các hiện tượng phức tạp trong tự nhiên. Điều mà mọi người làm mô hình luôn mong muốn về tính chính xác của mô hình mình. Bên cạnh đó, 3D GIS còn giúp các nhà địa lý tìm ra các vết cắt thực tế, các mặt độc lập và tách biệt so với mặt khác…

Đồ họa 3D được áp dụng từ lâu trên các lĩnh vực kiến trúc, cơ khí, và mô tả phân tử sinh học (trong y tế, trong nghiên cứu điều trị), và ngày nay địa lý cũng là lĩnh vực cần thể hiện 3D. Một trong những ứng dụng là công cụ hỗ trợ các quy hoạch và kiến trúc cho thành phố, cũng như các vấn đề về giao thông. Những hỗ trợ đắc lực từ mô hình 3D sẽ nhiều hơn chức năng hiển thị 3D thuần túy. Tuy nhiên, việc chuyển dữ liệu sang mô hình 3D đang là một thách thức lớn. Một bài toán rất cơ bản và điển hình là nhận dạng một đối tượng ở các góc nhìn khác nhau, như nhìn từ trên, nhìn ngang, nhìn xuyên qua một vật thể 3D khác.