Создание виртуальной модели Долины Гейзеров с использованием технологий неогеографии и виртуального окружения Леонов А.В. 1, Серебров А.А. 1, Алейников А.А. 4, Дрознин В.А. 2, Ерёмченко Е.Н. 1, Казанский И.П. 1, Клименко А.С. 1, Клименко С.В. 1, Леонов В.Л. 2, Леонова В.Ф. 1, Самойленко С.Б. 2, Уразметов В.Ф. 1, Фролов П.В. 1, Шпиленок Т.И. 3 1 Институт физико-технической информатики, г. Протвино Московской области 2 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, г. Петропавловск-Камчатский 3 ФГУ «Кроноцкий заповедник», г. Елизово Камчатского края 4 ООО «ИТЦ «Сканэкс», г. Москва 4-я международная конференция «Земля из космоса – наиболее эффективные решения» Мини-конференция «Веб & ГИС 2009» г. Москва

Благодарности Финансирование проекта осуществляется Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ): Финансирование проекта осуществляется Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ): Проект г (конференция – 2009 г.) Проект г (конференция – 2009 г.) Проект –э_к (экспедиция – 2009 г.) Проект –э_к (экспедиция – 2009 г.) Заявка а (инициативный проект гг.) Заявка а (инициативный проект гг.) Авторы благодарят за помощь, поддержку и участие в работе над проектом: Авторы благодарят за помощь, поддержку и участие в работе над проектом: ИФТИ и лично директора проф., д.ф.-м.н. Клименко С.В. ИФТИ и лично директора проф., д.ф.-м.н. Клименко С.В. ИВиС ДВО РАН и лично директора академика РАН, д.ф.-м.н. Гордеева Е.И., заместителя директора по научной работе к.г.н. Муравьёва Я.Д., учёного секретаря Леонова В.Л., Двигало В.Н., к.г.-м.н. Делемень И.Ф., Егорову Н.П., Леонову Т.В., Мельникова Д.В. ИВиС ДВО РАН и лично директора академика РАН, д.ф.-м.н. Гордеева Е.И., заместителя директора по научной работе к.г.н. Муравьёва Я.Д., учёного секретаря Леонова В.Л., Двигало В.Н., к.г.-м.н. Делемень И.Ф., Егорову Н.П., Леонову Т.В., Мельникова Д.В. ФГУ «Кроноцкий заповедник» и лично директора Шпиленка Т.И., заместителя директора по научной работе Мосолова В.И. ФГУ «Кроноцкий заповедник» и лично директора Шпиленка Т.И., заместителя директора по научной работе Мосолова В.И. КФ ГС РАН и лично директора к.т.н. Чеброва В.Н., Титкова Н.Н. КФ ГС РАН и лично директора к.т.н. Чеброва В.Н., Титкова Н.Н. ООО «ИТЦ «СканЭкс» и лично генерального директора к.ф.-м.н. Гершензона В.Е. ООО «ИТЦ «СканЭкс» и лично генерального директора к.ф.-м.н. Гершензона В.Е. ERDAS Inc. и лично регионального менеджера по продажам Ирину Ветцель ERDAS Inc. и лично регионального менеджера по продажам Ирину Ветцель ООО «Навгеоком Инжиниринг» и лично генерального директора Фролова А.В. ООО «Навгеоком Инжиниринг» и лично генерального директора Фролова А.В. Географический факультет МГПУ и лично декана проф., к.г.н. Дмитриеву В.Т. Географический факультет МГПУ и лично декана проф., к.г.н. Дмитриеву В.Т. Камчатский/Берингийский экорегиональный офис Всемирного фонда дикой природы (WWF) и лично экс-директора Лору Уильямс Камчатский/Берингийский экорегиональный офис Всемирного фонда дикой природы (WWF) и лично экс-директора Лору Уильямс Интернет-портал R&D.CNews и лично руководителя Ерёмченко Е.Н. Интернет-портал R&D.CNews и лично руководителя Ерёмченко Е.Н. Студента кафедры СИМ МФТИ Белосохова Д.Е. Студента кафедры СИМ МФТИ Белосохова Д.Е. Аникушкина М.Н., Рашидова А.В., Шпиленка И.П. Аникушкина М.Н., Рашидова А.В., Шпиленка И.П.

Долина Гейзеров Одно из самых крупных в мире скоплений гейзеров Расположена в Кроноцком заповеднике на Камчатке Выбрана одним из семи «Чудес России» в 2008 году

Андрей Леонов (с) 2009

Оглавление Постановка задачи: Постановка задачи: Актуальность: ограничение посещения, оползневая опасность, необходимость сохранения природного наследия Актуальность: ограничение посещения, оползневая опасность, необходимость сохранения природного наследия Цель: создание виртуальной модели Долины Гейзеров (3D + динамика во времени + сценарии развития) Цель: создание виртуальной модели Долины Гейзеров (3D + динамика во времени + сценарии развития) Научные задачи: развитие средств визуализации гео-данных, моделирование геодинамических процессов в гео-контексте Научные задачи: развитие средств визуализации гео-данных, моделирование геодинамических процессов в гео-контексте Практические задачи: информационная поддержка научных исследований, «виртуальный туризм» Практические задачи: информационная поддержка научных исследований, «виртуальный туризм» Направления работы и текущие результаты: Направления работы и текущие результаты: Подготовка основы: ЦМР, космоснимок, привязка Подготовка основы: ЦМР, космоснимок, привязка Получение данных: стерео видео, данные научных организаций Получение данных: стерео видео, данные научных организаций Разработка Интернет-модели: KML, Google Earth API, JS Разработка Интернет-модели: KML, Google Earth API, JS Разработка 3D-модели в виртуальном окружении: OSG Разработка 3D-модели в виртуальном окружении: OSG Моделирование оползневой опасности: SPH Моделирование оползневой опасности: SPH

Ограничение посещения Уникальный природный объект: Уникальный природный объект: туристическая достопримечательность мирового масштаба туристическая достопримечательность мирового масштаба Труднодоступность: Труднодоступность: режим заповедника режим заповедника техническое ограничение посещения человек в сезон техническое ограничение посещения человек в сезон Актуально создание открытой модели: Актуально создание открытой модели: развитие «виртуального туризма» развитие «виртуального туризма» информационная поддержка научных исследований и эколого-просветительской деятельности информационная поддержка научных исследований и эколого-просветительской деятельности

Оползневая опасность Оползень 2007 года нанёс серьёзный ущерб ДГ: Оползень 2007 года нанёс серьёзный ущерб ДГ: более половины гейзеров были завалены обломочной лавиной и затоплены подпрудным озером более половины гейзеров были завалены обломочной лавиной и затоплены подпрудным озером Вероятность формирования новых оползней в районе ДГ является высокой: Вероятность формирования новых оползней в районе ДГ является высокой: ведутся комплексные исследования для прогноза оползневой опасности ведутся комплексные исследования для прогноза оползневой опасности Актуальна визуализация разнородных научных данных: Актуальна визуализация разнородных научных данных: рельеф местности рельеф местности геологическая структура геологическая структура сейсмические данные сейсмические данные данные ДДЗ данные ДДЗ расположение объектов расположение объектов характеристики объектов характеристики объектов экспертные оценки экспертные оценки численное моделирование численное моделирование динамика во времени динамика во времени Илья Казанский (с) 2009

Слева – фотоснимок 2007 года. Справа – скриншот Интернет-модели в том же ракурсе.

Природное наследие В геологическом масштабе времени, оползни в районе ДГ происходят регулярно. Когда случится следующий – завтра или через 1000 лет? Актуально сохранение максимально полной информации о ДГ на современном технологическом уровне – в форме виртуальной 3D-модели

Евгений Ерёмченко (с) 2009

Цели проекта Создание научно-популярной виртуальной модели ДГ в открытом формате, свободно доступной в Интернете (neogeography) Создание виртуальной 3D модели ДГ в открытом формате для стерео визуализации (virtual environment) Прогнозирование оползневой опасности на основе созданных моделей (situation awareness)

Задачи проекта Научные задачи: Развитие средств визуализации гео-данных в науках о земле с использованием методов неогеографии и виртуального окружения Развитие методов создания общедоступных виртуальных моделей природных объектов на базе открытых технологий Разработка средств моделирования и визуализации геодинамических процессов в гео-контексте на основе общедоступных виртуальных моделей Практические задачи: Информационная поддержка научных исследований и эколого- просветительской деятельности Развитие «виртуального туризма» и популяризация труднодоступных районов Камчатского края Визуализация оползневой опасности для экспертной оценки и планирования мер по минимизации ущерба

Методы и подходы неогеография (neogeography) географические координаты, космоснимки высокого разрешения детальные ЦМР, векторные модели объектов гиперссылки, коллективная работа, актуализация данных виртуальное окружение (virtual environment) интерактивная 3D-модель, интуитивный интерфейс погружение пользователя в пространство модели интерактивное повествование (interactive storytelling) активное участие пользователя в виртуальном мире совмещение заданного сюжета и свободы перемещения ситуационная осведомлённость (situational awareness) комплексное представление информации об объекте прогноз развития ситуации и оперативное реагирование

Прогноз Открытая 3D- модель Общедоступная Интернет- модель для просмотра на 2D-мониторе Детальная 3D- модель для установки «виртуальной реальности» 3-5 лет

Хронология проекта 2007: Июнь 2007 – научно-популярный репортаж об оползне в ДГ 2008: Декабрь 2008 –первая версия общедоступной Интернет-модели ДГ 2009: Март 2009 – анимация оползня в общедоступной Интренет-модели на основе экспертных оценок Апрель 2009 – доклады на конференциях «Высокие технологии XXI» (Экспоцентр, Москва), «Туризм и рекреация» (МГУ, Москва) Май 2009 – доклад на международной конференции MEDIAS-09 (Кипр) Июнь 2009 – поддержка проекта со стороны РФФИ Сентябрь 2009 – конференция по тематике проекта на базе ИВиС ДВО РАН и ФГУ «Кроноцкий заповедник» Сентябрь 2009 – экспедиция в ДГ и сбор данных для развития модели Ноябрь 2009 – доклад на 52-й научной конференции МФТИ Декабрь 2009 – доклад на 4-й международной конференции «Земля из космоса – наиболее эффективные решения»

Направления работы Подготовка основы: снимок GeoEye-1 (2009, 0,5 м) ЦМР на основе стереопары Cartosat (2007, 5 м) точная GPS-привязка Получение данных: экспедиция для сбора данных (стерео видеосьёмка, спутниковая геодезическая съёмка) организация взаимодействия с ИВиС ДВО РАН, КФ ГС РАН, ФГУ «Кроноцкий заповедник» (проведение конференции, поставка установки VE) Разработка Интернет-модели (KML): систематическое описание объектов (текст, фото, видео) интеграция в общедоступный веб-сайт (Google Earth API, JS), индивидуальный просмотр в свободном режиме или в режиме виртуальной экскурсии недостаток – рельеф SRTM 90 м, преимущество – общедоступность Разработка 3D-модели для VR (OSG): высококачественная презентация основных объектов (стерео видео, аудио, аватары) коллективный просмотр в режиме виртуальной экскурсии на установке VE недостаток – ограниченная доступность, преимущество – точная реконструкция рельефа и высокая степень погружения в пространство модели Моделирование движения обломочной лавины: численный расчет (SPH) и 3D-визуализация результатов на реальном рельефе распределённые вычисления на графических процессорах (NVIDIA CUDA)

Подготовка основы

Получение данных

KML-модель Вид на север

KML-модель Вид на юг

KML-модель Создана топографическая основа на базе карт масштаба 1: , 1:10 000, 1:2 000, а также аэрофотоснимка 2007 года. Создана топографическая основа на базе карт масштаба 1: , 1:10 000, 1:2 000, а также аэрофотоснимка 2007 года. Создана статичная модель района Долины Гейзеров, включающая следующие слои данных: Создана статичная модель района Долины Гейзеров, включающая следующие слои данных: Координаты и фотографии основных гейзеров; Координаты и фотографии основных гейзеров; Фотоснимки местности с описаниями, привязанные по точке съёмки; Фотоснимки местности с описаниями, привязанные по точке съёмки; Видеоматериалы с извержениями гейзеров, привязанные по точке съёмки; Видеоматериалы с извержениями гейзеров, привязанные по точке съёмки; Координаты и фотографии объектов туристической инфраструктуры; Координаты и фотографии объектов туристической инфраструктуры; Координаты основных высот, на основе карты 1: ; Координаты основных высот, на основе карты 1: ; Векторные представления основных рек района и их притоков; Векторные представления основных рек района и их притоков; Векторное представление основных пеших маршрутов из Долины Гейзеров; Векторное представление основных пеших маршрутов из Долины Гейзеров; Векторное представление подпрудного озера, по текущему уровню воды; Векторное представление подпрудного озера, по текущему уровню воды; Векторные 3D-модели разломов, по которым произошёл отрыв тела оползня; Векторные 3D-модели разломов, по которым произошёл отрыв тела оползня; Растровая геологическая карта местности; Растровая геологическая карта местности; Растровая карта распределения температуры грунта; Растровая карта распределения температуры грунта; Растровая схема оползня, произошедшего 3 июня 2007 года; Растровая схема оползня, произошедшего 3 июня 2007 года; Растровая схема оползневой опасности в районе Долины Гейзеров. Растровая схема оползневой опасности в районе Долины Гейзеров. Создана динамическая модель (анимация) оползня, произошедшего в Долине Гейзеров 3 июня 2007 года. Создана динамическая модель (анимация) оползня, произошедшего в Долине Гейзеров 3 июня 2007 года. Модели интегрированы в веб-сайт Модели интегрированы в веб-сайт Разработана система управления моделью на веб-сайте на основе JS Разработана система управления моделью на веб-сайте на основе JS

Интернет-модель

ЦМР 5 м + космоснимок 0,5 м

3D-модель в VE

Моделирование оползня Сложный рельеф, неоднократное изменение направления движения и ответвление боковых языков Выделено пять характерных участков движения Построена модель изменения скорости на основных участках

Моделирование оползня Бортовые валы на склонах каньона существенно выше поверхности оползня Выбрана модель движения двухкомпонентного обломочно- грязевого потока

Структура анимации Выполнена анимация двух основных тел оползня и обломочно- грязевого потока в масштабе времени, приближенном к реальному Выполнена анимация подпрудного озера в условном масштабе времени

Анимация - видео

Перспективы Виртуальные модели природных объектов Виртуальные модели природных объектов Виртуальный туризм Виртуальный туризм Поддержка исследований Поддержка исследований Прогнозирование оползней, лавин, селей Прогнозирование оползней, лавин, селей Численный расчет на точном рельефе Численный расчет на точном рельефе 3D-визуализация результатов расчета 3D-визуализация результатов расчета Ситуационное моделирование, СППР при ЧС Ситуационное моделирование, СППР при ЧС Анализ сценариев развития событий Анализ сценариев развития событий «Серьёзные игры» «Серьёзные игры»

Спасибо за внимание! Илья Казанский (с) 2009