3 - 2018

Применение 3D-анимации в геоинформационных системах военного назначения

Василий Иванов
Кандидат военных наук, доцент, полковник. Военная академия связи «имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого» МО РФ, доцент кафедры организации связи.
Окончил Рязанское высшее военное командное училище связи в 1996 году; Военную академию связи в 2007-м. Защитил диссертацию в 2010 году.
Олег Стрелков
Военная академия связи
«имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого» МО РФ, оператор научной роты.
Окончил Уральский технический институт связи и телекоммуникации (филиал) Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики по специальности радиотехника, профиль — аудиовизуальная техника в 2015 году.

В статье проводится анализ возможностей программы ГИС «Оператор», используемых для создания 3D-анимации посредством сценария движения объектов по заданной траектории. Рассмотрена задача, которая позволяет создать 3D-анимацию в геоинформационной системе военного назначения на основе сценария движения объекта по заданной траектории. Кроме того, показано, каких результатов можно добиться в настоящее время путем применения сценариев оперативной и тактических обстановок.

Исследователями доказано, что большую часть информации (около 90%) человек воспринимает визуально, около 9% — с помощью слуха, а 1% составляют другие органы чувств. Следовательно, зрение играет очень важную роль для принятия решения от воспринимаемой человеком информации, что, в свою очередь, оказывает первостепенное влияние на исход какой­либо операции в военное или мирное время и может повлечь за собой необратимые последствия как для народа, так и для государства в целом.

Что такое анимация

Анимация — искусственное представление движения объекта в кино или в компьютерной графике путем последовательных отображений рисунков или кадров с частотой, при которой обеспечивается целостное зрительное восприятие образов или объектов [1].

Иными словами, анимацией можно назвать оживление объекта.

3D­анимация — это трехмерное представление того же оживленного объекта.

Использование 3D­анимации в геоинформационной системе военного назначения в XXI веке играет важную роль для визуализации военных действий или оперативной, тактической и других обстановок.

Применение анимации в геоинформационной системе, а точнее использование сценария, по которому будет действовать один или несколько объектов, увеличивает информативность и наглядность действий (движений) объектов в оперативной, тактической и других обстановках, что позитивно влияет на их восприятие человеком, то есть делает их более правдоподобными. Поскольку параметры можно настроить таким образом, что они будут отражать реальные условия и станут очень наглядными, это позволит показать ряд объектов, подстроенных под необходимый сценарий, а значит поможет командиру при принятии правильного решения. Конечно, к излагаемому также можно предоставить какие­либо факты, что увеличит вероятность обоснованного решения, но определяющим фактором всегда остается визуальная часть. В данной статье речь идет об использовании 3D­анимации в военной сфере, но не против противника, а для демонстрации командованию результатов проведения операции в виде моделирующий системы. Ведь в настоящее время решающим фактором на поле боя является оперативность принятия решений.

Данная статья посвящена описанию создания 3D­анимации в ГИС «Оператор» для силовых структур.

Как уже упоминалось, для создания 3D­анимации в ГИС «Оператор» используется сценарий, который применяется к одному или нескольким объектам по определенной траектории, определяемой совокупностью координат.

Для создания сценария объекта в первую очередь необходимо, чтобы 3D­модели были присвоены объектам на карте. Для этого уже нужно иметь трехмерную карту, которая запускается на основе двумерной карты с трехмерными классификаторами объектов (описание этого процесса можно найти в разделе 3 учебного пособия «Основы трехмерного моделирования элементов системы связи в геоинформационных системах военного назначения, второе издание» [3]).

Сама настройка сценария осуществляется в окне отображения трехмерной модели, на которой расположены трехмерные объекты в соответствии с двумерной картой. Как и в любом действии объекта, для создания его движения необходимо знать параметры ряда характеристик, которые можно задать. Поскольку объект изначально имеет значения параметров по умолчанию, задавать все параметры нет необходимости — их можно редактировать по ходу работы, дабы более точно воспроизвести реальные условия или движения объекта.

Создание анимации, то есть сценария, в ГИС «Оператор» имеет достаточно удобный и простой функционал для ее воспроизведения, по сравнению с программами, которые предназначены для создания трехмерных моделей и сцен объектов, а также анимации объекта, например такими, как 3ds Max, Blender Foundation, и другими, не говоря уже о Unity3d, где необходимо программировать все параметры объекта.

Для создания 3D­анимации в ГИС «Оператор» не требуется задавать количество кадров в секунду, выбирать расширение, указывать связи между объектами для взаимодействия и другие параметры. Тем не менее оживление объекта в ГИС «Оператор» имеет некоторые принципиальные особенности, такие как скорость движения, измеряемая в километрах в час или задаваемая по времени движения объекта, то есть начало или конец сценария, а также траектория движения. О других особенностях речь пойдет ниже.

Для начала настроим параметры анимации и движения объекта через меню Параметры -> Анимация или Движение (независимо от выбора пункта, откроется окно со вкладками параметров).

В этом окне можно настроить ряд следующих параметров:

  • размеры и масштаб;
  • движение:
    • при установке постоянной скорости в случае движения по 3D­модели отключается автоматическое изменение скорости перемещения при изменении масштаба модели. В ином случае скорость движения по модели подстраивается под изменение оператором масштаба модели для более удобного просмотра,
    • при установке постоянной высоты в случае движения по 3D­модели сохраняется высота наблюдаемой точки (ориентира). В ином случае наблюдаемая точка (ориентир) движется с учетом высоты рельефа в текущем ее местоположении;
  • текущие дата и время, используемые для расчета высоты над горизонтом и азимута Солнца;
  • дополнительные параметры;
  • сетка, которая позволяет включить отображение координатной сетки электронной карты.

Подробное описание каждого параметра можно найти на официальном сайте «КБ Панорама» [4].

Настройка сценария осуществляется через соответствующую кнопку на панели инструментов  или через меню Задачи -> Настройка сценария. Данная функция программы предназначена для создания и настройки сценариев движущихся объектов. Для этого необходимо указать набор следующих характеристик:

  • название объекта;
  • трехмерный вид объекта;
  • маршрут движения;
  • график движения (время начала и окончания движения, скорость);
  • дополнительные опции.

Сценарий создается на основе объектов классификатора, содержащего трехмерные виды объектов. По умолчанию используется классификатор service.rsc [5].

При запуске настройки сценария открывается окно, в котором в первом блоке Сценарий выбирается классификатор по соответствующей кнопке. Можно также дать Сценарию название, щелкнув дважды по его названию. Особенность этой процедуры заключается в том, что для того, чтобы название Сценария вступило в силу, нужно нажать клавишу Enter (рис. 1).

Рис. 1. Добавление сценария с выбором соответствующего классификатора

Рис. 1. Добавление сценария с выбором соответствующего классификатора

Рис. 2. Добавление нового объекта в сценарий

Рис. 2. Добавление нового объекта в сценарий

Рис. 3. Вид списка библиотеки для выбора 3D-объекта

Рис. 3. Вид списка библиотеки для выбора 3D-объекта

Во втором блоке Объект из библиотеки выбирается нужный объект (рис. 2), и название будет присвоено согласно выбранному объекту, которое можно тут же отредактировать. На рис. 3 представлен вид списка библиотеки для выбора 3D­объекта.

После выбора объекта необходимо указать траекторию, в соответствии с которой объект будет двигаться по трехмерной карте.

Траекторию можно указать следующими действиями:

1 При ручном создании файла траектории TX3, например, из полученного извне текстового файла с координатами файл должен иметь следующую структуру:

  • в первой строке — метка файла TX3 и, через пробел, тип системы координат, в которой заданы исходные точки (возможны варианты: СК42, WGS84 — координаты задаются без высоты; СК423D, WGS843D — в координатах задана абсолютная высота);
  • в последующих строках задаются через пробел координаты точек траектории в следующем порядке: X(B), Y(L), H (необязательная координата, в зависимости от заданного типа системы координат). Каждая точка траектории записывается в отдельной строке.

Пример файла траектории 1:

TX3 WGS84

044.31762891   038.73583392

044.31761000   038.73582364

044.31774829   038.73610959

Пример файла траектории 2:

TX3 WGS843D

044.31762891   038.73583392 178.04

044.31761000   038.73582364 698.04

044.31774829   038.73610959 702.32

В качестве траектории движения объектов могут быть использованы файлы формата NMEA, полученные с GPS­устройств [6].

2 Наиболее простой вариант — использовать Блокнот, то есть файл формата TXT, в котором достаточно указать координаты траектории в следующем виде:

//

// SUBJECT 0 (1)

//

 6066073.120    4314277.410

 6066035.610    4314361.430

 6066028.140    4314366.760 ,

где первое — значение координаты Х, а второе — Y, разделяющиеся пробелом, а каждая новая точка на карте записывается в новой строке.

К тому же для составления маршрута траектории в файле TXT достаточно указывать координаты поворотов объекта, исключая прямолинейные участки, что упрощает настройку создания маршрута движения объекта.

В блоке Объект также необходимо указывать начало сценария, то есть время начала и окончания движения либо скорость движения объекта (главное — не забывать, что достаточно задать только один из этих двух параметров), а также другие необходимые параметры. Пример показан на рис. 4.

Рис. 4. Настройка параметров объекта

Рис. 4. Настройка параметров объекта

В параметрах объекта возможно настроить сценарий по своей целевой задаче, к примеру задать сценарий, чтобы колонна машин проехала от точки А к точке Б. Для этого необходимо в один сценарий добавить несколько объектов (в данном примере — машин). Также нужно указать, чтобы объект начал выполнять свой сценарий после выполнения сценария другого объекта. С этой целью в строке Начать после выбрать объект, после которого будет выполняться сценарий текущего объекта. Возможны настройка отображения траектории или отображение следа движения по траектории.

После настройки сценария выбирается нужный сценарий для воспроизведения по кнопке Выбор сценария в верхней панели инструментов или через меню Задачи -> Выбор сценария (рис. 5а) и выбрать необходимый для воспроизведения сценарий в списке (рис. 5б).

Рис. 5. Выбор сценария Рис. 5. Выбор сценария

Рис. 5. Выбор сценария

Запуск выбранного сценария также можно осуществить через меню Задача -> Запуск сценария/Пауза или по соответствующей кнопке на панели инструментов .

Готовый сценарий разбит на несколько кадровых рисунков и отображен на рис. 6.

Рис. 6. Движение объекта по заданному сценарию: 
а — начало движения объекта; б — отображение инверсионного следа за объектом; в — прибытие объекта в точку назначения согласно сценарию

Рис. 6. Движение объекта по заданному сценарию: 
а — начало движения объекта; б — отображение инверсионного следа за объектом; в — прибытие объекта в точку назначения согласно сценарию

Рис. 6. Движение объекта по заданному сценарию: 
а — начало движения объекта; б — отображение инверсионного следа за объектом; в — прибытие объекта в точку назначения согласно сценарию

Рис. 6. Движение объекта по заданному сценарию:
а — начало движения объекта; б — отображение инверсионного следа за объектом; в — прибытие объекта в точку назначения согласно сценарию

Тем самым создание сценария позволяет своим функционалом задать не только маршрут движения, но и анимацию боевых действий, к примеру путем указания взрыва как отдельного объекта, участвующего в сценарии.

Подводя итоги описания, касающегося создания 3D­анимации, или, другими словами, оживления объекта, с помощью классификатора трехмерных объектов, необходимо отметить, что ключевой особенностью этого процесса является выбор и указание траектории движения объекта. Такое координатное представление имеет свои плюсы и минусы. В качестве плюса можно назвать удобное представление самой траектории в соответствии с выбранными координатами. Минусом является то, что движение объекта по траектории производится не всегда корректно. Также из плюсов, а скорее достоинств, по нашему мнению, можно выделить: понятный интерфейс, регулируемые параметры, подходящие к реальным условиям, что, в свою очередь, позволяет принимать оперативные решения в военное время на основе воспроизведенных задач. 

Литература:

  1. Flash­технологии — 2 модуль, http://24ikt.ru.
  2. Геоинформационная система «Карта 2011». Технология создания библиотеки трехмерных знаков тактической, оперативно­тактической обстановки. Панорама 1991­2013. Ногинск. 2013.
  3. Иванов В.Г., Астахов А.И., Стрелков О.В. Основы трехмерного моделирования элементов системы связи в геоинформационных системах военного назначения: Учеб. пособие. СПб.: ВАС, 2017. 144 с.
  4. Сайт «КБ Панорама», http://www.gisinfo.ru.
  5. ГИС «Оператор» для силовых структур, http://gistoolkit.ru.
  6. Сайт «ГИС­техник», http://www.gistechnik.ru.