Презентация "Гейзеры" по географии – проект, доклад

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 03.12.2009

Благодарности

Финансирование проекта осуществляется Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ): Проект 09-07-06042-г (конференция – 2009 г.) Проект 09-07-02100 –э_к (экспедиция – 2009 г.) Заявка 10-07-00407-а (инициативный проект 2010-2012 гг.) Авторы благодарят за помощь, поддержку и участие в работе над проектом: 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. 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. ООО «ИТЦ «СканЭкс» и лично генерального директора к.ф.-м.н. Гершензона В.Е. ERDAS Inc. и лично регионального менеджера по продажам Ирину Ветцель ООО «Навгеоком Инжиниринг» и лично генерального директора Фролова А.В. 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 Интернет-портал R&D.CNews и лично руководителя Ерёмченко Е.Н. Студента кафедры СИМ МФТИ Белосохова Д.Е. 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: Актуальность: ограничение посещения, оползневая опасность, необходимость сохранения природного наследия 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 Практические задачи: информационная поддержка научных исследований, «виртуальный туризм» Направления работы и текущие результаты: Подготовка основы: ЦМР, космоснимок, привязка Получение данных: стерео видео, данные научных организаций Разработка Интернет-модели: KML, Google Earth API, JS Разработка 3D-модели в виртуальном окружении: OSG Моделирование оползневой опасности: SPH

Ограничение посещения

Уникальный природный объект: туристическая достопримечательность мирового масштаба Труднодоступность: режим заповедника техническое ограничение посещения - 3000 человек в сезон Актуально создание открытой модели: развитие «виртуального туризма» информационная поддержка научных исследований и эколого-просветительской деятельности

Оползневая опасность

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

Вид на юг

Создана топографическая основа на базе карт масштаба 1:200 000, 1:10 000, 1:2 000, а также аэрофотоснимка 2007 года. Создана статичная модель района Долины Гейзеров, включающая следующие слои данных: Координаты и фотографии основных гейзеров; Фотоснимки местности с описаниями, привязанные по точке съёмки; Видеоматериалы с извержениями гейзеров, привязанные по точке съёмки; Координаты и фотографии объектов туристической инфраструктуры; Координаты основных высот, на основе карты 1:200 000; Векторные представления основных рек района и их притоков; Векторное представление основных пеших маршрутов из Долины Гейзеров; Векторное представление подпрудного озера, по текущему уровню воды; Векторные 3D-модели разломов, по которым произошёл отрыв тела оползня; Растровая геологическая карта местности; Растровая карта распределения температуры грунта; Растровая схема оползня, произошедшего 3 июня 2007 года; Растровая схема оползневой опасности в районе Долины Гейзеров. Создана динамическая модель (анимация) оползня, произошедшего в Долине Гейзеров 3 июня 2007 года. Модели интегрированы в веб-сайт www.valleyofgeysers.com 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

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

Спасибо за внимание!