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

Aims of this work is creation of trace, 3D model of neighbourhood of this trace using GIS programs. Creation of 3D model is making from bases of DMÚ 25 map. First part of the work deals with design of trace according to specific criterions. Next part deals with processing with this trace a creation of 3D model with export to VRML and X3D language. As well the statistical output is processed concerned of the trace. In conclusion of this thesis is suggested procedure of accomodation places solution.

Abstrakt

Cílem této práce je vytvoření trasy, 3D modelu okolí této trasy a jejich analýz s použitím programových prostředků GIS. Vytvoření 3D modelu trasy se provádí na základech mapy DMÚ 25. První část práce se zabývá návrhem trasy podle určitých kritérií. Další část se věnuje zpracování této trasy a tvorbě 3D modelu s následným exportem do jazyka VRML a X3D. Rovněž jsou zpracovány statistické výsledky týkající se trasy. V závěru práce je navržen postup při řešení ubytovacích míst souvisejících s trasou.

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:

3.1 Dělení podle typu trasy

§ 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.

3.2 Dělení podle dopravního prostředku

§ 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.

3.3 Konkrétní navržené trasy

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

8.1 Digitalizace bodů a vytvoření trasy

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.

8.2 Tvorba vlastního 3D modelu a 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	4 m	šedočerná
most	AQ040	4 m	šedočerná
polní, lesní cesta	AP010	3 m	světle hnědá
pěšina, stezka	AP050	2 m	zelená
visutá dráha	AQ010	1 m	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

8.3 Model v X3D

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.

9.1 Vytvoření profilu

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“

9.2 Zhodnocení

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]:		35,7 km

Tabulka 3 – Přehled trasy Radegast

10. ZÁVĚR

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