Ландшафтное моделирование в программе Terragen

Кафедра информатики 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по информатике 

Ландшафтное моделирование в программе Terragen 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     В настоящее время становится все очевидней, что все науки, имеющие отношение к исследованию природной среды, должны от ее традиционного описания и учета ресурсов переходить к ее проектированию и преобразованию в общих интересах биосферы. Другими словами, природосберегающие и природоохранные усилия человечества должны начать активно сочетаться, а затем и полностью смениться природосозидательной деятельностью общества.

     Сегодня трехмерное моделирование стало  неотъемлемой частью нашей жизни  и применяется все в больших  областях человеческой деятельности. Это прежде всего киноиндустрия, медицина, дизайн интерьера, разработка компьютерных игр. Современное ландшафтное  проектирование сложно представить  без 3D-моделирования.

     В этом могут помочь современные программы  3-х мерного моделирования ландшафта. К классу таких программ относятся профессиональные пакеты, которые зачастую отличаются высокой стоимостью. К тому же при разработке модели ландшафта необходимо учитывать большое число параметров, с чем может справиться далеко не каждая программа. К таким параметрам можно отнести: рельеф, тип поверхности, особенности естественного освещения, блики на водной поверхности.

     Целью этой работы мы поставили изучение ландшафтного моделирования, анализ  программ, осуществляющих функции ландшафтного проектирования, а также подробное рассмотрение возможностей программы Terragen.

     Terragen - это уникальная программа, которая  генерирует ландшафты, приближенные к реальности. Программа дает контроль над флорой, озерами, океанами, ландшафтами, реками, погодой, солнцем, луной и звездами. Гибкость программы Terragen позволяет создавать действительно отличные друг от друга ландшафты. Качество получаемых ландшафтов на самом высоком профессиональном уровне: гигантское разрешение, реалистичный вид, эффекты и прочее. Картинки можно записывать как последовательность, чтобы использовать в дальнейшем для записи в видео. 

      Прежде  всего, необходимо разобраться, что  же такое ландшафтное моделирование  и какие программы его осуществляют. Затем необходимо сделать переход  к интересующей нас программе, рассмотреть  ее интерфейс, основные команды, а также  построить с ее помощью ландшафт. 
 
 
 
 
 

1. Моделирование

 

     Моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение моделей реально существующих предметов и явлений (живых организмов, инженерных конструкций, общественных систем, различных процессов и т. п.).

     В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить  по характеру моделей, по характеру  моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.). Например, можно выделить следующие виды моделирования: 

• Информационное моделирование
• Компьютерное моделирование
• Математическое моделирование
• Математико-картографическое моделирование
• Ландшафтное моделирование
• Цифровое моделирование
• Логическое моделирование
• Педагогическое моделирование
• Психологическое моделирование
• Статистическое моделирование
• Структурное моделирование
• Экономико-математическое моделирование
• Имитационное моделирование
• Эволюционное моделирование
• Графическое и геометрическое моделирование

 

     Процесс моделирования включает три элемента: 

• субъект (исследователь),
• объект исследования,
• модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

 

     Первый  этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.

     На  втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о ее «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.

     На  третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.

     Четвертый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

     Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.

Сейчас  трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось  бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания  пшеницы, функционирования отдельных  органов человека, жизнедеятельности  Азовского моря, последствий атомной  войны. В перспективе для каждой системы могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование. 

2. Ландшафтное моделирование
1. Что такое ландшафтное моделирование

 

     Информационные  системы всё плотнее входят в нашу жизнь. С помощью компьютерного моделирования решается большое количество проблем, в том числе и проблемы, требующие визуализации ландшафтов. Такая визуализация применяется в современных географических информационных системах, разнообразных обучающих симуляторах (симулятора вождения автомобиля, до симуляторов приземления космических аппаратов). Зачастую такие системы применяются в киноиндустрии и индустрии развлечений для создания изображений ландшафтов слишком удалённых от мест съёмки или вообще невозможных на Земле. С развитием технологий аппетиты заказчиков таких ландшафтов растут и уже сейчас необходимо визуализировать обширные ландшафты с большим перепадом высот и высокой детализацией.

     Основные  составляющие компьютерного ландшафта.

     Ландшафт  представляет собой сложную систему, в которую входят:

1. Геометрия
2. Изображение
3. Физическая составляющая

 

     Геометрия:

     Как и любой объект компьютерной визуализации, ландшафт представляется в системе набором точек в пространстве, которые определяют его форму, соединяя которые мы получим форму будущего объекта. 

     Изображение:

     Обычно  поверхности ландшафтов не однородны по цвету. Поэтому после получения ограничивающих плоскостей объекта, на них наносят специально созданные изображения. Также данные изображения могут содержать незначительные при моделировании детали объектов. Например, царапины на корпусах приборов, траву на земле или песчинки пустынного бархана. 

     Физическая  составляющая:

     Также при моделировании зачастую необходимо не только создать хорошее изображение ландшафта, но и учесть его взаимодействия с другими объектами моделируемого мира. Для этого все данные о ландшафте должны поддерживать возможность передачи их другим подсистемам системы моделирования. Например, подсистеме физического моделирования для расчетов столкновения объектов с ландшафтом или системе звукового сопровождения для расчёта акустического эха. 

     Основные  проблемы визуализации реалистичных ландшафтов. 

     

1. Размеры.

     Ландшафт  – это самый большой объект моделируемого мира. Практически  всегда объект ландшафта в сотни  и тысячи раз превосходит размеры  любого другого объекта моделируемого  виртуального мира. Объекты такого размера могут значительно снизить  производительность системы и отнять ресурсы необходимые для расчетов основного взаимодействия. Поэтому при реализации необходимо применять различные оптимизирующие техники.

2. Реалистичность.

     Ландшафт должен быть реалистичен. Причём, для различных целей моделирования понятие реалистичность может быть разное. Для моделирования посадки космического аппарата при тренировке космонавтов перед полётом на другие планеты необходимо максимально точно передать геометрическую форму зоны приземления целевой планеты, в то время как для создания ландшафта для современного фильма на первый план встаёт масштабность и визуальная составляющая реалистичности картины.