что такое карта высот
Карта высот
Когда-то давно карты отрисовывались в ручную, и не было даже специальных инструментов для точных измерений, поэтому такие карты имели большую погрешность. В наши дни существует множество способов отрисовки карт, большое количество точного инструментария для создания любого вида картографического изображения. Одной из таких разновидностей является карта высот.
Немного основ и истории.
Составляя различные проекты человек так или иначе обращается к информации о высотных отметках на карте. В РФ принято применять Балтийскую систему высот. В 39 году 19 века в России был введён средний уровень моря, он и считается нулевой отметкой в изменении высот. Соответственно все что ниже стало прописываться отметкой, ниже уровня моря, а возвышенности, выше уровня моря.
В измерении высот участвуют такие виды рельефа как:
Все эти формы местности формируют рельефную карту. Раньше для создания таких карт, или карт высоты, нужно было проводить реальные исследования местности. Картографы лично исследовали местность и проводили измерения всех форм местности, при помощи специального инструментария. Этот метод используется и сейчас например в горах или другой труднодоступной местности. Но в основном же с появлением современных технологий можно создать карту высоты над уровнем моря онлайн.
Что такое карта высот и где применяется.
Карты высот используются не только, как карта рельефа местности, но и в ЗD моделировании, например для создания игр.
Такие карты высот местности могут создаваться в ручную, при помощи простых программ рисования, или редактора ландшафта. Данные программы создают визуальную картинку местности в формате 3D. Но существуют и специальные сайты, на которых такие карты можно создать автоматически, прописав точки маршрута. Поэтому вы с лёгкостью можете составить карту рельефа местности онлайн, с нужными вам территориями. Как мы уже отметили применяются такие карты в отрисовке ландшафта местности и в 3D моделировании.
Области применения карты высот.
Используются данные о высоте над уровнем моря на карте, и карты рельефа в различных сферах:
Как мы видим карта высот над уровнем моря нужна в различных сферах нашей жизни, при создании множества технологий и процессов. Связанны с различными операциями и приложениями к примеру: проектировании, управлении, планировании, логистике, телекоммуникациях, страховании и тд.
Если у вас возникла необходимость создать карту высот, вы это можете сделать посетив наш сайт, для этого вам лишь нужно знать адрес и координаты местности, для которой нужна такая карта.
Что это такое
Эта карта показывает оцененную компьютерным алгоритмом по данным рельефа красоту вида, открывающегося с каждой обработанной точки. Более тёплым цветам соответствуют более красивые места.
На настоящий момент построены карты горного Алтая, Хакасии, Тывы и Кузбасса, Грузии и Крыма, а также части Казахстана, окрестностей Байкала, Дальнего Востока, Монголии, Гималаев и Альп.
Клавиша Tab переключает карту подложки с рельефа на спутник и обратно, пробел переключает слои видов и уклонов.
Прозрачность дополнительных слоёв можно менять, повторно нажимая на их кнопки слева вверху или вращая колёсико мышки с нажатым Ctrl (а если навести на кнопку слоя, то можно и без Ctrl).
Как это работает
При клике на карту открывается информационное окно, показывающее координаты указанной точки и позволяющее перейти к 3D-виду в онлайн-версии Google Earth (ваша система должна соответствовать некоторым требованиям) или PeakFinder. При включенном слое видов автоматически выбирается наилучшая точка поблизости от места клика, для отключения этой поправки нужно в момент клика удерживать нажатой клавишу Ctrl.
Фотографии
Кнопка «Фото» включает отображение слоя фотографий Flickr. Единовременно показывается ограниченное число наиболее популярных снимков. Зачастую эта популярность является просто следствием доступности места, поэтому если в интересующем вас месте фотографий не отображается, но вообще на экране их много, попробуйте приблизить карту, чтобы отсечь часть фотографий.
Фотографии предоставлены Flickr. Права на фотографии принадлежат правообладателям фотографий.
А дальше?
Что, если красивое место хочется не только посмотреть в Google Maps, но и посетить лично (а это, как правило, стоит сделать)? В этом может помочь слой уклонов рельефа, включающийся одной из кнопок слева вверху. Цвета означают примерно следующее (в условиях сухой погоды и благоприятной для движения поверхности):
Режим редактирования маршрута включается и выключается нажатием кнопки «Маршрут». В режиме редактирования клики по карте добавляют точки к маршруту, удаляются точки правым кликом. Построив маршрут, можно появившейся кнопкой выгрузить его в формате gpx или переслать, просто скопировав целиком адрес из адресной строки браузера.
Режим расстановки маркеров включается и выключается клавишей «m». Как и маршрут, маркеры сохраняются в адресе страницы.
Как на топографической карте прочитать рельеф
Отображение рельефа играет важную роль, так как он в значительной мере определяет характер всех остальных элементов содержания карт и планов. Кроме того, рельеф влияет на водный режим, на распределение растительности и на пространственное размещение большинства объектов местности. Без достаточно точного отображения рельефа и его детального изучения на карте или плане невозможно установить взаимосвязи между отдельными элементами ландшафта и, следовательно, рационально использовать природные ресурсы.
Традиционным представлением о рельефе местности на топографических картах и планах является его изображение горизонталями. Этот способ нагляден и дает однозначное представление о рельефе местности, позволяет быстро получать количественные характеристики рельефа и решать различные прикладные задачи.
Типы и формы рельефа местности
Рельеф — совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм. Основными формамирельефа являются: гора, котловина, хребет, лощина и седловина. 
Кроме перечисленных форм рельеф имеет детали. К деталям рельефа относятся: овраги, промоины, курганы, насыпи, выемки, уступы, каменоломни и т. д. Все разновидности форм и деталей рельефа состоят из элементов. Основными элементами рельефа являются: основание (подошва), склон (скат), вершина (дно), высота (глубина), крутизна и направление ската, линии водораздела и водосбора (тальвег).
В военном деле под местностью понимают участок земной поверхности, на котором предстоит вести боевые действия. Неровности земной поверхности называются рельефом местности, а все расположенные на ней объекты, созданные природой или трудом человека (реки, населенные пункты, дороги и т. п.) — местными предметами.
По характеру рельефа местность делится на равнинную, холмистую и горную.
Равнинная местность характеризуется небольшими (до 25 м) относительными превышениями и сравнительно малой (до 2°) крутизной скатов. Абсолютные высоты обычно небольшие (до 300 м).
Холмистая местность характеризуется волнистым характером земной поверхности, образующей неровности (холмы) с абсолютными высотами до 500 м, относительными превышениями 25 — 200 м и преобладающей крутизной 2-3° (рис. 3, 4). Холмы обычно сложены твердыми породами, вершины и склоны их покрыты толстым слоем рыхлых пород. Понижения между холмами представляют собой широкие, ровные или замкнутые котловины.
Горная местность представляет собой участки земной поверхности, значительно приподнятые над окружающей местностью (имеющей абсолютные высоты 500 м и более). Она отличатся сложным и разнообразным рельефом, специфическими природными условиями. Основные формы рельефа — горы и горные хребты с крутыми скатами, часто переходящими в скалы и скалистые обрывы, а также лощины и ущелья, расположенные между горными хребтами. Горная местность характеризуется резкой пересеченностью рельефа, наличием труднодоступных участков, редкой сетью дорог, ограниченным количеством населенных пунктов, бурным течением рек с резкими колебаниями уровня воды, разнообразием климатических условий, преобладанием каменистых грунтов.
Боевые действия в горной местности рассматриваются, как действия в особых условиях. Войскам часто приходится использовать горные проходы, затрудняется наблюдение и ведение огня, ориентирование и целеуказание, в то же время она способствует скрытности расположения и передвижения войск, облегчает устройство засад и инженерных заграждений, организацию маскировки.
Сущность изображения рельефа на картах горизонталями
Рельеф является важнейшим элементом местности, определяющим ее тактические свойства.
Изображение рельефа на топографических картах дает полное и достаточно подробное представление о неровностях земной поверхности, форме и взаимном расположении, превышениях и абсолютных высотах точек местности, преобладающей крутизне и протяженности скатов.
Рельеф на топографических картах изображается горизонталями в сочетании с условными знаками обрывов, скал, оврагов, промоин, каменных рек и т. п. Изображение рельефа дополняется отметками высот характерных точек местности, подписями горизонталей, относительных высот (глубин) и указателями направления скатов (бергштрихами). На всех топографических картах рельеф изображается в Балтийской системе высот, то есть в системе исчисления абсолютных высот от среднего уровня Балтийского моря.
Виды горизонталей
Горизонталь — замкнутая кривая линия на карте, которой соответствует на местности контур, все точки которого расположены на одной и той же высоте над уровнем моря.
Различают следующие горизонтали:
Расстояние между двумя смежными основными горизонталями по высоте называют высотой сечения рельефа. Высоту сечения рельефа подписывают на каждом листе карты под ее масштабом. Например: «Сплошные горизонтали проведены через 10 метров».
Для облегчения счета горизонталей при определении высот точек по карте все сплошные горизонтали, соответствующие пятой кратной высоте сечения, вычерчиваются утолщенно и на ней ставится цифра, указывающая высоту над уровнем моря.
Для того чтобы при чтении карты можно было быстро определить характер неровностей поверхности на картах, применяются специальные указатели направления скатов — бергштрихи — в виде коротких черточек, расставленных на горизонталях (перпендикулярно им) по направлению покатостей. Они помещаются на изгибах горизонталей в наиболее характерных местах, преимущественно у вершин седловин или на дне котловин.
Дополнительные горизонтали (полугоризонтали) применяются для отображения характерных форм и деталей рельефа (перегибов склонов, вершин, седловин и т. п.), если они не выражаются основными горизонталями. Кроме того, применяют для изображения равнинных участков, когда заложения между основными горизонталями очень велики (более 3 — 4 см на карте).
Вспомогательные горизонтали применяют для изображения отдельных деталей рельефа (блюдец в степных районах, западин, отдельных бугров на плоскоравнинной местности), которые не передаются основными или дополнительными горизонталями.
Изображение горизонталями типовых форм рельефа
Рельеф на топографических картах изображается кривыми замкнутыми линиями, соединяющими точки местности, имеющие одинаковую высоту над уровенной поверхностью, принятой за начало отсчета высот. Такие линии называются горизонталями. Изображение рельефа горизонталями дополняется подписями абсолютных высот, характерных точек местности, некоторых горизонталей, а также числовых характеристик деталей рельефа — высоты, глубины или ширины.
Определение на карте абсолютных высот и относительных превышений точек местности
Профиль — чертеж, изображающий разрез местности вертикальной плоскостью.
Для большей выразительности рельефа местности вертикальный масштаб профиля принимается в 10 или более раз крупнее горизонтального.
В связи с этим профиль, передавая взаимное превышение точек, искажает (увеличивает) крутизну скатов.
Для построения профиля нужно:
Определение на карте крутизны скатов
Крутизна ската на карте определяется по заложению — расстоянию между двумя смежными основными или утолщенными горизонталями; чем меньше заложение, тем круче скат.
Для определения крутизны ската надо измерить расстояние между горизонталями циркулем, найти соответствующий отрезок на графике заложений и прочитать число градусов.
На крутых скатах это расстояние измеряется между утолщенными горизонталями, и крутизна ската определяется по графику, расположенному справа.
Карты высот и параллакс
Из этой статьи вы узнаете о картах высот (height maps), также называемых картами параллакса (parallax maps).
Что такое карта высот?
Как обычно, когда я говорю «карта», то имеют в виду текстуру, содержащую информацию о внешнем виде 3D-объекта. Карта высот/параллакса — это карта, которую можно использовать для того, чтобы создать иллюзию того, что одни части объекта выступают сильнее, чем другие, то есть имеют бОльшую высоту.
По описанию это может показаться очень похожим на карту нормалей (normal map), благодаря которой 3D-объект кажется более рельефным, но действует она немного иначе. Карта нормалей использует освещение, чтобы объект казался более рельефным, чем на самом деле. Карта высот использует параллакс, чтобы сделать объект выше, чем на самом деле.
Параллакс
Замечали ли вы в детстве, что когда идёшь вечером, луна идёт за тобой? Объекты, мимо которых мы проходим — или движемся параллельно им, приближаются и удаляются, но луна всегда занимает в небе одно и то же место. Если вы, как и я, выросли рядом с горами, то могли также замечать, что они тоже не очень быстро двигаются, однако если уехать достаточно далеко, они всё-таки останутся позади. Чем дальше от нас предметы, тем медленнее они «движутся» при изменении угла взгляда на них (например, когда проезжаешь их на машине) и чем ближе объекты, тем быстрее они смещаются при смене вашей позиции и угла взгляда.
В таких двухмерных играх-сайдскроллерах, как Mario или Rayman, создатели использовали этот эффект. Они создали несколько слоёв фона, прокручивающихся с разной скоростью в зависимости от того, насколько близкими они должны казаться. Это просто иллюзия — разумеется, все спрайты плоские, но она придаёт сцене ощущение глубины!
Однако в 3D-графике мы тоже можем использовать это явление. Но вместо прокрутки здесь можно комкать или растягивать координаты текстур в зависимости от направления обзора, чтобы обмануть глаз и увидеть глубину! Именно этим данный эффект отличается от карты нормалей. Карта нормалей оставляет неизменными координаты текстур, но изменяет сторону, в которую по нашим ощущениям направлен объект. Карта высот сохраняет направление, но меняет координаты текстур, которые мы используем для всех остальных карт.
Если посмотреть на них по отдельности, то различия очевидны. Вы можете воссоздать изображения из статьи в собственном проекте, или просто читать её.
Если вы хотите создать собственный проект, то перейдите по адресу www.textures.com/download/pbr0419/137925 и скачайте файлы в папку своего проекта, например, в Assets/Textures/Acoustic Foam. (Не волнуйтесь, текстуры бесплатны!) Затем создайте материал и установите этот шахматный паттерн в слот основной текстуры, а потом задайте материал плоскости. У материала оставьте шейдер Standard shader.
Материал плоскости имеет только этот шахматный паттерн в качестве основной текстуры albedo и больше никаких других карт.
Здесь использован шахматный паттерн как основная текстура albedo и карта нормалей в виде акустического поролона (acoustic foam). Заметьте, что шахматный паттерн по-прежнему идеально ровный.
Здесь шахматный паттерн используется как основная текстура albedo, а acoustic foam — как карта высот.
Если приглядеться, то можно увидеть, что эффект неравномерный! Так получилось, потому что направление обзора этих двух частей неодинаково.
Эффект довольно интересен, но лучше всего он работает, если вы смотрите на плоскость почти перпендикулярно, и разваливается при взгляде на плоскость сбоку.
Итак, всё это очень здорово, но иллюзия может добиться только этого. Похоже, что лучше всего её использовать в небольших дозах на тех объектах, на которые игрок не сможет смотреть под такими углами.
А вот плоскость с шахматным паттерном в качестве текстуры albedo, картой нормалей acoustic foam и картой высот acoustic foam. Они отлично сочетаются! Ну ладно, хватит болтовни, давайте уже напишем шейдер, выполняющий эту задачу!
Подготовка
Откройте сцену в Unity. Добавьте плоскость, нажав правой клавишей мыши внутри иерархии и выбрав 3D Object > Plane.
Установите transform плоскости в 0, 0, 0 и оставьте на ней материал по умолчанию, она нужна будет, чтобы дать нам представление о масштабе. Добавьте таким же образом ещё одну или две фигуры. Я буду использовать сферу и куб. Расположите их, где угодно, на плоскости или над ней. Скачайте эти бесплатные текстуры в свой проект: https://www.textures.com/download/pbr0579/138828 (или используйте любой другой набор текстур с картами высот!), например в Assets/Textures/CrystalOre. В той же папке или в подпапке папки Materials создайте новый материал под названием Crystal Ore. Примените новый материал к двум фигурам. Нажмите правой клавишей мыши в Assets/Shaders/Standard и выберите Create > Shaders > Standard Surface Shader
Назовите новый файл шейдера BasicParallax, затем дважды щёлкните по нему, чтобы открыть его в Visual Studio. Измените первую строку на Shader «Xibanya/Standard/BasicParallax», затем сохраните его и вернитесь в Unity.
Назначьте шейдер BasicParallax материалу Crystal Ore. Теперь можно перетащить в слот текстуры карту albedo.
Создаём шейдер
Мы уже говорили о том, как использовать карту нормалей, metallic map и так далее, поэтому я буду предполагать, что вы уже знаете, как это делается. (Если нет, то прочитайте информацию по ссылкам и возвращайтесь!).
Перейдите к созданному мной базовому шейдеру, нажмите на кнопку Raw, скопируйте и вставьте шейдер в BasicParallax (но перед сохранением обязательно измените название сверху на Xibanya/Standard/BasicParallax!). Теперь можно перетащить карту нормалей и карту AO.
Я создала этот минималистичный шейдер для записи всех свойств, используемых стандартной моделью освещения (Standard lighting model), и больше в нём ничего нет, поэтому требуется дополнительная настройка, чтобы шейдер мог использовать roughness map. Добавьте эту строку в свойства (например, над gloss map)
Добавьте это под surface pragma
Затем измените часть, после которой распаковывается glossmap, на это:
(Если вы незнакомы с roughness map или ключевыми словами, то о них можно прочитать здесь!) Завершив с этим, сохранитесь и возвращайтесь в Unity. Теперь перетащите roughness map и переключите флаг Roughness на true.
Отлично! Наконец мы подготовили основу, настало время приступать к параллаксу!
Создание шейдера параллакса
Наверху, в разделе свойств добавьте следующие пять строк:
Мы сделаем параллакс функцией, которая активируется/отключается ключевым словом _PARALLAXMAP. Для правильно применения карты параллакса нам нужно использовать касательное направление обзора. Если мы пишем поверхностный шейдер, то если ключевое слово задано (то есть мы его включили), это будет направление обзора, получаемое от структуры Input. Если ключевое слово _PARALLAXMAP не задано, мы всё равно будем получать касательное направление обзора, если выполняем запись в o.Normal. Однако возможно, что мы не всегда будем это делать, поэтому об этом легко забыть и запутаться, поэтому лучше привыкнуть использовать его каждый раз, когда нам нужно распаковать карту параллакса! В pragma ключевого слова Roughness добавим следующую строку:
и добавим в структуру Input float3 viewDir.
Наконец, объявим в подшейдере текстуру карты параллакса и свойства силы параллакса.
Сохраним код и вернёмся в Unity, чтобы убедиться, что не сделали никаких опечаток или ошибок. Если всё правильно, то теперь мы можем перетащить текстуру CrystalOre_1k_height в слот карты параллакса материала. Не забудьте там же включить параллакс.
Разумеется, это пока ни к чему не приведёт, ведь мы не внесли никаких изменений в функцию поверхности! Мы используем карту параллакса для определения того, как сжимать или растягивать координаты текстуры, поэтому нам нужно обрабатывать всё связанное с параллаксом перед всем остальным. Добавим следующее в самое начало функции поверхности:
Мы распакуем текстуру и возьмём зелёный канал (большинство карт высот чёрно-белые, из-за чего все каналы одинаковы, поэтому нам достаточно использовать один), а затем передадим его, силу параллакса и касательное направление обзора (удобно вычисленное за нас магией поверхностного шейдера Unity) во встроенную функцию под названием ParallaxOffset. ParallaxOffset — это величина, определяющая сжатие или растягивание UV-координат в зависимости от направления обзора. Её можно найти в библиотеке UnityCG.cginc, включаемой в каждый поверхностный шейдер. ParallaxOffset возвращает значение float2, которое мы затем можем прибавить к координатам текстуры IN.uv_MainTex (которые также являются float2!), чтобы каждая распаковываемая после этого текстура распаковывалась со смещением. Если вам любопытно, то это выглядит так, но вам необязательно знать, как это работает, чтобы добавить параллакс к своим поверхностным шейдерам!
(не добавляйте это в свой шейдер, этот код уже встроен!) И наша работа здесь на этом закончена! Сохранитесь и вернитесь в Unity. Поиграйтесь с ползунком Parallax Strength, чтобы увидеть эффект в действии.
В свойствах я при помощи ползунка с интервалом ограничил силу параллакса в пределах от 0 до 0.1, потому что при значениях выше 0.1 всё начинает выглядеть довольно безумно даже при самых идеальных углах обзора, но вы можете изменить свойство с интервала на float, чтобы поэкспериментировать с различной силой параллакса.