3.10. Tin как способ цифрового представления пространственных данных
В геоинформационных системах вида ArcView, ARC/INFO эффективно используется нерегулярная модель географических объектов [10]. По стандартному определению нерегулярная триангуляционная сеть (TIN - Triangulated Irregular Network) – это структура организации географических данных, описывающая трехмерную земную поверхность в виде связанных между собою общими вершинами и сторонами непересекающихся треугольников неправильной формы. Каждый треугольник сети определяется тремя координатами (x,y,z) его вершин [8].TIN-модель является специфической векторной топологической моделью данных и выступает как альтернатива для растровой модели при представлении непрерывных поверхностей. Модели TIN полезны для представления поверхностей, имеющих большие изменения структуры и содержащие разрывы непрерывности.
Модель TIN представляет поверхность, как набор связанных треугольников, что отражено в ее названии триангуляционная. Треугольники строятся из трех точек, принадлежащих к произвольным областям поверхности, что и подчеркивается прилагательным нерегулярная. Наконец модель TIN создает сеть треугольников, сохраняя топологические отношения между ними. Эта модель отличается от растровой модели, в которой точки располагаются на регулярной сети.
Основными компонентами TIN являются треугольники, узлы и грани, рис.12.
Рис.12. Основные компоненты TIN модели пространственных данных
Треугольник имеет три и только три прямых стороны, что делает представление поверхности довольно простым. Каждый треугольник определяется тремя узлами и двумя или тремя соседними треугольниками и ему присваивается уникальный идентификатор. Грани треугольников выражены в модели неявно. Узлы представляют собой точки поверхности, имеющие координаты x, y и значение z. Это исходный материал для построения TIN. Треугольники формируются соединением каждого узла с двумя соседними. Грани образуют треугольники. Точная структура TIN (т.е. какие узлы формируют конкретные треугольники) основана на определенных правилах триангуляции, которые контролируют процесс его создания. С гранями ассоциируется лево-правосторонняя полигональная топология для идентификации смежных треугольников. Исходными данными для построения треугольников являются множество точек, которые несут информационную составляющую и линии разрыва, укрепляющие структуру поверхности.
По границам линейных географических объектов (например, долины реки или по кромке обрыва) в модели TIN можно добавить линейные объекты, которые называются линиями разрыва. Линии разрыва укрепляют форму модели поверхности. Они всегда формируют грани треугольников и не могут быть удалены из структуры, рис.13.
Рис.13. Линии разрыва в TIN модели данных
В процессе построения TIN множество точек превращаются в узлы и при этом по определенным правилам добавляются дополнительные узлы. Точки могут располагаться где угодно, и чем тщательней они отобраны на первоначальном этапе построения, тем точнее будет созданная модель поверхности. Считается, что точки размещены удачно, если они отражают существенные изменения формы поверхности, например, вершину холма, границы долины реки или кромку обрыва. Поскольку реальная поверхность содержит бесчисленное количество точек с координатами xyz, то для ее представления используется лишь ограниченный набор опорных точек.
В процессе создания TIN соединяются нерегулярно разбросанные точки поверхности. Каждая точка имеет значение, поскольку определяет область структурного изменения. Например, соседние с вершиной холма точки определяют ее склоны, соседние точки вдоль реки, за исключением точки резкого понижения ее уровня, определяют долину реки. Все эти точки, используемые для построения TIN, называются массовыми, рис.14.
Рис.14. Создание TIN поверхности по множеству точек и линиям разрыва
TIN, векторная и растровая модели данных являются мощными средствами для моделирования земной поверхности. Применяя общую для всех моделей картографическую проекцию и масштаб и используя одну и ту же точку отсчета, можно быть уверенным, что заданные координаты будут указывать на одну и ту же область географического пространства. Это то, что называется географической связкой [10], рис.15.
Рис.15. Географическая связка, составленная из разных моделей данных ГИС для определенной местности
Важность географической связки состоит в том, что позволяет выбрать оптимальную модель данных для представления какой-то определенной области земной поверхности.