Создание карты территории музея-заповедника «Бородинское поле»

Ульянов Николай Сергеевич

Создание карты территории музея-заповедника «Бородинское поле»

Ключевые слова: карта, создание карт, база данных, Бородинская битва, музей-заповденик, картографическая анимация

География

Дипломы

Вуз: Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева

ID: 5bb6f8d27966e104f33c7696

UUID: ce614c60-aa8e-0136-e278-525400005860

Язык: Русский

Опубликовано: больше 5 лет назад

Просмотры: 46

Ульянов Николай Сергеевич

Источник: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва"

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 2,9 МБ

Поделиться работой

РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа содержит 54 страницы, 21 рисунков, 24 использованных источников, 2 приложения. КАРТА, СОЗДАНИЕ КАРТ, БАЗА ДАННЫХ, БОРОДИНСКАЯ БИТВА, МУЗЕЙ-ЗАПОВЕДНИК, КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ АНИМАЦИЯ. Объектом исследования данной работы является территория музеязаповедника «Бородинское поле». Предмет исследования – создание карты территории музея-заповедника «Бородинское поле» и визуализация картографической анимации Бородинского сражения. Цель работы – разработка картографической базы Бородинского сражения 1812 года с дальнейшим созданием комбинированной трехмерной и временной картографической анимации. Основными задачами являлись: – сбор и анализ разнообразных источников данных по заданной тематике; – подбор исходных данных и их оценка качества; – анализ программного обеспечения и выбор наиболее подходящего; – создание картографической базы данных; – создание трехмерной картографической анимации; – создание временной картографической анимации. В результате проделанной работы были созданы карта территории музея-заповедника «Бородинское поле» и картографическая анимация Бородинской битвы 1812 года. Методы исследования – геоинформационный, картографический, историко-картографический анализ. Степень внедрения – частичная.

Область применения – спроектированную карту можно применять как в историко-географических исследованиях, так и в краеведении. Эффективность работы заключается в применении геоинформационных технологий для создания анимации сражения. 2

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 4 1. Краткая географическая характеристика картографируемой территории, а так же история сражения на Бородинском поле .................................................. 6 1.1 Географическая характеристика 6 1.2 Исторические события 7 1.2.1 Шевардинский редут ............................................................................... 8 1.2.2 Батарея генерала Раевского .................................................................. 10 1.2.3 Багратионовы (Семёновские) флеши ................................................... 12 2. Проектирование базы пространственных данных для картографирования территории Бородинского сражения ................................................................... 14 2.1 Обоснование выбора программного обеспечения 14 2.2 Подборка и характеристика исходных данных 15 2.2.1 Картографические материалы .............................................................. 15 2.2.2 Выбор математической основы ............................................................ 22 2.2.3 Привязка картосхем сражения и других карт ..................................... 24 2.3 Разработка содержания и оформления карт ................................................. 26 2.3.1 Выбор способов картографического изображения ............................ 26 3. Определение картографического анимирования и трехмерного моделирования ....................................................................................................... 32 3.1. Картографическая анимация 32 3.2 Трехмерное моделирование 34 3.3 Описание процесса создания анимации 36 3.3.1 Временная шкала ................................................................................... 39 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 41 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 42 ПРИЛОЖЕНИЕ А ................................................................................................. 45 ПРИЛОЖЕНИЕ Б .................................................................................................. 49 3

ВВЕДЕНИЕ На поле вблизи деревни Бородино (современный Можайский район, Московской области) произошло два крупных исторических события, два кровопролитных сражения в ходе обеих отечественных войн. В 1812 году от результата грандиозной битвы зависела судьба Российского государства, а так же всей Европы. Исторические события повторились, спустя 129 лет после нашествия наполеоновской армии, на Москву вновь наступали вражеские силы. И снова Бородино, где происходили жесточайшие бои, стало полем воинской славы России [15]. В бакалаврской работе представлены результаты работы с текстовыми и картографическими материалами, данными дистанционного зондирования, трехмерной картографической анимацией, а так же временной анимацией на примере Бородинского сражения 1812 года, а также рассматриваются возможности программного обеспечения ГИС ArcGIS и ее модуля ArcScene. Определены недостатки программного обеспечения и показана технология создания картографических анимаций. Исходя из этого, целью данной работы стало применение современных компьютерных технологий для создания картографической анимации и 3D моделирования – разработка картографической базы Бородинского сражения 1812 года с дальнейшим созданием комбинированной трехмерной и временной картографической анимации. Картографическая основа террритории Бородинского поля и трехмерная анимация отображают такие основные объекты как: – гидрография; – населенные пункты; – положения сторон; – основные направления атак. В процессе подготовки и выполнения работы решались следующие задачи: 1) сбор и анализ источников данных по заданной тематике; 4

2) подбор исходных данных, их анализ и оценка их качества; 3) выбор наиболее подходящего программного обеспечения; 4) создание картографической базы данных; 5) создание трехмерной анимации; 6) создание временной анимации. 5

1 Краткая географическая характеристика картографируемой территории, а так же история сражения на Бородинском поле 1.1 Географическая характеристика Только наличие массы памятников и памятных мест, разбросанных по территории музея-заповедника «Бородинское поле», при всей красоте окружающего пейзажа, с петляющими среди обрывистых берегов реками, отличают эту территорию от огромного числа таких же по всей России. Но стоит только упомянуть наименование одного из населенных пунктов – например деревня Бородино или Шевардино, и обычный пейзаж мгновенно изменяет все представления в нашей голове. Бородинское поле размещено в 12 км к западу от Можайска по шоссе – бывшей Новой Смоленской дороге, находясь в 124 км от Москвы и в 12 км от железнодорожной станции Бородино. Недалеко от нынешней железной дороги проходила когда-то старая Смоленская дорога с поворотом к юго-западу от деревни Утицы на Ельню. Эта территория представляет собой холмистую и пересечённую многочисленными оврагами, небольшими речками и ручьями местность. Территория Бородинского поля составляет примерно 50 км2. Село Бородино, давшее название полю, расположено на левобережье речки Колочи, которая протекает с юго-запада в направлении на северо-восток через всё Бородинское поле [8,9]. Главные события Бородинского сражения произошли 26 августа (7 сентября по новому календарю) 1812 года – в основном между двумя этими Смоленскими дорогами. Именно здесь были размещены военные объекты с навечно запомнившимися названиями: Шевардинский редут, Багратионовы (Семеновские) флеши, батарея Раевского (рисунок 1) [8]. 6

Рисунок 1 – Карта музея-заповедника «Бородинское поле» [12] 1.2 Исторические события Крупнейшая битва Отечественной войны 1812 года произошла 26 августа (7 сентября по новому стилю) в 124 км от Москвы. Битва на Бородинском поле считается наиболее кровопролитным сражением XIX века. Значение этой битвы в русской истории большое, поражение при Бородино предвещало бы о полной капитуляции России[16]. Главнокомандующим русскими войсками был Михаил Илларионович Кутузов. Он намеревался сделать невозможным дальнейшее наступление неприятельской армии, французы же хотели разгромить русских и захватить Москву. Силы были почти равны: 132 тыс. русских против 135 тыс. францу7

зов, число орудий – 640 против 587 единиц соответственно. Русский фронт продлился от деревни Маслово до деревни Утицы на восемь километров, Бородино было приблизительно посредине. Местность до Можайска на 12 км была удобной как для подвоза припасов, так и для отхода. Обойти русских не казалось возможным, поскольку на севере была река Москва, а на юге – вязкая, болотистая, лесная местность с труднопроходимыми дорогами. Главнокомандующий сам выбрал поле, на каком ему было бы удобнее отражать атаки неприятеля [15]. Французская армия начала своё наступление в 6 часов утра. Для того чтобы открыть дорогу на Москву, они пытались прорвать центр русских войск, а так же обойти их лeвый фланг, но попытки закончились неудaчей. Однако самые кровопролитные сражения произошли на Багратионовых флешах и батарее генерала Раевского. К шести часам вечера французская армия захватила только центральную батарею. Позже Наполеон Бонапарт приказал отвести силы, но и Михаил Кутузов принял решение отступить к Москве. Победы данное сражение не принесло никому. Потери оказались огромными для обеих сторон: Россия оплакивала смерть 44 тысяч солдат, Франция и её союзники – 60 тысяч [16]. 1.2.1 Шевардинский редут Перед самой Бородинской битвой произошло сражение за Шевардинский редут (24 августа, или 5 сентября по новому стилю). Укрепление оборонялось русскими войсками под командованием Андрея Ивановича Горчакова. Количество солдат в отряде насчитывало 8000 человек пехоты, 4000 - кавалерии и 36 орудий. Внутри самого редута была одна артиллерийская рота – 12 орудий [6]. 8

Шевардинский редут мешал развертыванию французской армии, которая подходила по Новой Смоленской дороге. Редут держал под обстрелом и дороги, идущие на восток к деревням Бородино и Семёновское. Он не давал возможности Наполеону с ходу атаковать основные русские позиции, которые ещё только заканчивали строительство укреплений. Для прорыва Шевардинского редута Наполеон сразу же направил огромные силы: 30 000 человек пехоты, 10 000 человек кавалерии и 186 орудий [6,19]. Бой за редут начался около полудня. Несколько раз французы врывались на русские позиции, но пехота отбивала укрепление. Сражение закончилось поздно ночью. Согласно приказу Кутузова войска начали планомерный отход на главную позицию, используя для этого промежуточные рубежи обороны. Бой за Шевардинский редут стал одним из самых героических и кровопролитных эпизодов Бородинской битвы. В этом бою русская армия потеряла около 6000 человек, французская - 5000. Историки упоминают обескураженность Наполеона, узнавшего, что в результате боя совсем нет пленных «русские умирают, но в плен не сдаются». А на второй день после боя, Наполеон столкнулся с 61-м пехотным полком, но в составе только 2-х батальонов. На вопрос императора, а где же третий батальон, командир полка сказал: «Весь остался на редуте!». Шевардинский редут с честью выполнил свою задачу - Наполеон не смог скоро и беспрепятственно развернуть армию, силы его и направление главного удара были выяснены, инженерные войска получили ещё 2 дня на возведение укреплений (рисунок 2) [5,23]. 9

Рисунок 2 – Схема сражения за Шевардинский редут [23] 1.2.2 Батарея генерала Раевского Батарея генерала Раевского была сооружена на возвышенности, с которой хорошо просматривалась русская позиция: на север – до Новой Смоленской дороги, а на юг – до Багратионовых флешей. Именно по этому, захват этой батареи имел для Наполеона большое значение. В случае продвижение французов восточнее Багратионовых флешей ставило бы прорвавшиеся войска под фланговый удар со стороны батареи останься она под контролем русских. Поэтому батарею Раевского и называли «ключом Бородинской позиции», в случае захвата которой значительно осложнялась оборона всей этой позиции. На самой батарее было установлено 18 орудий, кроме того стояли орудия по бокам укрепления. Небольшая часть русских войск, назначенных оборонять батарею, расположилась внутри укрепления, остальные стояли позади и на флангах. Всего здесь было восемь русских пехотных батальонов в 10

первой линии и три егерских полка в резерве. Оборону этого участка возглавлял командир 7-го пехотного корпуса генерал-лейтенант Раевский [3]. Западнее батареи Раевского примерно в двухстах метрах рос густой молодой лес. С опушки этого леса французская пехота и атаковала батарею. Бить русская артиллерия смогла только до опушки леса, так как дальше не хватало видимости. После того как французы овладели селом Бородино (примерно 6 часов) они выставили юго-восточнее его сильную артиллерию и начали вести огонь фланга батареи Раевского. Батарея Раевского была трижды штурмована французской армией и только, после 15 часов им удалось ее бесповоротно занять. Бои за батарею Раевского носили такой же упорный и ожесточенный нрав, как и за Багратионовы флеши (рисунок 3) [3]. Рисунок 3 – Схема сражения за батареи Раевского [3] 11

1.2.3 Багратионовы (Семёновские) флеши Багратионовы (Семёновские) флеши состояли из 4 полевых артиллерийских укрепления на высоте у деревни Семёновское. Укрепления у Семеновского были построены 23-25 августа инженерными частями и бойцами Московского ополчения при подготовке к Бородинской битве и образовывали для увеличения позиции 2-й Западной армии Петра Ивановича Багратиона. Три укрепления, похожих на стрелы, так же два люнета, были на открытой равнине, ограниченной с юга болотистым Утицким лесом, а с северовостока – глубоким Семеновским оврагом. Почти у самого леса был виден бруствер левого, или южного укрепления; правое, или северное, укрепление было сооружено в 350 метрах правее южного. Они были построены таким образом, что артиллерийские орудия, расположенные в них, могли вести огонь по противнику с фронта и во фланг. В случае обхода русского левого фланга для ведения огня по противнику предназначалось среднее укрепление[10]. Возле них заняли оборону войска армии Багратиона. Орудия, установленные на флешах, могли поражать противника с фронта и с флангов. Здесь расположились 32-я и 11-я батарейные роты. Прикрывали их батальоны 2-й сводно-гренадерской дивизии генерала Воронцова. Позади них заняла позиции 27-я пехотная дивизия генерала Неверовского. На высотах Семеновского оврага стояла тяжелая артиллерия, а за ней в резерве – 2-я гренадерская дивизия генерала Дуки (рисунок 4) [10]. 12

Рисунок 4 – Схема сражения за Багратионовы флеши [10] 13

2 Проектирование базы пространственных данных для картографирования территории Бородинского сражения 2.1 Обоснование выбора программного обеспечения Выбор программного обеспечения играет одну из главных ролей в решение поставленной задачи. Современные географические информационные системы (ГИС) состоят из нового типа объединившихся информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее имевшихся автоматизированных систем, с другой – обладают отличительной чертой в организации и обработке данных. Практически это определяет ГИС как многоцелевые, многозадачные системы. Принимая во внимание поставленные цели курсовой работы и назначения проектируемой БД, было принято решение использовать ГИС-пакет ArcGIS компании ESRI. ArcGIS представляет собой масштабируемый набор программных продуктов для создания, управления, интеграции, анализа и представления географических данных. Оставаясь практичными системами, включающими наиболее распространенные функции в пределах возможностей неопытных пользователей, программы ArcGIS обеспечивают также и сложную функциональность, и возможность настройки более опытными пользователями. ArcGIS является набором программ с одинаковым базовыми приложениями и с сходным по функционалу пользовательским интерфейсом. Ключевыми приложениями ArcGIS являются ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox и ArcScene. ArcMap используется для работы с пространственными данными и создания качественного картографического продукта. Модуль ArcCatalog предназначен для поиска и управления пространственными данными. ArcToolbox обеспечивает средства конвертации и геообработки данных [22]. 14

Именно по этому, ГИС-пакет ArcGIS в наибольшей степени подходит для решения всех поставленных задач. 2.2 Подборка и характеристика исходных данных 2.2.1 Картографические материалы Историческая карта в настоящее время является комплексным источником, одним из важнейших из них для получения исторического знания. На ней нашли свое место, как отражение пространственной реальности, так и те исторические процессы, которые интегрируются в географическом пространстве и являются собственно объектом изучения; это источник, относящийся одновременно к различным областям знания. Одним из основных этапов при создании содержания карт является подбор источников. По виду представления они делятся на: – графические; – цифровые; – текстовые. К этапу составительских работ относят обработку картографического материала. От данного этапа зависит насколько точно и подлинно была получена информация. Содержание набора пространственных данных разработано на основе различных источников. В качестве одного из таких источников при формировании тематических карт используют государственные топографические и обзорно-топографические карты. Одними из главных источников информации для создания исторической военной карты служат военные планы, план схемы сражения. В сети интернет нами было найдено множество военных 15

планов и схем, например, обнаружен атлас карт и схем Русской военной истории (рисунок 5) [1]. Рисунок 5 – Атлас карт и схем Русской военной истории [1] В данном атласе показаны военные карты разных периодов, в том числе и карты отечественной войны 1812 года. В частности – все этапы битвы на Бородинском поле (Приложение А). На данных картосхемах представлен порядок расположения армий Кутузова и Наполеона, а так же изображены основные маневры обеих сторон. Способом штрихов показан рельеф местности. Картосхема создана в черно белых цветах, цветом показаны только стороны сражения. Нанесены населённые пункты, дороги, гидрография. Следующим источником является серия картосхем этапов Бородинского сражения (рисунок 6) [12]. 16

Рисунок 6 – Картосхемы этапов Бородинского сражения [12] Содержание набора пространственных данных разработано на основе различных источников. Основной картографический источник — картосхема этапов сражения на Бородинском поле. На основе данного источника были получены сведения о месторасположении и главных направлениях перемещения сил сторон, а так же о местоположении населенных пунктов и дорожной сети. Так же в сети интернет была найдена карта «Бородинское поле в Великой отечественной войне 1941 – 1945 годов. Объекты культурного наследия» (рисунок 7) [7]. 17

Рисунок 7 – Бородинское поле в Великой отечественной войне 1941 – 1945 годов. Объекты культурного наследия [7] В представленной работе применялся фрагмент листа старой карты Стрельбицкого масштаба 1:420 000. Данная карта является наиболее известной топографической картой XIX века (рисунок 8) [14]. Рисунок 8 – Фрагмент карты Стрельбицкого [14] 18

Существенным источником для получения географической информации послужила топографическая карта масштаба 1:50 000, полученная с картографического сервиса SAS.Планет (рисунок 9) [24]. Сервис SAS.Планет удобен тем, что позволяет скачивать любой фрагмент или участок карты необходимой территории уже с готовой пространственной привязкой. Так же с Интернет источника была загружена топографическая карта масштаба 1:100 000 (рисунок 10) [21] с которой карты был оцифрован один из главных элементов данной работы – рельеф. Рисунок 9 – Топографическая карта в сервисе SASPlanet [24] Рисунок 10 – Топографическая карта 1 : 100 000 [21] 19

Нами был проведён сравнительный анализ старых населённых пунктов с карты Стрельбицкого и новых населённых пунктов, существующих на территории Бородинского сражения в настоящее время, с топографической карты, а так же населённых пунктов с военных схем. Результаты сравнительного анализа представлены в таблице 1. Таблица 1 – Сопоставление названий населенных пунктов Населённые Современные пункты с карты населённые Стрельбицкого пункты Бородино Бородино Бородино Шевардино Шавардино Шевардино Горки Горки Горки Татариново – Татариново Валуева Валуева Валуево Доронино – Доронино Головино Головина Головино Алексинки – – Фомкино Фомкина Фомкино Утицы Утицы Утицы Захарькино – – Логиново Логиново Логиново Беззубово Беззубово Беззубово Новое Новое Новое село Малое – – Старое Старое Старое село Населённые пункты 1812 20

Князьково Князькова – Маслово Маслова – Горшково Горшкова – Ащепково – – Мясоедово Мясоедова – – Артёмки Артёмки Семёновское Семёновская Семёновское Грязь Грязь Грязи Ельня Ельня Ельня Псарёво Псарева Псарёво Рыкачева Рыкачева Рогачёво Результаты анализа показывают, что карты разных временных периодов отличаются наполнением. Так, на карте Стрельбицкого 1882 года [14] по сравнению с военными планами 1812 года [13] показано существенно больше населённых пунктов, к существовавшим ранее добавились новые, например: – Романцево; – Ковалёвка; – Полюбино; – Ильинское; – Новосоколова; – Артемки; – Боркова; – Левшово; – Спасо-Бородинское и др. 21

Так же отдельные населённые пункты сменили своё название, о чем можно узнать так же в таблице 1. На современной топографической карте отмечены значительные изменения, некоторые населённые пункты прекратили своё существование, а другие – напротив, появились. Вся территория Бородинского поля – это памятные места, музеи. Появились даже целые населённые пункты-музеи например: – посёлок Бородинское поле; – посёлок Бородинского музея . Изменились и некоторые названия населённых пунктов, которые были показаны на военном плане 1812 года [13], например: – Новое (Новое Село); – Старое (Старое Село); – Семёновская (Семёновское); – Грязь (Грязи); – Валуева (Валуево); – Рыкачева (Рогачёво). Одно из поселений территории Бородинского сражения (Масловских флешей), а именно деревня Маслово на данный момент так же перестала существовать. Однако такие стержневые населённые пункты как Бородино, Шевардино, Горки, Логиново сохранили и свои названия, и свои местоположения. 2.2.2 Выбор математической основы Правильная разработка математической основы при создании карты – это очень значимый этап. Он включает в себя выбор масштаба карты, картографической проекции, а так же компоновки. Масштаб карты выбирается ис- 22

ходя из пространственного охвата, и задач решающихся с помощью той или иной карты. Первым этапом в создании карты является его пространственная ориентация в программе. Для того чтобы начать работу с любой картой, как моделью местности, ее необходимо привязать в программе, чтобы каждая точка на карте имела определенные географические координаты. Для основы с картографического сервиса SASPlanet была загружена топографическая карта на территорию Бородинского поля масштаба 1:80 000. Данный сервис помогает скачивать карты уже с готовыми файлами пространственной привязки и это значительно облегчает различные дальнейшие манипуляции с картой. Полученная карта имеет проекцию карты – равноугольная Ламберта–Гаусса. Создав проект, в программе ГИС ArcMap, мы изменили пространственную привязку на проекцию Гаусса — Крюгера (СК-42) (рисунок 11). Рисунок 11 – Изменение проекции в программе ГИС ArcMap 23

2.2.3 Привязка картосхем сражения и других карт При создании карт сражения на Бородинском поле важно представить изображение действительности конкретного исторического периода, необходимых подробностей их пространственной структуры во взаимосвязи друг с другом. Здесь важно было учитывать в картах только важнейшие характеристики того времени. Поэтому следующим этапом стала привязка картосхемы сражения в существующий проект, для чего использовалась функция «пространственная привязка». Для того что бы применить эту функцию, нам в первую очередь нужно было сопоставить картосхему и топографическую карту, выявив одни и те же элементы содержания. Классический пример – это гидрография. Точнее всего будет привязываться к местам впадения (устьям) притоков в главную реку или по-другому – к узлам рек (рисунок 12). Рисунок 12 – Процесс пространственной привязки Тем не менее, нужно иметь в виду то, что гидрография на картосхемах 1812 года возможно будет отличаться по ряду причин. Первая причина – это 24

естественные изменения русла той или иной реки со временем (меандрирование), ее пересыхание или же причина искусственная – например, создание водохранилища. Вторая причина это генерализация речной сети. В нашем случае присутствуют обе причины, но все же основные исторически существующие извилины речных русел и общая картина гидрографической сети не изменилась. Это позволило нам осуществить процесс пространственной привязки с небольшой погрешностью. Далее таким же способом были привязаны картосхемы остальных этапов сражения. Так же была привязана карта Бородинское поле в великой отечественной войне 1941 – 1945 годов [7] и карта Музея заповедника Бородинское поле [12]. 25

2.3 Разработка содержания и оформления карт 2.3.1 Выбор способов картографического изображения Разработка содержания — это самый важный этап проектирования карты. Он подразумевает составление перечня элементов, из которых будет состоять карта, выбор классификаций для них, характеристик и показателей, системы условных знаков. По уровню локализации элементы содержания карты могут быть точечные, площадные и линейные [4]. В данном случае было применено два способа – это площадные и линейные. Гидрография. Гидрография на исторической карте должна быть изображена в соответствии с тем этапом, о котором идет речь. Так как картосхема, которую мы привязали, является схематичной, то и гидрографию оцифровывать с неё было бы неприемлемо и не правильно. Сопоставив гидрографию на карте Стрельбицкого [14] и на топографической карте [21], можно увидеть, что в целом структура гидрографической сети совпадает. Поэтому нами было принято решение оцифровать гидрографию с топографической карты. Тем не менее, на современной топографической карте произошли некоторые изменения, например на месте русла реки Москвы в месте, где в неё впадает река Колочь, в 1960 году было построено Можайское водохранилище. Поэтому при оцифровке гидрографии было необходимо найти в других источниках информацию о старом русле реки Москвы. Для этого была привязана карта Бородинское поле в великой отечественной войне 1941 – 1945 годов [7]. На ней изображено старое русло, поэтому в дополнение к основной гидрографии нужно оцифровать и старое русло. Слой гидрография является линейным классом (рисунок 13). 26

Рисунок 13 – Фрагмент гидрографической сети (масштаб 1:120 000) Дорожная сеть. Дорожная сеть представлена линейным классом пространственных объектов. Дорожная сеть, так же как и гидрография должна быть показана соответствующей исторической дате. Основное сражение произошло между двумя дорогами на Москву – старой Смоленской дорогой и новой Смоленской дорогой. Анализ результатов изучения всех источников позволяет отметить, что дорожная сеть в настоящее время и дорожная сеть, существовавшая 200 лет, назад сильно отличаются, произошли большие изменения. Изучив все источники, мы пришли к выводу, что некогда новая Смоленская дорога совпадает с нынешним Можайским шоссе. Что бы оцифровать старую смоленскую дорогу, так же понадобилось обратиться к одному из источников, это карта музея заповедника Бородинское поле [12]. Конечный вариант дорожной сети представлен на рисунке 14. 27

Рисунок 14 – Фрагмент дорожная сеть в районе прохождения Старой и Новой Смоленских дорог (масштаб 1:120 000) Населенные пункты. Населенные пункты так же должны быть отражены те, которые существовали в тот исторический период и имели те же названия. Населенные пункты должны быть позиционно точны. Рассмотрев населенные пункты с картосхем 1812 года [13], а так же населенные пункты с карты Стрельбицкого 1882 года [14], мы можем сказать, что на карте Стрельбицкого они показаны подробнее, а на картосхеме – показаны только основные населенные пункты в пределах территории сражения. В итоге было принято решение оцифровать населенные пункты с картосхем 1812 года [13] (рисунок 15). 28

Рисунок 15 – Фрагмент карты населенных пунктов (масштаб 1:120 000) Расположение сторон. «Позиция, в которой я остановился, - доносил М. И. Кутузов 23 августа (4 сентября) Александру I, – при деревне Бородине в 12-ти верстах вперед Можайска, одна из оптимальных, которую только на плоских местах найти можно. Желательно, чтобы неприятель атаковал, нас в сей позиции, тогда я имею большую надежду к победе» [16]. Из этих слов можно понять, что Кутузов всё рассчитал, что сложный рельеф местности будет мешать армии Наполеона. В течение 23-25 августа (4-6 сентября) на высотах центра и левого фланга – Горкинских и Семеновских – инженерными войсками и ратниками ополчения были сооружены полевые укрепления: Горкинские батареи, центральное укрепление, которое впоследствии называли «батареей Раевского», и Семеновские (Багратионо29

вы) флеши. Батареями и шанцами укрепили деревню Семеновское, село Бородино. На крайнем, правом фланге, близ деревни Маслово, были устроены три флеши. Впереди позиции, в 2 км западнее ее левого фланга, в районе деревни Шевардино возвели редут (приложение А). Леса. Для данной работы также требовалось найти геоизображения лесов, которые бы соответствовали тому периоду времени, так как за 200 лет конфигурации лесных массивов серьезно изменились. Для этого в Атласе карт и схем русской военной истории [1] была выбрана одна из схем Бородинского сражения, на которой изображен лесной массив. Он был создан точечным не случайно, с целью, что это в дальнейшем будет использовано при создании трехмерной анимации (рисунок 16). Рисунок 16 – Фрагмент карты-плана Бородинского сражения (масштаб 1:100 000) [1] Рельеф. Рельефом называется совокупность всех неровностей земли различных по очертаниям и размерам. Рельеф местности на планах и картах показывают различными вариантами (штриховкой, пунктиром, цветной пласти- 30

кой), однако чаще всего с помощью горизонталей (изогипсов), числовых отметок высот и условных знаков [18]. Горизонталь на местности можно показать как след, образованный пересечением уровенной поверхности с физической поверхностью Земли [18]. Например, можно представить холм, окружённый неподвижной водой, то береговая линия воды и есть горизонталь. Для создания трехмерной модели нам так же потребовался качественный рельеф. По сравнению со скоростью изменения лесного массива за 200 лет, скорость изменения рельефа во много раз меньше, поэтому было решено использовать имеющиеся геоизображения современного рельефа, так как значительных изменений он не претерпел. В связи с этим была использована топографическая карта 1:100 000 (Рисунок 17). Рисунок 17 – Фрагмент топографической карты масштаба 1:100 000 [21] 31

3 Определение картографического анимирования и трехмерного моделирования 3.1. Картографическая анимация Современное картографическое анимирование – это результат многолетних трудов и разработок. Абсолютное большинство картографических анимаций создается с использованием компьютеров и предназначено для просмотра на экране дисплея. С традиционной точки зрения картографии известны три способа отображения динамики явлений и процессов, их возникновения, развития, изменений во времени и перемещения в пространстве [17]: – изображение динамики на карте с помощью стрелок или лент движения, «нарастающих» знаков и диаграмм, сокращающихся или разрастающихся ареалов, изолиний скоростей изменения явлений и т.д.; – так же создание динамики с помощью серий разновременных карт, снимков, фотокарт и др., отмечающих состояния объектов в разные моменты времени; – составление карт изменения состояний явления, когда представляется не сама динамика, а лишь результаты пошедших изменений (ареалы изменений). Геоинформационное картографирование значительно расширяет потенциал описания динамики геосистем, внедряя в практику картографические анимации (мультипликации) – особенные динамические последовательности карт-кадров, формирующие при показе эффект хода [20]. Картографические анимации прочно вошли в будничную жизнь, они стали так же привычными, как космические снимки и электронные карты. Одним из примеров могут служить телевизионные карты для прогноза погоды, на которых пред- 32

ставлены перемещения фронтов, атмосферные осадки, области перепада давления. В настоящее время разработана масса технологий и методов получения движущихся обрисовок. Созданы особые компьютерные программы, которые включают в себя модули, осуществляющие самые разные варианты и комбинации картографических анимаций: Основой для восприятия человеком анимации является изображение, пущенное на экране компьютера, и при просмотре анимации человек может воспринять лишь ту информацию, которая находит отражение на экране. Однако именно экран компьютера является самым «узким» местом в создании картографической анимации. В данное время можно выделить некоторые из видов картографических анимаций: 1. Двухмерные анимированные карты динамики. 1.1. Карты динамики площадных контуров явлений на различный временной отрезок. 1.2. Карты изменения состояния на несколько дат одних и тех же площадей. 1.3. Карты динамики точечных объектов (динамика положений или состояний объектов). 1.4. Комплексные двухмерные карты динамики явлений (карты, на которых сразу показана динамика точечных, линейных и площадных предметов или всевозможных их совмещений). 2. Двухмерные анимированные карты перемещения. 3. Классические двухмерные карты, использующие в качестве изобразительного средства эффекты анимации. 4. Анимированные анаморфозы (линейные и площадные). 4.1. Анимированные анаморфозы, которые показывают динамику контуров на различные даты. 4.2. Анимированные анаморфозы состояний контуров. 33

4.3. Комплексные анимированные анаморфозы (динамика контуров и состояний контуров в сочетании с прочими динамическими изобразительными средствами). 5. Анимирование динамических трехмерных изображений. 5.1. Анимирование трехмерных блок-диаграмм, а так же условных знаки. 5.2. Анимирование трехмерных анаморфоз. 6. Анимации в виртуальных изображениях. 6.1. Движение по поверхности путем полёта над местностью. 6.2. Движение в среде. 6.3. Ход в пространственной реальности цифровой модели местности (ЦММ) наряду с этим с анимированием отдельных компонентов самой ЦММ (движение воздушных и наземных объектов, движение рек, метеорологические явления и пр.) [20]. 3.2 Трехмерное моделирование В наше время с развитием компьютерных технологий вместе с традиционными картами самого разнообразного направления и тематики обширно используются и иные модели действительности. Существует понятие о геоизображениях. Геоизображение – это любая пространственно-временная модель земных объектов или процессов, представленная в графической образной форме [11]. К ним относятся разнообразие карт, трехмерных моделей, снимков, анимаций и других подобных моделей. Трехмерные модели являются одним из видов геоизображения. Источниками их для создания служат карты и планы, аэро- и космические снимки, цифровые модели рельефа, результаты полевых геодезических измерений местности. 34

Нынешний уровень развития геоинформационных систем (ГИС) содействуют тому, что в геоинформационном картографировании все шире применяются пространственные модели местности. Совмещение трехмерного моделирования и ГИС существенно увеличивает наглядность передаваемой информации, а так же упрощает ее осмысление и восприятие. в ГИС - пакете ArcGIS, специализированным приложением для трехмерного отображения данных является ArcScene. Пространственные или трехмерные модели местности вместе с электронными картами являются составляющей частью картографического обеспечения [11]. Пространственные модели местности обеспечивают наглядное изображение трехмерного образа местности, читаемость и распознаваемость элементов и объектов местности, визуальную оценку их взаимного пространственного расположения. В ГИС-пакете ArcGIS можно наложить на поверхность векторные и растровые данные, вытянуть пространственные объекты по высоте, создавая эффект трехмерных фигур, и т.п. В настоящее время широкое развитие получают картографические анимации, основанные на ГИС-технологиях. 3D-сцены легко преобразуются в анимации. Чтобы трехмерная модель местности была яркой и реалистичной, в ArcGIS можно внедрить созданные в других приложениях 3Dобъекты, поскольку они обеспечивают максимально возможное соответствие отображаемой модели реальной местности, наглядность и распознаваемость элементов содержания модели местности. Виртуально- реалистичные представления местности часто используют 3D-объекты с наложенными на них текстурами с изображениями стен и крыш зданий. Текстуры создаются на основе фотографий конкретных объектов, космических снимков высокого разрешения или выбираются библиотеки текстур, демонстрирующих материал покрытия. 3 Основной проблемой трехмерных моделей является сложность и трудоемкость их создания. 35

3.3 Описание процесса создания анимации Применение анимированных карт в различных областях практически безграничны, так как, картографировать можно почти любые предметы, явления которые окружают нас. Неопровержимо то, что все картографируемые объекты или явления с течением времени изменяются. Это значит, что для любого предмета или явления, возможно создание картографическая анимации. Созданная анимация осуществляет следующие функции: 1) Наглядно давать представление о программных возможностях ArcGIS, в частности работа с анимациями. 2) Возможно использование данной анимации в учебно- познавательных целях, например для наглядного представления учащимся исторических событий, а именно закрепление пройденного материала о «Бородинском сражении» ArcScene – это ESRI приложение в составе модуля ArcGIS 3D Analyst, оно предназначенно для визуализации трехмерных сцен на плоской поверхности. Перед тем как начать работу в ArcScen, была проделана работа по созданию цифровая модель рельефа (ЦМР). Для этого в сети интернет была найдена топографическая карта масштаба 1:100 000 (рисунок 17) [21]. С данной карты был оцифрован рельеф на территорию поля (рисунок 18). 36

Рисунок 18 – Полученный рельеф на территорию «Бородинского поля» с карты масштаба 1:100 000 Далее с помощью приложения ArcToolbox и модуля 3D Analyst была создана ЦМР «Бородинского поля» с карты масштаба 1:100 000 (рисунок 19) Рисунок 19 – Полученный фрагмент ЦМР на территорию «Бородинского поля» с карты масштаба 1:100 000 37

Далее в ArcScene была выполнена трехмерная визуализация проработанной исходной пространственной информации (рисунок 20). Рисунок 20 – Полученная на основе ЦМР 3D модель на территорию «Бородинского поля» Стоит подметить то, что ArcGIS поддерживает импорт объектов и в весьма популярном формате редактора 3D Studio Max (*.3ds). Расположения войск при Бородинском сражении так же были оцифрованы с карт-планов 1812 года [13]. Для оцифровки был создан точечный слой, для того что бы в дальнейшем при работе в программе ArcScene были добавлены трехмерные условные знаки «солдатами» были показаны расположения основных пехотных полков, артиллерия была показана условным знаком «пушки» в формате (*.3ds) загружались как символы типа 3D-символ – Марке (рисунок 21). На вкладке 3D Маркер редактора свойств символа можно предавать размеры загруженным моделям, положение в пространстве, оси вращения. 38

Рисунок 21 – 3D Модели в формате (*.3ds) 3.3.1 Временная шкала Анимационные карты в отличии от обычных карт применяют еще одно измерение – время. Когда речь идет о рассмотрении динамических явлений нужно всегда учитывать данный параметр, так как он является неотъемлемой частью таких процессов [17]. Тогда когда обычные карты имеют только пространственную шкалу (к примеру, в 1 сантиметре – 1 километр), анимационные карты имеют еще одну шкалу. Шкала времени или временная шкала – это соотношение между мировым временем и временем движения. Временные шкалы нужно выбирать в зависимости от вида явления, его длительности а так же цикличности. Допустимы несколько разновидностей этих шкал. Часы. Допустим если явление ограниченно суточным циклом, разумнее всего для отображения такого суточного процесса избирать простые часы. Конечно, нет большой надобности представлять полный суточный отрезок в реальном времени, поэтому рационально применять временное масштабирование, к примеру: 1час реального времени равняется 5 секундам анимированного времени [11]. 39

Для того что бы пользователям было удобно и доступно считывать необходимую информацию, в интерфейс этих карт можно лишь добавить кнопку воспроизведения и паузы. Привести пример применения часов можно в картах суточного хода общественного транспорта или динамические изменения транспортного потока на улицах за день [11]. Простые временные шкалы. Если процесс однороден, протяжен во времени а так же у него нет циклического воспроизведения, удобно применять обыкновенную временную шкалу. С помощью неё, пользователь сможет узнать, на каком этапе картографической анимации он находится в определённый момент. Однако, также как и с часами, имеет смысл применять временной масштаб. Анимационные карты приобретают большое распространение и притягивают огромный круг пользователей. Для того что бы более удобно работать и качественнее считывать информацию в анимационные карты внедряют шкалы времени. Точно изготовленная временная шкала сильно даёт возможность для качественного восприятия анимационной карты читателем. А так же она разрешает производить нужные проходящие измерения, что расширяет круг информации, которую получает пользователь. Если правильно разбить материал на временные отрезки, шкала послужит не только инструментом для ориентации по общему процессу картографической анимации, но и пользователь получит возможность установить на какой этап анимации ему нужно перешагнуть [11]. 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Можно сказать, что исторические военные карты и картосхемы сейчас начинают широко применяться, это связано с усовершенствованием программного обеспечения. Составление таких карт может быть применено для исторических исследований как в школьных курсах истории так университетских. На данных картах чётко показаны силы сторон, их передвижения. Картографические анимации в наше время становятся все популярнее и популярнее, а область их применения увеличивается. Для любого явления может быть создана картографическая анимация, по которой можно провести анализ, о явление или процессе для которого и создавалась анимация. Применение трёхмерных моделей в демонстрационных целях и на презентациях чрезвычайно эффективно, и здесь степень реализма модели зависит от степени заинтересованности изготовителя модели в эффекте, который она должна произвести на потенциальных потребителей. Однако по своей сути она также недалека от прочих демонстрационных материалов, используемых на подобных мероприятиях. В результате решения поставленных задач в работе было выполнено следующее: В данной бакалаврской работе были исследованы функциональные возможности ГИС для трёхмерного моделирования и анимированния. В ходе исследования были выполнены следующие задачи: – сбор и анализ источников данных по заданной тематике; – выбор наиболее подходящего программного обеспечения – подбор исходных данных и их качества; – создание картографической базы данных; – создание трехмерной анимации; – создание временной анимации; 41

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. сурс]: Атлас карт и схем русской военной истории [Электронный реРУНИВЕРС – Режим доступа: https://www.runivers.ru/lib/book3028/9485/ 2. Багратионовы флеши [Электронный ресурс]: Планета дорог – Режим доступа: http://www.planetadorog.ru/r/bagrationovy_fleshi/ 3. Батарея Раевского [Электронный ресурс]: СтудопедиЯ – Режим доступа: https://studopedia.org/8-238454.html 4. Берлянт А.М., Ушакова Л.А. Картографические анимации. – М. :Науч. мир, 2000. – 108 с. 5. Бородинская битва. Бой за Шевардинский редут [Электронный ресурс]: Вики Чтение – Режим доступа: https://military.wikireading.ru/17270 6. Бородинское сражение. Атака Шевардинского редута 24 августа 1812 года, 7-11 часов вечера [Электронный ресурс]: РУНИВЕРС – Режим доступа: https://www.runivers.org/galleries/468548/?IBLOCK_ID=42 7. тронный Бородинское поле в годы великой отечественной войны [Элекресурс]: Планета дорог – Режим доступа: http://www.planetadorog.ru/r/borodino_v_gody_velikoy_otechestvennoy_voyny/?f ref=gc&dti=1477212029232840 8. Бородинское поле - Государственный Бородинский военно- исторический музей-заповедник [Электронный ресурс]: fb.ru – Режим доступа: http://fb.ru/article/156341/borodinskoe-pole---gosudarstvennyiy-borodinskiy- voenno-istoricheskiy-muzey-zapovednik 9. Бородинское сражение [Электронный ресурс]: сайт История Рос- сии – Режим доступа: http://www.warstar.info/borodino_pruntsov/borodino.htm 10. Бой за Семеновские флеши [Электронный ресурс]: vuzlit – Режим доступа: https://vuzlit.ru/624477/semyonovskie_fleshi 42

Виртуальные географические среды: пер. с англ. / под ред. В. С. 11. Тикунова. – Смоленск: Изд-во Смолен. ун-та, 2012. – 243 с Карта Музея заповедника Бородинское поле [Электронный ре- 12. сурс]: Официальный сайт Бородинского поля года – Режим доступа: http://www.borodino.ru/muzej/territoriya-muzeya-zapovednika/ Картосхемы 1812 года [Электронный ресурс]: Война 1812 года – 13. Режим доступа: http://1812w.ru/sobyt/1800sob/borodino3.php Карты Стрельбицкого [Электронный ресурс]: Это место – Режим 14. доступа: http://www.etomesto.ru/map-karta-strelbickogo/ Можайск история и достопримечательности [Электронный ре- 15. сурс]: Студенческая электронная библиотека – Режим доступа: http://www.studentlibrary.ru 16. Полководцы 1812 года [Электронный ресурс]: iknigi.net – Режим доступа: http://iknigi.net/avtor-mihail-myagkov/125597-polkovodcy-1812-goda- kniga-1-mihail-kutuzov-mihail-barklay-de-tolli-petr-bagration-petr-vitgenshteynaleksey-arakcheev-ferdinand-vincingerode-mihail-myagkov.html Понятие анимации [Электронный ресурс]: Методические разра- 17. ботки – Режим доступа: http://24ikt.ru/Flash/master2/html/default.php Рельеф. Основные формы рельефа. [Электронный ресурс]: 18. файловый studfiles архив студентов – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/2905492/page:11/ Сражение за Шевардинский редут [Электронный ресурс]: fb.ru – 19. Режим доступа: http://fb.ru/article/306747/srajenie-za-shevardinskiy-redut- podrobnosti 20. Тикунов В.С. Определение картографической анимации [Элек- тронный ресурс]: studfiles файловый архив студентов – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/1817728/page:24/ 21. Топографическая карта Бородино масштаба 1:100 000 [Электрон- ный ресурс]: топографические карты Украины, России, Беларуси. – Режим доступа: 43

https://maps.vlasenko.net/?lon=35.84&lat=55.55&addmap1=smtm100&addmap2= smtm200 22. Что такое ArkGIS [Электронный ресурс]: официальный сайт ESRI – Режим доступа: http: //resources.arcgis.com 23. Шевардинский редут [Электронный ресурс]: Планета дорог. – Режим доступа: http://www.planetadorog.ru/r/shevardinskiy_redut/ 24. SASPlanet [Электронный ресурс]: Официальный сайт SASPlanet – Режим доступа: http://www.sasgis.org 44

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое) Фрагменты рабочих материалов 45

Положение сторон на Бородинской позиции [1] 46

1 этап Бородинского сражения [1] 47

2,3,4 этапы Бородинского сражения [1] 48

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательно) Фрагменты картографической анимации территории Бородинского поля 49

Фрагменты картографической анимации (Положение сторон перед битвой) Фрагменты картографической анимации (Атака Багратионовых флешей) 50

Фрагменты картографической анимации (Атака батареи Раевского) Фрагменты картографической анимации (Рейд кавалерии Платова и Уварова) 51

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв