Геоиконика — наука о геоизображениях

Прогресс геоинформационного картографирования, аэрокосмического зондирования и компьютерных технологий ведет к тому, что карты традиционного типа перестают быть единственным и безраздельным средством познания объектов и процессов на нашей планете.

Съёмки в любых масштабах и диапазонах, с различным пространственным охватом ведутся на земле и под землей, на поверхности океанов и под водой, с воздуха и из космоса. Компьютерное моделирование, различные механические и автоматические преобразования снимков и карт обусловили появление десятков и сотен новых пространственных моделей. Постепенно входят в исследовательский обиход картографические анимации и голограммы. Никогда прежде географы, геологи, планетологи, социологи и другие представители наук о Земле и обществе не имели дела с таким изобилием карт, аэро- и космических снимков, экранных изображений, на которых в разных аспектах и всевозможных ракурсах представлена вся планета — объект их исследований и забот. Известно, что в мышлении людей зрительный образ занимает центральное место. Около 4/5 информации об окружающем мире люди получают с помощью зрения. Ни быстродействующие процессоры, ни многозвучные плееры по эффективности передачи информации не способны конкурировать с изображениями. Всем известно, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». И именно поэтому, чем совершеннее компьютер, тем больше и красочнее его экран. Все множество карт, снимков и других подобных моделей можно обозначить единым термином «геоизображения», понимая под этим любые пространственно-временные, масштабные, генерализованные модели земных объектов или процессов, представленные в графической образной форме. В этой формулировке названы главные свойства, присущие всем геоизображениям (масштаб, генерализованность, наличие графических образов), и отмечена их специфика — это изображения Земли. Геоизображения охватывают недра Земли и ее поверхность, океаны и атмосферу, биосферу, социально-экономическую сферу и область их взаимодействия — природно-социально-экономическую сферу.

Различают три класса геоизображений в зависимости от их метрических свойств, методов получения, статичности — динамичности и, конечно, в зависимости от назначения:

плоские, или двухмерные геоизображения;
объемные, или трехмерные геоизображения;
динамические трех- и четырехмерные геоизображения.

Плоские геоизображения

К этому классу принадлежат, прежде всего, карты и планы, знаковые, генерализованные модели, построенные в картографических проекциях: топографические, тематические карты самых разных масштабов назначения и содержания, а также всевозможные производные картографические модели. Таковы, например, анаморфированные карты, искажающие реальные пространственные конфигурации, чтобы более наглядно передать особенности размещения картографируемых явлений. Аэро- и космические снимки, фотографии морского дна, телевизионные, радиолокационные, гидролокационные, сканерные изображения также относятся к плоским геоизображениям. Комбинации геометрических и спектральных свойств снимков настолько разнообразны, что их даже затруднительно перечислить. Самое же главное свойство всех снимков — это копийная (иконическая) передача объектов, их реальной формы и вида с той степенью разрешения (подробности), которую обеспечивает съемочная аппаратура. В этом состоит принципиальное отличие снимков от карт.

Еще одна группа плоских геоизображений компьютерные (электронные) карты, высвечиваемые на экранах в растровом и векторном форматах. Можно «перелистывать» карты прямо на экране, совмещать их друг с другом — словом, работать с ними в интерактивном режиме.

Объемные геоизображения

Этот класс объединяет трехмерные графические модели, зрительно воспроизводящие объемность реального мира. К ним относятся блок-диаграммы — трехмерные рисунки местности; стереоскопические модели — результат разглядывания стереопар снимков сквозь специальные стереофотограмметрические приборы; физиографические панорамы — модели, сочетающие наглядность и картинность художественных пейзажей с точностью карт и др. Такие панорамы и пейзажи конструируют теперь на экранах компьютеров. Они очень удобны для планирования ландшафта, размещения на нем зданий и архитектурных сооружений.

К объемным геоизображениям принадлежат рельефные карты и глобусы, которые еще недавно изготавливали вручную из папье-маше, а теперь формуют из пластика. И, наконец, объемные голограммы. Сегодня голографические карты и снимки местности существуют в единичных экспериментальных экземплярах, но эта технология столь стремительно прогрессирует, что, возможно, скоро голограммы станут не менее привычными, чем электронные карты.

Динамические геоизображения

Движущиеся геоизображения передают изменения объектов не только в пространстве, но и во времени, т. е. как бы в четвертом измерении. Это плоские, или стереоскопические, картографические анимации. С их появлением картография преодолела извечную свою статичность. Начали даже говорить об особой анимационной картографии, в которой традиционная статичная картография рассматривается как частный случай.

Анимационные геоизображения помогают, например, фиксировать разрастающиеся пятна нефтяного загрязнения на поверхности океана, распространения очагов эпидемий, изменения температурных полей на суше и в океане, движения ледников и т. п.

Мало-помалу анимации входят в повседневный быт, и мы легко воспринимаем на телеэкране анимационную карту прогноза погоды, когда на ней перемещаются атмосферные фронты, облачный покров и зоны осадков.

Система геоизображений

Кроме геоизображений, входящих в рассмотренные выше три класса, существует много комбинированных моделей, сочетающих в себе разные свойства. Таковы, например, широко распространенные космофотокарты (иконокарты), на которых знаковая картографическая нагрузка напечатана поверх фотоизображения, так что читатель одновременно видит и генерализованную карту, и детальный снимок одной и той же местности. В других случаях фотоизображение как бы «натягивается» на трехмерную модель рельефа, в результате чего получаются очень наглядные фотоблок-диаграммы. Оказывается, между разными геоизображениями часто нет резкой границы. Например, нет принципиальных различий между обычными и электронными картами, хотя на электронных картах перемещаются знаки или меняются окраски. А от электронных карт — один шаг до анимации. Точно так же есть плавный переход от карт к фотокартам, затем к иконокартам и далее к снимкам. При этом постепенно как бы ослабевают свойства знаковости и нарастают «снимковые» свойства. А при переходе от снимков к стереомоделям, фотоблок-диаграммам и потом к рельефным картам нарастает трехмерность, объемность изображений. Как правило, гиперизображения — это программно управляемые модели, свойства которых можно изменять по мере необходимости. С развитием компьютерных технологий становится вполне реальным конструирование гиперизображений с любыми заданными свойствами. Появляются, например, особые стереокарты, или объемные фотоизображения, горного рельефа с заранее рассчитанным освещением и распределением теней. В других случаях полосы спутниковых изображений, виток за витком покрывающие земной шар, соединяются («сшиваются»), проходят компьютерную обработку, трансформируются в картографическую проекцию и окрашиваются в условные цвета. В итоге получают гиперизображение всей планеты, которое обладает свойствами компьютерной модели, точностью карты и подробностью космического снимка. К тому же такая электронная карта-снимок программно управляема, с ней можно проводить аналитические преобразования и добавлять новые данные по мере их поступления.

Прогресс в конструировании геоизображений так же бесконечен, как и в любой другой сфере творческого поиска. Новые задачи диктуют необходимость выбирать оптимальные диапазоны космической съемки, внедрять наиболее выгодные картографические проекции, разрабатывать новые изобразительные средства, создавать более реалистичные анимации и т. п.

В 60-е гг. XX в. в нашей стране и за рубежом стала быстро набирать силу особая наука об изображениях — иконика. Не претендуя на замену таких конкретных отраслей, как телевидение, фотография, оптика, иконика исследует общие свойства изображений, цели и задачи их преобразования, обработки и воспроизведения, распознавания графических образов.

Постепенно идеи иконики проникли в дистанционное зондирование, картографию и науки о Земле. Возникли идеи формирования нового направления — геоиконики как новой отрасли знания о геоизображении, теорию, методы их анализа, преобразования в науке и практике. При этом геоиконика становится связующей дисциплиной между картографией, аэрокосмическими методами и компьютерной графикой. Каждая из этих мощных дисциплин изучает геоизображения со своей точки зрения, а геоиконика занимается общими проблемами, она словно наводит мосты между родственными отраслями науки. В результате происходит все более тесное соединение картографии, аэрокосмического зондирования и геоинформатики, их взаимное цементирование, заполнение разделявших их прежде пустот, короче говоря, их интеграция.

Теория геоизображений находится в стадии формирования. Новое научное направление больше всего опирается на теорию картографии, поскольку она дальше других продвинулась в изучении геоизображений, их свойств, законов формирования, их соотношений с объектами и процессами, происходящими на Земле. Решающую роль в становлении нового направления играют ГИС (географические информационные системы). Именно с их помощью изготовляют электронные карты, трехмерные модели, анимации и сложные гиперизображения, предоставляющие пользователю информацию в формах, наиболее удобных для решения конкретных задач.