Виртуальное картографирование

Участник:

Александр Михайлович Берлянт – доктор географических наук, профессор

Александр Гордон: …роскошный, отличного качества, прекрасного разрешения снимок из космоса участка территории 10 на 10 километров. Вот в любую точку на территории США ткни, и они тебе снимок 10 на 10 километров сделают. И я подумал – потрясающая возможность получить идеальную карту, причём в хорошем масштабе. Притом что мне ещё при жизни здесь приходилось создавать карты деревенской местности, где я жил, потому что официальным картам верить нельзя было. Там были иной раз катастрофические расхождения – по политическим мотивам или каким–либо другим. Я тогда подумал, вот конец картографии. Если всю землю можно вот так сосканировать из космоса, что ж делать бедным картографам? Так вот вопрос к вам: что делать бедным картографам?

Александр Берлянт: Вообще, картография должна быть информационной службой этого государства. Собственно, это основное её назначение, по моему мнению. А существует она, так сказать, в трех ипостасях. С одной стороны, это наука, наука о том, как с помощью карт человек может познать окружающий мир. С другой стороны, это, безусловно техника, и очень серьёзная техника, которая говорит о том, как сделать карту, как использовать карту, как работать с картой и так далее.

И, кроме того, это ещё и производство. Потому что это такое производство, которое выпускает товарную продукцию – карты, глобусы, атласы. Это довольно большое производство, приносящее стране определённый доход. Эта тройственность – характерная черта этой науки.

Кроме того, сами учёные ещё не вполне согласны в том, что это за наука. Одни говорят, что карта – это модель, модель мира и, следовательно, это наука о моделировании. Поскольку она моделирует природу, общество и всё такое, то это, скорее всего, наука, относящаяся к географическим, во всяком случае – к естественным наукам.

С другой точки зрения считают, что картография, это наука о том, как передавать графическую информацию, как передавать пространственную информацию. Считают, что картограф стоит с одной стороны – он берёт какую–то информацию и передаёт её пользователю. И тогда карта – это уже никакая не модель, а это канал информации от того, кто этой информацией владеет, к тому, кто её получает.

Есть ещё третья точка зрения – что картография это наука, вообще говоря, языковая. То есть, это наука о некотором языке, которым пользуется человек, наряду с математическим языком, с химическим языком, с языком музыкальных знаков, нотной грамотой.

Поэтому в этом отношении единства у картографов нет. Скорее всего, картография – это и то, и другое, и третье, всего понемножку. Это и модель мира, и, с другой стороны, определённый канал информации, и, кроме того, это ещё и язык, на котором люди общаются между собой. И более того, среди некоторых картографов бытует мнение о том, что этот язык даже более естественен для человека, чем разговорный язык. Когда человек ещё не умел говорить и не умел высказываться, он уже умел рисовать, допустим, на песке, или на скале, или на камне схему и показывать своим собратьям, своим соплеменникам места охоты, выпаса, перегонов скота и так далее. И когда человек ещё не владел членораздельной речью, он уже имел этот навык рисовать что–то и что–то показывать. Так же, как, между прочим, у человека есть врождённый внутренний инстинкт ориентирования в пространстве, так вот карта и есть язык такой ориентации.

А.Г. У человека или у мужчины всё-таки?

А.Б. У человека, у человека. Может быть, у мужчины несколько больше, но в марте[01] пока ещё не будем говорить «только у мужчины».

Вот в таком положении находится картография как наука. С одной стороны, как наука, техника и производство, и с другой стороны, как такая область, которая захватывает разные разделы естественных и общественных наук.

Она очень тесно связана с географией. Вообще, когда–то, на заре её развития, география – то есть «описание гео», и картография, то есть «рисование карт», – были почти синонимы, они не разделялись. Потом они довольно сильно разделились, а теперь снова ставится вопрос о том, чтобы они постепенно сливались.

Теперь карта. Это особая такая модель, очень удобная для человека, он никак не может от неё отказаться. И ни в каких, пожалуй, обстоятельствах он не сможет обойтись без карты. Собственно, она, наверное, будет существовать до тех пор, пока человек 80% информации получает через зрение.

И во всех языках есть мысль о том, что лучше один раз увидеть, чем много раз услышать или потрогать. И есть разные пословицы, вроде той китайской, что одно изображение стоит тысячи слов.

Это действительно так. Человек, когда видит пиктографическую картинку, например, говорящую о том, что здесь переход под землёй, он быстро понимает её без всяких слов. И в этом огромное преимущество карты.

Карта – это знаковая модель, в отличие, скажем, от снимка, о котором вы говорили, что можно из космоса получить изображение Земли. Она – знаковая модель.

А знаки – это очень сильная вещь, потому что они позволяют, например, отобразить на карте те объекты, которые человек никогда не видел, которые просто никогда не видел и никогда в жизни не увидит.

Скажем, вот поверхность какой–нибудь планеты, на которой он никогда не был, а карта её есть. Скажем, морское дно со всеми возвышенностями, горами, разломами и тому подобное. Это тоже такой объект, который человек никогда не видел и никогда не увидит, разве что утопленник, так сказать, в последний момент увидит морское дно.

А у нас есть карты морского дна всего мира. Там можно показать те явления, которые человек вообще не воспринимает своими органами чувств. Скажем, у нас есть карты магнитных аномалий, очень подробные, которые показывают, как расположены эти магнитные аномалии. Конечно, никакой человек их почувствовать не может, как, скажем, силу тяжести или какие–нибудь другие подобные вещи. Он их почувствовать не в состоянии.

А.Г. Параллели и меридианы тоже не видны.

А.Б. Параллели и меридианы – да, совершенно верно, это тоже абстракция. Можно вообще показать на карте абстракции. Скажем, какой–нибудь индекс сухости какого–нибудь пустынного района, который представляет собой некий расчётный показатель, учитывающий количество осадков – человек никогда этого не видел. Или, скажем, показать обеспеченность человека какими–нибудь финансовыми средствами – тоже в расчётных величинах.

Вот это все позволяют сделать карты в отличие от снимка. Поэтому снимок – это всё-таки не карта. Снимок – это как бы копия того объекта, который человек видит, той местности, которую он видит, и очень иногда полезный, очень важный.

Вам, например, важно увидеть все детали на этой местности, все подробности. А карта – это тот же снимок, но уже пропущенный через мозги человека, через руки человека. И именно он, картограф, решал, что показать, что оставить, что снять с карты, как и что показать, что выделить на первый план, от чего, так сказать, избавиться как от какой–то незначительной мелочи.

Поэтому карта и снимок – это несколько разные вещи, и они друг друга не перекрывают. Ну, а та точка зрения, что с развитием, скажем, космических съёмок и после того как будет вся Земля заснята, картография, так сказать, погибнет или растворится, или уйдёт на второй план, эта точка зрения тоже несостоятельна, потому ни один снимок, полученный из космоса, нельзя привязать к Земле и нельзя обработать, если нету карты.

То есть, для того чтобы его положить на основу, чтобы знать, где он, чтобы его, так сказать, привести к горизонту, для всего для этого, прежде всего, необходима карта.

С другой стороны, картография сейчас уже никак не может жить без снимков. Эти два аспекта очень хорошо уживаются, очень хорошо взаимодействуют.

Ведь такие же точки предположения были, когда впервые начала внедряться в естественные науки математика. И тогда появилось такое мнение, что поскольку есть компьютер (тогда ещё были огромные компьютеры, которые занимали целое помещение), что поскольку вся информация вложена в компьютер, то зачем теперь карта? И что карты будут не очень нужны, и человек будет все задачи, тем более пространственные задачи, легко решать с помощью карт.

Но жизнь показала, что всё пошло несколько иначе. И теперь какой компьютер считается самым лучшим? Тот, у которого большой экран – чем лучше экран, тем лучше компьютер.

Потому что человек никак не может отказаться от наглядного образа. Если говорить научными терминами, то человек решает свои задачи не алгоритмически, не следует постепенно, не анализирует, вернее, человек решает задачи, не только анализируя, но и эвристически. Он сразу видит некий образ, и этот некий образ ему подсказывает какие–то решения, какие–то пути исследования. Причём, некоторые вещи человек сразу отметает, он на них даже не обращает внимания. Вот шахматист. Шахматист, когда перед ним партия, он ведь не перебирает все ходы подряд, он просто знает, что некоторые ходы можно даже не смотреть, пустой номер, там ничего нет.

Так и человек анализирует карту – он углубляется только в те образы, которые ему подсказывают какие–то решения, дают какие–то пути исследования.

Вот что можно сказать о карте.

Теперь я бы ещё сказал, пожалуй, о том, что карта за свою многовековую историю… Когда появились первые карты – мы не знаем, но первые картоподобные рисунки датируются сроком около 14–15 тысяч лет тому назад. Это наскальные рисунки, это рисунки на деревянных, на глиняных табличках. Позднее – это рисунки на деревне, на бивнях мамонтов, на костях животных. На бересте, на дереве, на шёлке в Китае, и на вазах старинных мы находим картографические рисунки. Даже в Библии есть упоминание о карте, например, в книге пророка Иезекииля сказано: «И ты, человек, положи перед собой кирпич и нарисуй на нём план города Иерусалима». Это были те самые глиняные таблички с картографическими рисунками, которые дошли до нас и которые, согласно исторической науке, сохранились где–то в Месопотамии.

Так что это очень древнее изобретение. И, кстати, сейчас на экране изображена такая древняя дорожная римская карта. Она анаморфирована, то есть все формы на ней искажены. Можно увидеть там, на юге, в левом углу этой картины, дельту Нила, сильно разветвлённую. И потом такой узкой полосой проходит Средиземное море и ещё видно Красное море немножко. Так вот это дорожная римская карта, так называемая пейтингерова таблица. Названа она по имени немецкого учёного Пейтингера, который в самом начале 16 века её нашёл, описал и у себя в коллекции держал.

Она представляет собой свиток длиной примерно, по–моему, метров 17–ти и шириной около трети метра. Она разворачивалась по мере движения человека от Британских островов до Индии. И на ней красными тонкими линиями показаны дороги.

Причём, дороги по протяжённости своей искажены, и по направлениям они тоже искажены. Зато очень точно показано, где эти дороги пересекаются, где они разветвляются. И, кроме того, на ней показаны все населённые пункты и стоянки римских легионеров. Вот это всё на ней очень чётко отражено.

Это было сделано очень давно. А вот то, что мы сейчас видим, это современная карта метрополитена. В данном случае тут приведён район города Барселона – потому что он тоже имеет такую вытянутую форму.

Так вот на карте метрополитена (как московского метрополитена, так и любого другого) тоже не сохраняется ни расстояние, ни направление, но отлично видна топология – все станции пересадок есть.

Так вот карты претерпели огромные изменения за века своего существования – и в способах изображения, и во внешнем виде, и в самом, так сказать, рисунке. Это уже не рулоны большие, это карты на бумаге, или карты на экране в автомобиле, или карты на экране компьютера.

И картограф рисует уже не резцом, и не кисточкой, и не карандашом. Кто бы мог подумать – он рисует мышкой, мышкой на экране, а не кисточкой на бумаге, не резцом на гравировальном камне.

Но функции у них остались те же. Функции остались абсолютно те же, какими всегда они были. Есть очень много аналогий между старинными картами и современными. Одна такая массивная плита была найдена в Саудовской Аравии, в Аравийской пустыне, точнее, недалеко от залива Акаба. И после того как археологи её изучили, они пришли к выводу, что это карта предназначена была для сбора податей. То есть, собственно говоря, карта была кадастрового назначения, такого же назначения, как и современные кадастровые карты.

То есть, хотя средства изображения менялись, но язык её практически остаётся тем же самым, точно так же, как язык, скажем, древних летописей не очень сильно отличается по сути своей от современного языка, хотя всё остальное поменялась. Стало быть, карта такую длинную, долгую эволюцию прошла. И никак она не растворяется ни в аэрокосмических снимках, ни в математических моделях. Она живёт с ними бок о бок.

Теперь можно было бы сказать ещё о том, как идёт современная эволюция карты.

Карта очень тесно взаимодействует с аэро– и космическими снимками. Вообще говоря, космические съёмки поставили всё с ног на голову, с головы на ноги – в общем, перевернули всю картографию. Потому что раньше, чтобы получить, например, карту лесов такой огромной страны, как Россия, нужно было снимать сперва в крупных масштабах. Отдельно лесные хозяйства, потом всё сводить вместе, получать карты лесов крупного района, потом районы сводить вместе, получать обзорную карту всей страны.

И пока не были сделаны съёмки отдельных участков, нельзя было получить большую обзорную карту на всю страну в мелком масштабе – всё приходилось сводить. А во время этого сведения, естественно, накапливались какие–то погрешности, ошибки.

В конце концов, космические снимки позволили пойти совершенно другим путём. Потому что большой охват пространства, который космические снимки дают, позволяет сперва получить мелкомасштабную карту на всю страну, а потом уже детализировать её на отдельных участках, где нужно. То есть, принципиально другой подход.

Я уже говорил, что снимки получаются детальные и очень, очень подробные. А карта пропущена через голову и несколько абстрактна, несколько условна. И в настоящее время сделаны уже попытки (эти карты существуют) совместить изображение. Фотоизображение накладывается на картографическое изображение. То есть, в карту впечатывается фотографическое изображение, называется это «фотокарта».

Фотокарты (иногда их называют ортофотокарты, чтобы подчеркнуть их ортогональность, снимок всё-таки бывает наклонный), космофотокарты, они сейчас в большом ходу, в очень большом ходу, их очень много. И даже не всегда можно отличить обычную карту от фотокарты. Очень удобно, потому что они совмещают подробность, детальность снимка с обобщённостью карт. Вот это стало развиваться, я думаю, с 60–х годов и, может быть, особенно интенсивно эти фотокарты стали делать американцы во время вьетнамской войны, потому что им там трудно было ориентироваться на местности. Пожалуй, они. А сейчас это очень активно развивается во всех отраслях знаний.

Потом человек пошёл дальше. Потому что в картографии всегда борются два направления. Одно направление картографии, это стремление сделать модель наиболее метричной, чтобы с неё можно было снять максимум метрической информации: высоты, глубины, расчленения, уклоны, удалённость, наклоны, градиенты и прочее, прочее, прочее. А вторая тенденция – это стремление сделать карту наиболее наглядной. Чтобы когда на неё смотришь, видеть просто местность, рельефную местность, пластическое изображение.

И эти два направления между собой, так сказать, диалектически, как нас учили, конфликтуют. Иногда стремление сделать карту очень пластичной мешает наглядности.

И после того как стали в большом ходу фотокарты, стали задумываться о возможности сделать карты трехмерными. Это называется «3D–карта» и в этом направлении было сделано очень много. Сперва делали вручную, строили разные рельефные блок–диаграммы.

Теперь это делается компьютерным образом, встроенные программы это делают моментально. И мы получаем трехмерное изображение рельефа. Мы видим все возвышенности, низменности, можем поворачивать эту модель так, как нам удобно, разглядывать с разных сторон. Можем вытягивать по одному направлению или по другому, то есть менять масштаб так, как нам удобно. Вот, кстати, то, что сейчас на экране, это как раз фотокарта одного из районов Бангладеш. Это очень сильно заболоченная местность, дельта большой реки и джунгли, там пробраться с топографической съёмкой тяжело. Поэтому французы (это французская карта) со своего спутника «СПОТ» делают очень подробные изображения и вгоняют его в рамки карты. И на этой карте есть всё, кроме рельефа. Здесь не очень хорошо видно, но там есть и названия населённых пунктов, и дорожная сеть, и подробное фотоизображение вместе с картографическим изображением. А вот слева за рамкой показаны масштабы, различные склонения, в общем, всё, как на обычной карте. Делается это очень быстро, почти в реальном режиме. И получаются такие карты для развивающихся стран, которые пока не могут себе позволить полноценной картографии, полноценной наземной съёмки. Когда стали делать трехмерные модели, то следующим этапом было натягивание на эту трехмерную модель фотоизображения. То есть, она уже не только трехмерная, но ещё и с фотоизображением, которое демонстрирует почти реальную местность. И, если можно так назвать, это были «фото–блок–диаграммы». То есть, уже была представлена местность со всей реальной ситуацией и со всеми реальными её высотами, понижениями и тому подобным.

Далее захотели придать этой модели ещё и динамику. То есть, появились картографические анимации. Электронные технологии позволили это изображение анимировать. Модель стала вращаться, её стало возможно поворачивать, наплывы различные делать, удаления, выделять какие–то части, освещать, затенять и так далее.

Она стала ещё более наглядной. Такое фотоизображение – это та модель, которая сейчас на экране…

А.Г. Это какой–то вулкан?

А.Б. Да, это гора где–то на севере, на границе между США и Канадой, по–моему, расположена. Вот такое изображение уже почти совсем реальное.

Кроме того, теперь делают виртуальные модели. Мало того, что это трехмерка, мало того, что на неё натянуто фотоизображение, но, кроме того, она ещё может поворачиваться и вращаться, можно делать её облёт. То есть, можно показать, вот так, как сейчас показано на экране, как во времени меняется изображение. Как будто бы человек совершает облёт этой местности.

И кстати, это очень легко вошло в жизнь и стало всем понятно, потому что телевидение показывает, скажем, сводку погоды на фоне как раз облёта поверхности нашей страны. Причём, появляются две анимации. На одной – программа показывает, что территория России вращается перед зрителем, а на другой картине зритель как бы пролетает над этой местностью. Эта та самая виртуальная анимация и все её воспринимают очень легко и просто. Это уже виртуальная модель.

Кроме того, технологии позволяют ещё выбирать маршрут. Можно выбрать маршрут и сказать, что «я хочу пролететь вокруг этой горы вот по такому маршруту». Более того, я хочу снизиться на этой горе и опуститься вот на это место, провести там какие–то измерения. Более того, можно с помощью этих виртуальных технологий покрыть землю, скажем, зелёным покровом, как летом, или покрыть снегом, как будто это зимний день. Можно добавить звук, если на модели изображено какое–то озеро, а если морской залив, то можно ещё добавить шум прибоя. И тогда уже будет полное впечатление, что ты находишься в реальной местности, можешь опуститься, можешь облететь её.

Если это виртуальный город, то можно попутешествовать по улицам, между ресторанами, банками, жилыми домами и тому подобное. Можно осветить её по–разному. Можно придать этой модели вечернее освещение или, скажем, дневное освещение. Или поместить облачность, которая будет частично закрывать город.

В общем, всё можно моделировать. То есть, картография дошла до такого момента, что можно управлять этой моделью в компьютерной среде – мы получаем почти реальную модель.