Трёхмерное геоморфометрическое моделирование подводного рельефа Северного Ледовитого океана (тестовая настольная система низкого разрешения)

http://doi.org/10.35595/2414-9179-2019-1-25-275-289

Посмотреть или загрузить статью (Rus)

Об авторах

Флоринский И.В.

Институт математических проблем биологии РАН — филиал Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН,
Пущино, Московская обл., 142290, Россия,
E-mail: iflor@mail.ru

Филиппов С.В.

Институт математических проблем биологии РАН — филиал Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН,
Пущино, Московская обл., 142290, Россия,
E-mail: fsv141@mail.ru

Аннотация

Подводный рельеф является одним из основных факторов, определяющих ход и направленность процессов, протекающих на границе литосферы и гидросферы. Батиметрические цифровые модели рельефа (ЦМР) используются для решения разномасштабных задач океанологии, морской геоморфологии, геологии и смежных наук. При этом исследования рельефа дна Северного Ледовитого океана занимает особое место. Это связано, в частности, с проблемой обоснования национальных границ арктического шельфа. В статье представлены результаты первого этапа выполнения проекта по разработке системы трёхмерного (3D) геоморфометрического моделирования подводного рельефа Северного Ледовитого океана. На этом этапе разрабатывалась тестовая настольная версия системы. В качестве исходных данных использована небольшая ЦМР низкого разрешения, выделенная из International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean (IBCAO) version 3.0 ЦМР была сглажена для подавления высокочастотного шума. По сглаженной ЦМР была рассчитана серия морфометрических величин: горизонтальная, вертикальная, минимальная и максимальная кривизна, водосборная и дисперсивная площадь, а также индекс мощности потоков. Для создания 3D моделей была применена разработанная нами ранее методика 3D моделирования рельефа в среде пакета Blender (бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом). Представлена серия скриншотов визуализированных 3D морфометрических моделей (ракурсы со стороны Атлантики, Евразии, Тихого океана и Северной Америки). Эксперимент показал, что использованный подход работоспособен и может служить основой для создания следующих версий системы — настольной и онлайновой, которые обеспечат работу с моделями высокого разрешения.

Ключ. слова

3D визуализация, ЦМР, подводный рельеф.

Список литературы

  1. Алексеев С.П., Костенич А.В., Cтавров К.Г., Нарышкин Г.Д., Фридман Б.С. Континентальное подножие Арктического бассейна. Арктика: экология и экономика, 2012. № 1 (5). С. 82–91.
  2. Карта «Рельеф дна Северного Ледовитого океана». Масштаб 1:5 000 000. Гл. ред. Г.Д. Нарышкин. СПб.: ГУНиО МО, ВНИИ Океангеология, РАН, 1998.
  3. Нарышкин Г.Д. Рельеф дна Арктического бассейна. Диссертация на соискание степени доктора географических наук. СПб.: ВНИИ Океангеология, 2001. 151 с.
  4. Нарышкин Г.Д., Петров Д.М., Ермолаев А.А., Алексеев С.П., Костенич А.В. Критерии внешней границы континентального шельфа прибрежных государств в Арктике в соответствии с требованиями конвенции ООН по морскому праву. Навигация и гидрография, 2013. № 36. С. 61–68.
  5. Поселова Л.Г. Использование ГИС-технологий при изучении геологического строения бассейна Северного Ледовитого океана. Межд. конф. «Геоинформационные системы в геологии», Москва, 13–15 нояб. 2002 г. М.: ГГМ РАН, 2002.
  6. Филиппов С.В. Программная платформа Blender как среда моделирования объектов и процессов естественно-научных дисциплин. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2018. № 230. 42 с. DOI: 10.20948/prepr-2018-230.
  7. Флоринский И.В., Филиппов С.В. Трёхмерное моделирование рельефа: применение пакета Blender. ИнтерКарто. ИнтерГИС. Материалы Междунар. конф., Петрозаводск, 19–22 июля 2018. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2018. Т. 24. Ч. 2. С. 250–261. DOI: 10.24057/2414-9179-2018-2-24-250-261.
  8. Фридман Б.С. Результаты гидрографических исследований и картографирование рельефа дна Арктического бассейна для определения внешней границы континентального шельфа России в Арктике. СПб.: Наука, 2007. 207 с.
  9. Catmull E., Clark J. Recursively generated B-spline surfaces on arbitrary topological meshes. Computer-Aided Design, 1978. V. 10. № 6. P. 350–355. DOI: 10.1016/0010-4485(78)90110-0.
  10. Cook R.L., Torrance K.E. A reflectance model for computer graphics. ACM Transactions on Graphics, 1982. V. 1. No 1. P. 7–24. DOI: 10.1145/357290.357293.
  11. Florinsky I.V. Digital terrain analysis in soil science and geology. 2nd edition. Amsterdam: Academic Press, 2016. 486 p.
  12. Florinsky I.V., Filippov S.V., Abramova A.S., Zarayskaya Yu.A., Selezneva E.V. Towards geomorphometric modeling of the topography of the Arctic Ocean floor. Proceedings of 7th Int. conf. cartography & GIS, Sozopol, Bulgaria, 18–23 June 2018. Sofia: Bulgarian Cartographic Association, 2018. P. 166–173.
  13. Horn B.K.P. Hill shading and the reflectance map. Proceedings of IEEE, 1981. V. 69. № 1. P. 14–47. DOI: 10.1109/PROC.1981.11918.
  14. Jakobsson M., Mayer L., Coakley B., Dowdeswell J.A., Forbes S. et al. The International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean (IBCAO) version 3.0. Geophysical Research Letters, 2012. V. 39. № 12. L12609. DOI: 10.1029/2012GL052219.
  15. Kent B.R. 3D scientific visualization with Blender®. San Rafael: Morgan & Claypool Publishers, 2015. 105 p. DOI: 10.1088/978-1-6270-5612-0.
  16. Lecours V., Dolan M.F.J., Micallef A., Lucieer V.L. A review of marine geomorphometry, the quantitative study of the seafloor. Hydrology and Earth System Sciences, 2016. V. 20. № 8. P. 3207–3244. DOI: 10.5194/hess-20-3207-2016.
  17. Oude Elferink A.G. The delimitation of the continental shelf beyond 200 nautical miles in the Arctic Ocean: recent developments, applicable law and possible outcomes. Challenges of the changing Arctic: continental shelf, navigation, and fisheries. Leiden: Brill Nijhoff, 2016. P. 53–80. DOI: 10.1163/9789004314252_007.
  18. Phong B.T. Illumination for computer generated pictures. Communications of ACM, 1975. V. 18. № 6. P. 311–317. DOI: 10.1145/360825.360839.
  19. Simonds B. Blender master class: a hands-on guide to modeling, sculpting, materials, and rendering. San Francisco: No Starch Press, 2013. 288 p.
  20. Weber M. Defining the outer limits of the continental shelf across the Arctic Basin: the Russian submission, states’ rights, boundary delimitation and Arctic regional cooperation. International Journal of Marine and Coastal Law, 2009. V. 24. № 4. P. 653–681. DOI: 10.1163/ 157180809X455629.

Для цитирования: Флоринский И.В., Филиппов С.В. Трёхмерное геоморфометрическое моделирование подводного рельефа Северного Ледовитого океана (тестовая настольная система низкого разрешения) ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий: Материалы Междунар. конф. M: Издательство Московского университета, 2019. Т. 25. Ч. 1. С. 275–289. DOI: 10.35595/2414-9179-2019-1-25-275-289

For citation: Florinsky I.V., Filippov S.V. Three-dimensional geomorphometric modeling of the Arctic Ocean submarine topography (a testing, low-resolution desktop system) InterCarto. InterGIS. GI support of sustainable development of territories: Proceedings of the International conference. Moscow: Moscow University Press, 2019. V. 25. Part 1. P. 275–289. DOI: 10.35595/2414-9179-2019-1-25-275-289 (In Russian)