Murroksessa: Geokuvien kolmannen ulottuvuuden aika on käsillä

Kirjoittaja: Pyry Kettunen, Maanmittauslaitos

You may also read this article in English.

Artikkelin pdf-versio

Kolmeulotteinen karttakuva Otaniemen alueesta.

Kattavat kolmeulotteiset paikkatietoaineistot mahdollistavat myös kartografisten 3D-geokuvien tuottamisen (kuva: Jaakko Kähkönen ja Pyry Kettunen)

Informaatiosisällön kannalta kolmas ulottuvuus on geokuvilla usein pikemmin haitta kuin hyöty, vaikka se tarjoaakin helppoa ja viihdyttävää katsottavaa. 3D-aineistojen lisääntyminen ja 3D-piirtotekniikan kypsyys näyttävät kuitenkin viimein nostavan myös kolmeulotteisen viistoesityksen hyötyarvoa.

Kolmeulotteisen ympäristön esittäminen kuvalla ympäristön ymmärtämiseksi on yksi ihmisen ikiaikaisista tarpeista. Esitystekniikoista merkityksellisimpiä on ollut kolmen ulottuvuuden projisointi kaksiulotteiselle tasolle alkaen esihistorian piirroksista vaikkapa kallioseinämään ja päätyen nykypäivän kolmeulotteiseen tietokonegrafiikkaan. Perspektiivikuvauksen historiaa on jäljitetty aina antiikin Kreikkaan saakka, joten kolmen ulottuvuuden piirtämistä tasolle ei voida pitää mitenkään tuoreena keksintönä. Silti fyysistä kolmeulotteisesti ympäristöä esittävät geospatiaaliset kuvat (lyhennän geokuvat) jaksavat ihastuttaa meitä katsojia. Tässä kirjoituksessa pohdin, onko kolmeulotteisten geokuvien merkitys kokenut viime vuosina olennaista muutosta.

Mikä oikeastaan on kolmeulotteinen geokuva?

Kaikki geokuvat kuvaavat kolmeulotteista todellisuutta, vaikka kolmatta ulottuvuutta (tyypillisesti korkeus) ei olisi piirretty varsinaisesti näkyville. Kolmeulotteinen geokuva tarkoittaakin tyypillisesti yläviistosta, maanpinnan kohteiden yläpuolelta piirrettyä, laajempaa maa-aluetta esittävää kolmeulotteisen todellisuuden projektiota kahdessa esitysulottuvuudessa, kuten paperilla tai näytöllä. Projisointitapoja on monia, jotka kukin soveltuvat hieman erilaisiin käyttötilanteisiin. Tavallisin on ihmisen näkökokemusta vastaava perspektiiviprojektio, jossa kuvatason suunnasta poikkeavat viivat leikkaavat kuvan pakopisteissä.

Geokuvien ominaispiirre on, että niillä tavoitellaan yleensä laajan maa-alueen kuvaamista. 3D-projektiokuvalla tämä johtaa helposti korkeusulottuvuuden havainnollisuuden katoamiseen , koska korkeuserot ovat varsinkin tasaisissa maastoissa metrisesti mitättömiä verrattuna maanpinnan tason kokoon. Korkeat rakennuksetkin kutistuvat huomaamattoman pistemäisiksi geokuvan mittakaavatason pienentyessä, ja kolmeulotteinen geokuva muuttuu nopeasti kaksiulotteisen näköiseksi. Osin tästä johtunee kaksiulotteisen piirron perinne maastokartoissa, joissa korkeuseroja kuvataan korkeuskäyrillä ja rinnevarjosteilla.

Edellä olevasta yhteenvetäen kolmeulotteinen geokuva on laajaa maa-aluetta suurella mittakaavatasolla kuvaava viistokuva, joka mahdollistaa alueen kohteiden korkeuksien hahmottamisen.

Mitä kolmeulotteisella geokuvalla saavutetaan?

Kolmeulotteisen geokuvan tenho perustunee edellä mainittuun havaintokokemuksen yhtenevyyteen ihmisen tavallisen näkökokemuksen kanssa.  Korkeusulottuvuuden myötä kuvalla näkyvät maanpinnalla kulkemisessa korostuneesti havaittavat pystysuorat kohteet, kuten talojen julkisivut ja mäkien rinteet. Niiden kautta tuttuja kohteita on sujuva tunnistaa ja yhdistää ympäröiviin kohteisiin. Spatiaalisen tietämyksen rakentumista tarkasteltaessa kolmeulotteiset geokuvat tarjoavat kaikkia spatiaalisen tietämyksen komponentteja eli maamerkki-, reitti- ja rakennetietämystä. Staattisten kolmeulotteisten geokuvien käytettävyyttä kokeellisesti tutkittaessa onkin havaittu, että ne tukevat reitinkulkua kaksiulotteisia kuvia paremmin ainakin rakennetussa ympäristössä.

Kolmeulotteisen geokuvan helppotajuisuudella on kuitenkin hintansa. Kolmesta kahteen ulottuvuuteen projisoitaessa jää kuvalle aina korkeiden ja jyrkkien kohteiden taakse katvealueita. Erityisen ongelmallista tämä on rakennetuissa ympäristöissä, joissa pystysuorat rakenteet peittävät geokuvalla merkittäviä osia maanpinnasta ja kuvan informatiivinen täydellisyys kärsii huomattavasti. Lisäksi samoissa kokeissa, joissa kolmeulotteisuuden on todettu helpottavan reitinkulkua, on ihmisten kyvyn arvioida pisteiden välisiä etäisyyksiä todettu heikentyneen verrattuna kaksiulotteisiin kuviin. Voi siis sanoa, että kolmeulotteisen kuvan tulkinnallinen helppous kostautuu helposti vääristyneempänä käsityksenä kuvatun ympäristön mittasuhteista.

Miksi kolmeulotteinen geokuva on kiinnostava nyt?

Kolmeulotteisen geokuvan käytettävyys on kokenut tietokonegrafiikan kehittymisen myötä valtaisan muutoksen, kun kaikentyyppiset geokuvat ilmakuvista kartografisiin esityksiin on voitu viedä vuorovaikutteisesti katseltaviin selausympäristöihin.

Vaikka staattinen 3D-geokuva ei merkittävästi eroaisi valokuvaa edeltäneiden parhaiden detaljimaalareiden maisematauluista, saman kuvan tuominen vuorovaikutteiseen selausympäristöön muuttaa kuvan katselun ruudulla lähes fyysisen 3D-mallin katselua vastaavaksi kokemukseksi, jossa näkymän liike antaa oleellisen lisäsisällön ympäristön ymmärtämiseksi. Liikuteltava näkymä poistaa myös pystykohteiden peittävyydestä johtuvan informaation epätäydellisyyden puutteen. . Näkymän ohjaus tuo kuvan katsomiselle ja tulkinnalle kuitenkin kognitiivisen lisähaasteen, ja kokeelliset tutkimukset ovatkin osoittaneet ihmisten suosivan kaksiulotteista nadiiriprojektiota ympäristön hahmottamista vaativissa tehtävissä vuorovaikutteisten kolmeulotteisten viistonäkymien kustannuksella.

3D-grafiikan sijaan 3D-geokuvien kiinnostavuutta on kuitenkin nostamassa kolmeulotteisten aineistojen massiivinen kasvu, josta tässäkin lehdessä on erinomainen esimerkki. Kun hyvin suurten 3D-aineistojen tehokas keräys, tallentaminen ja prosessointi on käynyt mittaus- ja tietoteknisen kehityksen myötä mahdolliseksi, voidaan näistä aineistoista luoda myös uudenlaisia 3D-geokuvia. Niiden informaatiosisältö poikkeaa totutusta pintakuvauksesta esimerkiksi pintojen läpinäkyvyyden käytön kautta, mutta ne ovat silti spatiaalisesti tarkkoja sekä alueellisesti kattavia ja täydellisiä, ja siten katsojalle luotettavia kuten viistoilmakuvat konsanaan.

3D-aineistojen ominaisuustiedot mahdollistavat haluttujen kohteiden korostamisen kuvalla, jolloin saadaan aikaan temaattisesti koostettuja, uusia näkökulmia tuovia geokuvia. 3D-aineistojen myötä jo kauan harjoitettu ympäristön mallintaminen ja virtuaalinen toisintaminen muuttuu ympäristön haluttujen piirteiden kuvalliseksi viestimiseksi – voidaan puhua myös 3D-kartografiasta.

Geokuvien kirjo kasvaa

Vaikka kaksiulotteiset geokuvat tuskin tulevat häviämään ylivoimaisen käyttötehokkuutensa vuoksi, tullemme näkemään entistä enemmän vaikuttavia ja ympäristökäsityksiämme muokkaavia kolmeulotteisia geokuvia myös hyötykäytössä, paitsi ruuduilla myös lisätyssä todellisuudessa ja virtuaalimaailmoissa. Elinympäristöjemme monimuotoinen ymmärtäminen ei tule jäämään ainakaan kuvallisen esittämisen viestintävoimasta kiinni.

Luettavaa

  • Döllner J., 2007. Non-Photorealistic 3D Geovisualization. In: Cartwright W., Peterson M. P. and G. Gartner (eds.) Multimedia Cartography, Springer, pp. 229–240.
  • Häberling C., Bär H. and L. Hurni, 2008. Proposed Cartographic Design Principles for 3D Maps: A Contribution to an Extended Cartographic Theory. Cartographica 43: 175-188.
  • Kettunen P., Irvankoski K., Krause C. M., Sarjakoski T. and L. T. Sarjakoski, 2012. Geospatial images in the acquisition of spatial knowledge for wayfinding. Journal of Spatial Information Science 5: 75–106.

TkT Pyry Kettunen työskentelee vanhempana tutkijana Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksessa (FGI) Geoinformatiikan ja kartografian osastolla. Sähköposti: pyry.kettunen@maanmittauslaitos.fi