Abstrakt
Príspevok predstavuje možnosti využitia digitálneho dvojčaťa (Digital Twin) pri trojrozmernej vizualizácii, analýze a dokumentovaní priestorového vývoja Bratislavy. Opisuje integráciu geografických informačných systémov, 3D modelov budov, digitálnych modelov terénu, ortofotomáp a historických kartografických podkladov. Zdôrazňuje význam časovej dimenzie pri porovnávaní historickej a súčasnej podoby mesta, sledovaní urbanistických zmien a dokumentovaní zaniknutých objektov. Trojrozmerné modelovanie umožňuje analyzovať výškové usporiadanie zástavby, viditeľnosť, tienenie a dopady plánovaných investícií. Príspevok rozlišuje medzi statickým 3D modelom a dynamickým digitálnym dvojčaťom integrujúcim časové, prevádzkové a analytické údaje. Virtuálne mesto predstavuje nástroj na podporu územného plánovania, ochrany historického dedičstva, komunikácie s verejnosťou a strategického rozhodovania o budúcom rozvoji Bratislavy.
Tento príspevok zaznel na konferencii GIS Slovakia 2023.
Predstavme si mesto, ktorým sa môžeme voľne pohybovať bez toho, aby sme opustili obrazovku počítača. Mesto, v ktorom dokážeme sledovať jeho súčasnú podobu, porovnávať zmeny v krajine a zástavbe, ale aj vracať sa do minulosti a objavovať podobu ulíc, námestí či budov spred desaťročí. Práve týmto možnostiam sa venoval autor vo svojej prezentácii. Digitálne dvojča, označované aj ako Digital Twin, predstavuje virtuálnu reprezentáciu reálneho objektu, územia alebo celého mesta. Jeho základom sú priestorové údaje, ktoré umožňujú vytvárať digitálny obraz skutočného prostredia.
V prípade miest sa pritom neobmedzujeme iba na dvojrozmerné mapy. Kombináciou geografických informačných systémov, trojrozmerných modelov budov, digitálnych modelov terénu, ortofotomáp a ďalších údajov možno vytvárať komplexné virtuálne prostredie, ktoré približuje skutočnú podobu mesta. Bratislava je z tohto pohľadu mimoriadne zaujímavým priestorom. Jej urbanistický vývoj, historické jadro, rozsiahle sídliská, priemyselné areály, dopravná infraštruktúra a prírodné prostredie vytvárajú pestrú mozaiku priestorových štruktúr, ktoré sa neustále menia. Digitálne modelovanie umožňuje tieto štruktúry zachytávať, skúmať ich vzájomné vzťahy a prezentovať ich spôsobom, ktorý je pre používateľov názorný a zrozumiteľný. Jednou z najväčších predností virtuálneho mesta je možnosť zobrazovať priestor v troch rozmeroch. Kým tradičná mapa sprostredkúva predovšetkým polohu a vzájomné vzdialenosti objektov, 3D priestor umožňuje lepšie pochopiť výškové usporiadanie zástavby, charakter terénu, priestorové dominanty a celkovú urbanistickú kompozíciu. Používateľ môže meniť uhol pohľadu, približovať sa k jednotlivým budovám a skúmať mestské prostredie z perspektív, ktoré by v skutočnosti neboli jednoducho dostupné.
Dôležitou súčasťou digitálnych dvojčiat je aj čas. Mesto je ako živý organizmus, ktorý sa neustále vyvíja. Nové budovy nahrádzajú staré, mení sa dopravná sieť, vznikajú verejné priestory a niekdajšie priemyselné územia dostávajú nové využitie. Ak máme k dispozícii priestorové údaje z rôznych období, dokážeme tieto premeny názorne porovnávať. Historické mapy, archívne letecké snímky a súčasné ortofotomapy tak umožňujú vytvárať obraz vývoja mesta naprieč desaťročiami. Práve porovnávanie minulosti a súčasnosti predstavuje jednu z najatraktívnejších možností geografických informačných systémov. Používateľ môže sledovať, ako sa menila podoba konkrétnej lokality, kde kedysi stáli zaniknuté objekty, ako sa rozrastala mestská zástavba alebo akým spôsobom sa transformovala krajina na okraji mesta. Takéto vizualizácie majú význam nielen pre odborníkov v oblasti urbanizmu, geografie a pamiatkovej ochrany, ale aj pre širokú verejnosť, ktorá získava nový spôsob spoznávania histórie svojho mesta.
Virtuálne modely – Digital Twin vo významnej miere slúžia na prezentáciu existujúcej podoby mesta. Ich význam sa rozširuje aj do oblasti územného plánovania, posudzovania nových investícií a hodnotenia priestorových dopadov pripravovaných projektov. Trojrozmerné prostredie umožňuje názorne predstaviť plánovanú výstavbu, skúmať jej vzťah k okolitej zástavbe alebo posudzovať zmeny v charaktere mestskej panorámy. V spojení s analytickými nástrojmi GIS možno vykonávať aj analýzy viditeľnosti, tienenia či výškových pomerov. Osobitný prínos prináša prepájanie virtuálneho mesta s historickými informáciami. Bratislava prešla počas svojho vývoja výraznými premenami, ktoré zasiahli nielen jednotlivé stavby, ale aj celé mestské štvrte. Digitalizované historické mapy a archívne snímky umožňujú tieto zmeny dokumentovať a sprístupňovať v geografickom kontexte. Virtuálne prostredie tak môže vytvárať most medzi súčasnou podobou mesta a jeho historickou pamäťou.
Z pohľadu mestskej samosprávy predstavujú digitálne dvojčatá ďalší krok v rozvoji geografických informačných systémov. Ich hodnota spočíva v možnosti prepájať údaje, ktoré pôvodne vznikali na rôzne účely, do spoločného priestorového obrazu. Takto vytvorené prostredie môže podporovať rozhodovanie o budúcom rozvoji mesta, komunikáciu medzi odbornými útvarmi aj prezentáciu pripravovaných zmien obyvateľom. Budúcnosť je v našej minulosti. Je však rozlišovať medzi statickým trojrozmerným modelom mesta a plnohodnotným digitálnym dvojčaťom. Zatiaľ čo 3D model zachytáva predovšetkým priestorovú podobu územia, pokročilé digitálne dvojča môže obsahovať aj dynamické údaje, časové zmeny, prevádzkové informácie a simulácie rôznych situácií. Postupným prepájaním týchto informačných vrstiev vzniká potenciál vytvárať čoraz komplexnejšie nástroje na poznávanie a správu mestského prostredia.
Prezentácia predstavuje pohľad na Bratislavu ako na mesto, ktoré možno skúmať nielen v priestore, ale aj v čase. Spája geografické informačné systémy, trojrozmerné vizualizácie a historické priestorové údaje do konceptu virtuálneho mesta, ktoré sprístupňuje nové možnosti poznávania jeho minulosti, súčasnosti aj potenciálnej budúcnosti. Digitálne dvojičky tak nie sú iba technologickou atrakciou. Predstavujú spôsob, ako lepšie porozumieť mestu, jeho vývoju a vzájomným vzťahom medzi jednotlivými prvkami mestského prostredia. Umožňujú pozerať sa na Bratislavu z novej perspektívy a pripomínajú, že geografické informačné systémy dokážu prepájať priestor, čas, históriu aj predstavy o budúcom rozvoji mesta.
Imagine a city through which we can move freely without ever leaving our computer screen. A city where we can explore its present-day appearance, compare changes in the landscape and built environment, but also travel back into the past to discover what its streets, squares and buildings looked like decades ago. These were precisely the possibilities explored by the author in his presentation. A digital twin, also known as a Digital Twin, is a virtual representation of a real-world object, area or entire city. It is based on spatial data, which make it possible to create a digital representation of the physical environment.
In the case of cities, this concept extends far beyond two-dimensional maps. By combining geographic information systems, three-dimensional building models, digital terrain models, orthophotos and other datasets, it is possible to create a comprehensive virtual environment that closely reflects the actual appearance of a city. Bratislava is particularly interesting in this respect. Its urban development, historic centre, extensive residential estates, industrial areas, transport infrastructure and natural environment form a diverse mosaic of spatial structures that are constantly changing. Digital modelling makes it possible to capture these structures, examine their interrelationships and present them in a clear and accessible way. One of the greatest advantages of a virtual city is the ability to display space in three dimensions. While traditional maps primarily convey the locations and relative distances of objects, a 3D environment provides a better understanding of the vertical arrangement of buildings, terrain characteristics, prominent landmarks and the overall urban composition. Users can change their viewing angle, zoom in on individual buildings and explore the urban environment from perspectives that would otherwise be difficult to experience in reality.
Time is another essential component of digital twins. A city is like a living organism that is constantly evolving. New buildings replace old ones, transport networks change, public spaces emerge, and former industrial areas are given new purposes. When spatial data from different periods are available, these transformations can be compared visually. Historical maps, archival aerial photographs and contemporary orthophotos make it possible to reconstruct the evolution of a city over several decades. The comparison of past and present is one of the most compelling capabilities of geographic information systems. Users can observe how a particular location has changed, where demolished buildings once stood, how urban development has expanded, or how the landscape on the outskirts of a city has been transformed. Such visualizations are valuable not only to specialists in urban planning, geography and heritage conservation, but also to the general public, offering a new way to discover the history of their city.
Virtual models and digital twins are widely used to present the existing appearance of a city. However, their importance also extends to spatial planning, the assessment of new investments and the evaluation of the spatial impacts of proposed projects. Three-dimensional environments make it possible to visualize planned developments, examine their relationship with surrounding buildings and assess changes to the character of the urban skyline. Combined with GIS analytical tools, they can also support visibility analyses, shadow studies and the assessment of building heights. Linking virtual cities with historical information offers particular benefits. Bratislava has undergone significant transformations throughout its history, affecting not only individual buildings but entire neighbourhoods. Digitized historical maps and archival imagery make it possible to document these changes and present them within their geographical context. A virtual environment can thus create a bridge between the city’s present-day appearance and its historical memory.
From the perspective of municipal government, digital twins represent a further step in the development of geographic information systems. Their value lies in the ability to integrate datasets originally created for different purposes into a unified spatial representation. Such an environment can support decision-making about the future development of the city, facilitate communication between municipal departments and help present proposed changes to residents. The future lies in our past. However, it is important to distinguish between a static three-dimensional city model and a fully developed digital twin. While a 3D model primarily captures the physical form of an area, an advanced digital twin can also incorporate dynamic data, changes over time, operational information and simulations of different scenarios. By progressively integrating these information layers, it becomes possible to develop increasingly comprehensive tools for understanding and managing the urban environment.
The presentation offers a perspective on Bratislava as a city that can be explored not only through space but also through time. It brings together geographic information systems, three-dimensional visualizations and historical spatial data within the concept of a virtual city, opening up new opportunities to understand its past, present and potential future. Digital twins are therefore more than just a technological attraction. They offer a way to gain a deeper understanding of the city, its development and the relationships between the various elements of the urban environment. They allow us to view Bratislava from a new perspective and demonstrate how geographic information systems can connect space, time, history and visions of the city’s future development.