Trzeci wymiar na mapie krain geograficznych – koncepcja tyflomapy w druku 3D

(1)

391 TRZECI WYMIAR NA MAPIE KRAIN GEOGRAFICZNYCH – KONCEPCJA TYFLOMAPY W DRUKU 3D_{POLSKIE TOWARZYSTWO INFORMACJI PRZESTRZENNEJ}

ROCZNIKI GEOMATYKI 2017 m TOM XV m ZESZYT 4(79): 391–409

Trzeci wymiar na mapie krain geograficznych –

koncepcja tyflomapy w druku 3D

The third dimension on the map of geographical areas –

the concept of a tactile map in 3D printing

Jakub Wabiñski, Albina Moœcicka

Wojskowa Akademia Techniczna, Wydzia³ In¿ynierii L¹dowej i Geodezji

S³owa kluczowe: tyflomapa, mapa dla niewidomych, modelowanie 3D, druk 3D, edukacja, postrzeganie przestrzeni

Keywords: tactile map, map for blind people, 3D modelling, 3D printing, education, perception of space

Wprowadzenie

W zwi¹zku z rosn¹c¹ œwiadomoœci¹ spo³eczeñstwa, dotycz¹c¹ problemów ró¿nych grup mniejszoœciowych, pojawia siê coraz wiêcej materia³ów u³atwiaj¹cych osobom niepe³no-sprawnym poznawanie œwiata. Równie¿ klasyczne mapy doczeka³y siê dotykowych odpo-wiedników, czyli map wypuk³ych, czytanych z wykorzystaniem zmys³u dotyku, nazywa-nych tyflomapami (Ojala i in., 2016). Proces ich opracowania wymaga zaanga¿owania wielu specjalistów: tyflokartografów i tyflografików, specjalistów od druku wypuk³ego, b¹dŸ osób odpowiedzialnych za nagrania dŸwiêkowe. Gdy mapa przeznaczona jest do wykorzystania w szkole, konieczne jest tak¿e zaanga¿owanie nauczyciela orientacji przestrzennej lub geografii. W badaniach dotycz¹cych u¿ytecznoœci projektowanych map wymagany jest tak¿e udzia³ odbiorców, czyli osób niewidomych i s³abowidz¹cych.

Analiza ograniczeñ osób niewidomych i s³abowidz¹cych by³a przez lata motywacj¹ dla autorów do tworzenia zestawów dobrych praktyk przy projektowaniu tyflomap. Du¿a roz-bie¿noœæ mo¿liwoœci percepcyjnych u¿ytkowników oraz wystêpowanie ró¿nych metod pro-dukcji tyflomap sprawiaj¹, ¿e utworzenie jednolitych standardów ich opracowywania jest bardzo trudne. Mimo to niektóre kraje, miêdzy innymi Australia, Japonia i Brazylia, prowadz¹ takie prace (Gual i in., 2012). Prace prowadzone s¹ w zakresie: doboru formatu mapy (PN-EN ISO 216:2009), sposobu korzystania z nich (Gual i in., 2012), orientacji (Olczyk, 2014; Štampach i Mulíèková, 2016), czytelnoœci (Rowell i Ungar, 2003; Bodnarova, 2012), prezentacji zagadnieñ zgodnie z podstaw¹ programow¹ (Edman, 1992), a tak¿e wypracowy-wanie wytycznych i standardów opracowywania takich map (Braille Authority of North America and the Canadian Braille Authority L’Autorité Canadienne du Braille, 2011).

(2)

Tak jak w przypadku klasycznej kartografii, stale roœnie tak¿e znaczenie technik kompu-terowych w opracowywaniu tyflomap. Niezale¿nie od rozwijanych technologii druku, w dalszym ci¹gu wa¿nym problemem zwi¹zanym z wytwarzaniem tyflomap jest koszt ich produkcji. Ju¿ sam koszt matryc, wynosz¹cy od 1800 do 8000 z³otych, daje pogl¹d, jak drogim przedsiêwziêciem jest wytwarzanie map dotykowych. Klasyczne metody wytwarza-nia s¹ op³acalne w przypadku du¿ych nak³adów. Niejednokrotnie zdarza siê jednak, ¿e po-trzebne s¹ pojedyncze egzemplarze mapy. Czêsto kartografowie chcieliby tak¿e zbadaæ funk-cjonalnoœæ swoich projektów przed ich wprowadzeniem do masowej produkcji. Nieoce-nion¹ do tych celów wydaje siê byæ technika szybkiego prototypowania, zwana potocznie drukiem 3D. Jego potencja³ tkwi miêdzy innymi w mo¿liwoœci taniego wydruku unikato-wych opracowañ, pojedynczych sztuk, map wykonywanych na indywidualne zamówienie, takich jak na przyk³ad mapy dojazdu do szko³y. Mo¿liwoœæ szybkiego opracowania oraz taniego wydrukowania stwarza tak¿e przes³anki do jej szybkiej aktualizacji.

W zwi¹zku z powy¿szym, w niniejszej pracy podjêto zagadnienie opracowania metodyki wykonania przyk³adowej mapy dotykowej – mapy krain geograficznych Polski – z wykorzy-staniem technologii druku 3D. Wybór tematu opracowania podyktowany by³ analiz¹ dotych-czasowych osi¹gniêæ w tym zakresie, a tak¿e potrzebami dydaktyków pracuj¹cych z ucznia-mi niewidomyucznia-mi w Oœrodku Szkolno-Wychowawczym dla Dzieci Niewidomych im. Ró¿y Czackiej w Laskach.

Materia³y i metodyka

W pracy za³o¿ono, ¿e metodyka opracowania tyflomapy z wykorzystaniem druku 3D zostanie zaproponowana i przetestowana podczas opracowania mapy dotykowej prezentuj¹-cej krainy geograficzne Polski (Wabiñski, 2017). Nowoopracowana mapa jest dedykowana niewidomym uczniom, a jej zadaniem jest przedstawienie w czytelny sposób podzia³u fizycz-no-geograficznego Polski, uwzglêdniaj¹cego miêdzy innymi pasowe ukszta³towanie powierzch-ni terenu i ró¿norodnoœæ krajobrazów Polski. Podobna mapa opracowana zosta³a w roku 2010 w ramach realizacji Atlasu do Przyrody dla osób niewidomych (URL 1). Mapa ta, jak i ca³y atlas, którego jest czêœci¹, zosta³a wykonana w technologii sitodruku wypuk³ego (Ol-czyk, 2014), na³o¿onego na poddruk barwny, przygotowany dla uczniów s³abowidz¹cych. Rozwi¹zanie to umo¿liwi³o uzyskanie druku wypuk³ego, jednak wyniesionego na jedn¹, sta³¹ wysokoœæ. Nowoœci¹ proponowanej w niniejszym artykule metodyki jest za³o¿enie, ¿e za-stosowanie technologii druku 3D umo¿liwi opracowanie mapy wielopoziomowej, w której poszczególne krainy geograficzne wyniesione zostaj¹ na ró¿n¹ wysokoœæ, zale¿nie od prze-ciêtnych wysokoœci nad poziomem morza. Jest to rozwi¹zanie autorskie, niespotykane w dotychczasowej literaturze.

Projektowana mapa bazuje na dotychczasowych rozwi¹zaniach stosowanych przy opra-cowywaniu map dla niewidomych. Stosuj¹c przyjête „dobre praktyki” w tym zakresie (Ed-man, 1992), wprowadzone zosta³y pewne modyfikacje i zmiany, wynikaj¹ce z mo¿liwoœci technologii druku 3D. Dlatego te¿ w metodyce opisane s¹ tylko autorskie rozwi¹zania, pomi-jaj¹c pozosta³e kwestie. Pe³en opis metodyki opracowania tyflomapy przedstawiony jest w pracy magisterskiej Wabiñskiego (2017).

Jako wielkoœæ opracowywanej tyflomapy przyjêto zalecany format A3, który zdefiniowa³ skalê mapy na 1:3 000 000. W metodyce zaproponowano trzy podstawowe etapy opraco-wania mapy:

(3)

393 TRZECI WYMIAR NA MAPIE KRAIN GEOGRAFICZNYCH – KONCEPCJA TYFLOMAPY W DRUKU 3D

1) opracowanie p³askiego rysunku mapy z zachowaniem matematycznych i geograficz-nych zale¿noœci,

2) opracowanie projektu mapy 2D oraz nadanie elementom wysokoœci, czyli utworzenie modelu przestrzennego,

3) przekszta³cenie modelu z postaci siatki trójk¹tów na kod zrozumia³y dla drukarki 3D. Szczegó³ow¹ procedurê opracowania tyflomapy przedstawia rysunek 1.

Rysunek 1. Procedura opracowania mapy dotykowej z wykorzystaniem druku 3D

(Ÿród³o: opracowanie w³asne)

P³aski rysunek mapy

P³aski rysunek mapy opracowano w œrodowisku ArcGIS. Zakres treœci obejmuje granice Polski i pañstw oœciennych, g³ówne rzeki i zbiorniki wodne, a tak¿e granice krain geograficz-nych. Do opracowania mapy wykorzystano dane wektorowe pochodz¹ce z otwartych zaso-bów. Granice administracyjne pozyskano ze zbioru danych Countries, 2014 – Administrative Units, ze zbiorów GISCO. Bazuje on na geometrii z EuroBoundaryMap w skali 1:100 000 (URL 2). Wykorzystano bezp³atne zgeneralizowane granice odpowiadaj¹ce skali 1:3 000 000, w wersji najnowszej (2014). Dane dotycz¹ce rzek pozyskano z Europejskiej Agencji Œrodo-wiska (URL 3) z projektu „WISE Large rivers and lakes”, zaœ dane dotycz¹ce zbiorników wodnych z bazy danych obiektów ogólnogeograficznych (BDOO) (Rozporz¹dzenie MSWiA, 2011). Granice krain geograficznych pochodz¹ z Centralnej Bazy Danych Geologicznych prowadzonej przez Pañstwowy Instytut Geologiczny (URL 4), pobrana warstwa zawiera mezoregiony wed³ug podzia³u Kondrackiego.

Aby mapa by³a czytelna, konieczne by³o przeprowadzenie generalizacji treœci. Jest to zagadnienie istotne zw³aszcza w kontekœcie map dotykowych (Wiêckowska, 2012).

W celu uwypuklenia liczby jezior wystêpuj¹cych w pasie pojezierzy i pobrze¿y, usuniêto z mapy znaki reprezentuj¹ce jeziora w innych krainach geograficznych. Taki zabieg poprawi³ równie¿ czytelnoœæ mapy, przez redukcjê liczby znaków nie stanowi¹cych treœci mapy. Ope-racjê wyboru obiektów do zaprezentowania wykonano manualnie. W przypadku reprezenta-cji jezior konieczne okaza³o siê równie¿ wykorzystanie agregareprezenta-cji. Jeziora wystêpuj¹ce blisko siebie w terenie, zosta³y zaprezentowane jako jeden symbol, daj¹cy siê ³atwo rozró¿niæ dotykiem. Ponadto, konieczne by³o przesuniêcie z dala od linii brzegowej jezior przybrze¿nych. W zwi¹zku z tym, ¿e obszar Polski zosta³ wyniesiony ponad powierzchniê mapy, nie trzeba by³o zachowywaæ zalecanych w literaturze (Edman, 1992) trzech milimetrów odstêpu po-miêdzy dwoma rodzajami znaków kartograficznych (w tym wypadku punktowego znaku jeziora od liniowego znaku linii brzegowej). Nale¿a³o jedynie dopilnowaæ, aby sygnatury jezior znajdowa³y siê w ca³oœci na obszarze l¹dowym Polski. Operacje te zosta³y wykonane manualnie. Przyjêta metodyka zak³ada³a takie rozmieszczenie sygnatur, aby spe³nia³y wymóg

(4)

minimalnej odleg³oœci pomiêdzy dwoma znakami o tym samym charakterze na poziomie trzech milimetrów (dla znaków umieszczonych na tej samej wysokoœci), powoduj¹c przy tym jak najmniejsze przesuniêcia obiektów. Uzyskane w ten sposób wartoœci przesuniêæ powoduj¹ bardzo du¿e przek³amanie w kwestii lokalizacji obiektów – na poziomie 20 kilome-trów w terenie, co dowodzi, ¿e uzyskanie odpowiedniej czytelnoœci mapy wymaga znie-kszta³cenia rzeczywistego rozmieszczenia obiektów, zw³aszcza jeœli mapa wykonana jest w niedu¿ej skali.

Pierwotnie zak³adano, ¿e wyspy Wolin i Uznam bêd¹ przedstawione jako obiekty po-wierzchniowe. Z uwagi na wielkoœæ tych obiektów by³yby one jednak nieczytelne dla osoby niewidomej. Dlatego te¿ przyjêto, ¿e zostan¹ one zgeneralizowanie i przedstawione na mapie w postaci sygnatur punktowych. Zastosowano znak najczêœciej wykorzystywany do pre-zentacji wysp – symbol odwrotny do symbolu przedstawiaj¹cego jeziora. Aby spe³niæ wy-mogi dotycz¹ce minimalnych odstêpów miêdzy sygnaturami punktowymi niezbêdne by³o tak¿e przesuniêcie symboli. Zastosowano przesuniêcie o 4 mm, co w przyjêtej skali mapy odpowiada dwunastu kilometrom w terenie.

Wa¿n¹ czêœci¹ generalizacji by³o uproszczenie linii oraz konturów. Uproszczono linie sym-bolizuj¹ce granice poszczególnych krain geograficznych oraz granice krajów s¹siednich. Obszar Polski zosta³ wyniesiony ponad poziom mapy, zatem nie by³a potrzebna generalizacja granicy kraju. Granice krajów s¹siednich stanowi³y na projektowanej mapie treœæ pogl¹-dow¹. Do generalizacji ich przebiegu wykorzystano algorytm Point Remove. Dopuszczalna tolerancja wynios³a 10 kilometrów. Tak zgeneralizowane obiekty liniowe umo¿liwi³y prawi-d³owe zastosowanie linii pere³kowych i optymalizacjê deseni powierzchniowych.

Ostatnim elementem, który zosta³ poddany generalizacji, by³a Mierzeja Helska. W projek-towanej skali jej szerokoœæ na mapie wynios³aby nieca³e pó³ milimetra. Powiêkszenie tego obiektu jest stosowane w wielu opracowaniach. Mierzeja Helska stanowi wa¿ny punkt od-niesienia przy czytaniu mapy dotykiem. Postanowiono wiêc poszerzyæ j¹, co umo¿liwia jej prawid³owy odczyt za pomoc¹ dotyku.

Model przestrzenny mapy

Model przestrzenny mapy wykonano w programie Rhinoceros 3D (URL 5), w którym opracowano projekt dotykowych znaków kartograficznych (rys. 2).

Legenda projektowanej mapy zosta³a przygotowana zgodnie z poradami Polly K. Edman (1992), bazuj¹c na poni¿szych zaleceniach:

m wszystkie napisy i symbole w legendzie musz¹ wystêpowaæ w takiej samej skali jak na mapie. Znaki liniowe powinny mieæ d³ugoœæ co najmniej 1,3 cm, natomiast desenie oznaczane kwadratem o wymiarach co najmniej 1,3 × 1,3 cm;

m na pierwszym miejscu znajduje siê tytu³ mapy;

m pod tytu³em umieszcza siê znaki kartograficzne: punkty, linie i desenie. W dalszej kolejnoœci kody literowe. Litery umieszcza siê w porz¹dku alfabetycznym, liczby zaœ w porz¹dku numerycznym;

m symbole i kody literowe wypisane s¹ w jednej kolumnie po lewej stronie legendy. Objaœnienia znaków i kodów umieszcza siê na tej samej wysokoœci w drugiej kolum-nie – po prawej strokolum-nie. Zaleca siê wykonywakolum-nie legend pod³u¿nych – dwukolumno-wych.

(5)

W legendzie krainy geograficzne zosta³y pogrupowane w trzy kategorie: niziny, wy¿yny oraz góry i kotliny podgórskie. Próbki deseni przedstawione zosta³y jeden pod drugim w takiej kolejnoœci, w jakiej wystêpuj¹ poszczególne pasy patrz¹c od pó³nocy.

W odró¿nieniu od tradycyjnych tyflomap, na proponowanej mapie nie pominiêto obja-œnieñ podk³adowych elementów treœci (np. deseñ przedstawiaj¹cy wody morskie). Zazwy-czaj nie umieszcza siê równie¿ w legendzie znaków oznaZazwy-czaj¹cych granice administracyjne (Edman, 1992). W niniejszej pracy wszystkie symbole zastosowane na mapie znalaz³y siê

(6)

w legendzie, co wynika z faktu zastosowania niestandardowej techniki wytwarzania mapy i wynikaj¹cych z tego autorskich rozwi¹zañ graficznych, a tak¿e faktu, ¿e opracowywana mapa nie stanowi czêœci wiêkszego opracowania (atlasu).

Do przedstawienia granic pañstw i rzek wykorzystano sygnatury liniowe naj³atwiej roz-ró¿nialne w sytuacji, gdy s¹ one stosowane ³¹cznie. Rzeki prezentowane s¹ w postaci linii ci¹g³ych, zaœ granice krajów s¹siednich za pomoc¹ linii kropkowanych, o mo¿liwie najdrob-niejszym deseniu. Obszar Polski przedstawiony jest w sposób nietypowy dla dotychczas opracowywanych map dotykowych – jest on delikatnie wyniesiony ponad powierzchniê ca³ej mapy. Poszczególne krainy geograficzne kraju obrazowane s¹ z wykorzystaniem sy-gnatur powierzchniowych. Pasowe u³o¿enie krain spowodowa³o, ¿e nie by³o konieczne sto-sowanie unikalnych deseni dla ka¿dej z nich. Dlatego co drugi pas przedstawiany jest jako powierzchnia g³adka. Takie rozwi¹zanie umo¿liwia zachowanie czterech dopuszczalnych sygnatur powierzchniowych wystêpuj¹cych na jednej mapie dotykowej. Poszczególne krainy s¹ dodatkowo zró¿nicowane przez wyniesienie ich w górê w ró¿nym stopniu: pas pobrze¿y bez wyniesienia, przez delikatnie podniesienie pojezierza oraz nizin œrodkowopolskich (wy-sokoœæ 1 mm), a¿ do wy¿yn (4 mm) i najwy¿ej po³o¿onych gór (6 mm). Kotlina Sandomier-ska, która rozdziela Karpaty oraz pas wy¿yn, wznosi siê o 3 milimetry ponad poziom referen-cyjny i stanowi widoczne obni¿enie terenu, przez które przep³ywa rzeka Wis³a (rys. 3). Za poziom referencyjny przyjêto Morze Ba³tyckie oraz powierzchniê krajów s¹siednich. Roz-wi¹zanie to, poza zwiêkszeniem rozró¿nialnoœci granic pomiêdzy poszczególnymi krainami, umo¿liwia tak¿e wyodrêbnienie obszaru Polski na tle innych pañstw.

Przyjê³o siê prezentowaæ na tyflomapach obszar mórz i oceanów wykorzystuj¹c deseñ w postaci poziomych linii. Na opracowanej mapie tak¿e zastosowano te zalecenia. Kolejne desenie zosta³y wybrane w taki sposób, aby umo¿liwiæ ich jak najwy¿sz¹ rozró¿nialnoœæ. Jeziora przedstawiono za pomoc¹ sygnatur punktowych, wykorzystuj¹c symbol u¿ywany najczêœciej w polskiej tyflokartografii: pó³okr¹g skierowany ³ukiem ku do³owi. Symbol w takiej formie jest ³atwo rozró¿nialny i intuicyjnie przywodzi na myœl zbiornik wodny. Ponadto, symbole punktowe oraz liniowe zosta³y wyniesione wzglêdem desenia obrazuj¹ce-go krainê geograficzn¹, na której siê one znajduj¹ (rys. 4).

Do przygotowania opisów tekstowych wykorzystano system kodów zaproponowany przez Zespó³ Konsultacyjny do Spraw Opracowywania Map dla Niewidomych i S³abowidz¹-cych (Sizeranne, 1910). Opisane zosta³y rzeki i krainy geograficzne, a tak¿e g³ówne po³udni-ki i równole¿nipo³udni-ki przy ich wylotach. Do opisu wykorzystano kody trzyznakowe. Ich obja-œnienia znajduj¹ siê w legendzie mapy (rys. 5).

Na mapie umieszczone zosta³y tak¿e napisy alfabetem brajla, stanowi¹ce opis treœci mapy. Maj¹ one wysokoœæ 0,8 milimetra, a wiêc zgodnie parametrami czcionki Poland Braille Fonts – parametr Marburger Medium. Zosta³y one odpowiednio oddzielone od pozosta³ej treœci mapy, w tym symboli powierzchniowych, przez zastosowanie wyp³aszczeñ o szerokoœci co najmniej pó³tora milimetra wokó³ skrajnych elementów szeœciopunktu brajla. W ten sposób zosta³y opisane przede wszystkim poszczególne krainy geograficzne, zgodnie z kodami opi-sanymi w dodatkowym segmencie legendy arkusza mapy (rys. 6).

W zwi¹zku z tym, ¿e symbole prezentuj¹ce rzeki przebiegaj¹ przez ró¿ne krainy geogra-ficzne, zastosowano kolejne autorskie rozwi¹zanie. Badaj¹c dotykiem przebieg rzeki od jej Ÿród³a do ujœcia, u¿ytkownik natrafia na rampy, które przenosz¹ znak pomiêdzy poszczegól-nymi krainami geograficzposzczegól-nymi, bez zaburzenia ci¹g³oœci jego przebiegu (rys. 7). Rampy wznosz¹ siê i opadaj¹ o k¹t 45 stopni. Dziêki temu symbol rzeki wznosi siê zawsze o

(7)

za³o¿o-397 TRZECI WYMIAR NA MAPIE KRAIN GEOGRAFICZNYCH – KONCEPCJA TYFLOMAPY W DRUKU 3D

R

ysunek 3.

W

(8)

R

ysunek 4

.

W

(9)

Rysunek 5. Wykaz kodów i skrótów zastosowanych na mapie (Ÿród³o: opracowanie w³asne)

ne 1,5 mm ponad powierzchniê danej krainy geograficznej. Dla wyró¿nienia, ujœcie Wis³y do Ba³tyku, b¹dŸ Odry do Zalewu Szczeciñskiego, zosta³o zaprezentowane jako ostre (pionowe) zakoñczenie znaku liniowego.

Druk mapy

Mapê wydrukowano na drukarce 3D Zortrax M200 (URL 6) w technologii FDM (Fused Deposition Modeling). Jest to metoda polegaj¹ca na wtapianiu w model kolejnych porcji materia³u termoplastycznego. W tym wypadku wykorzystany zosta³ materia³ Z-Ultrat, czyli dedykowana drukarce Zortrax M200 mieszanka ABS i wosku. Od standardowego materia³u Z-ABS, ten wyró¿nia siê mniejsz¹ kurczliwoœci¹, a jednoczeœnie wiêkszym po³yskiem i g³ad-koœci¹. W technologii FDM materia³ jest przeciskany przez ekstruder (g³owicê), który pod-grzany do odpowiedniej temperatury wytapia go i wyt³acza na stó³ drukarki w postaci cien-kiej nitki (URL 7). Drukarka ma pole robocze o wymiarach 20×20×18 cm, które jest mniej-sze ni¿ zaplanowany format mapy (A3). Dlatego konieczne by³o podzielenie mapy na seg-menty i wydruk modelu w czêœciach. Wymaga³o to utworzenia zaczepów typu „jaskó³czy ogon”, dziêki czemu pole robocze jest w maksymalnym stopniu wype³nione wydrukiem.

(10)

R

ysunek 6.

Przygotowany arkusz mapy w formacie

(11)

Rysunek 7.

Sposób zachowania ci¹g³oœci znaku liniowego reprezentuj¹cego rzekê przy przejœciu przez krainy geograficzne wyniesione na ró¿ne

(12)

Segmenty mapy przetworzono do formatu poligonowego .STL, zaprojektowanego spe-cjalnie na potrzeby druku przestrzennego, który wczytano do dedykowanego drukarce Zor-trax M200 programu typu Slicer – Z-Suite, w którym przygotowano model do wydruku.

Wydrukowan¹ mapê poddano ocenie dok³adnoœci oraz czytelnoœci. Ocenê dok³adnoœci przeprowadzono przy wykorzystaniu maszyny wspó³rzêdnoœciowej Scope Check 3D CNC, znajduj¹cej siê w laboratorium LAPROMAW Katedry Zaawansowanych Materia³ów i Tech-nologii Wydzia³u Nowych TechTech-nologii i Chemii WAT. Ocena ta polega³a na porównaniu wy-miarów fizycznego obiektu utworzonego na drukarce 3D z wymiarami nominalnymi, ustalo-nymi w oparciu o projekt wektorowy.

Przydatnoœæ mapy sprawdzono w warunkach szkolnych, w Oœrodku Szkolno-Wycho-wawczym dla Dzieci Niewidomych w Laskach. Mapê poddano ocenie pod k¹tem jej czytel-noœci, trwa³oœci i komfortu pracy. Do testów zaproszono czworo uczniów szko³y podsta-wowej i gimnazjum – dwoje z nich ca³kowicie niewidomych i dwoje z powa¿n¹ wad¹ wzro-ku (okreœlanych mianem s³abowidz¹cych). Przygotowano szeœæ poleceñ do zrealizowania przez uczniów z wykorzystaniem opracowanej mapy.

Wyniki

W wyniku badañ opracowano i wydrukowano w technologii 3D w pe³ni funkcjonaln¹ mapê dotykow¹ krain geograficznych Polski (rys. 8). Na wydrukach mo¿na z ³atwoœci¹ wyró¿niæ symbole punktowe i liniowe, wyniesione ponad obszary krain geograficznych (rys. 9) oraz krainy geograficzne wyniesione na ró¿ne wysokoœci (rys. 10).

(13)

Rysunek 9. Symbole punktowe i liniowe na wydrukowanej mapie (zdjêcie) (Ÿród³o: opracowanie w³asne)

Rysunek 10. Krainy geograficzne wyniesione na ró¿ne wysokoœci na wydrukowanej mapie (zdjêcie)

(14)

Ocenê dok³adnoœci arkusza mapy przeprowadzono mierz¹c przyk³adowe wymiary w p³aszczyŸnie poziomej, jak i wysokoœæ niektórych elementów mapy (rys. 11). Do pomia-rów wykorzystana zosta³a sonda stykowa. Ka¿dy z pomiapomia-rów wykonano trzykrotnie.

Rysunek 11. Ocena dok³adnoœci mapy z wykorzystaniem maszyny wspó³rzêdnoœciowej

Aby pomierzyæ wysokoœæ elementów mapy w pierwszej kolejnoœci wyznaczono p³aszczyznê referencyjn¹, wzglêdem której wysokoœæ by³a okreœlana (pomiar w co najmniej trzech punktach jednoznacznie definiuj¹cych p³aszczyznê). Za p³aszczyznê referencyjn¹ przyjêto powierzchniê arkusza mapy. Za pomoc¹ sondy zmierzono wysokoœci badanych elementów. Wyznaczenie ró¿-nicy tych pomiarów stanowi informacjê o wysokoœci wydrukowanych elementów.

Badanie wymiarów poziomych przeprowadzono przez pomiar wspó³rzêdnych krawêdzi wyznaczaj¹cych granice mierzonych elementów. Na podstawie pomiaru ró¿nicowego wspó³-rzêdnych okreœlono przesuniêcia wzd³u¿ osi X i Y uk³adu maszyny. Na tej podstawie pro-gram obs³uguj¹cy maszynê wyznaczy³ wektor przesuniêcia poziomego.

Zbadanie dok³adnoœci polega³o na porównaniu wymiarów konkretnych elementów wy-drukowanego arkusza z wymiarami nominalnymi – zdefiniowanymi w projekcie. W ten spo-sób mo¿liwe sta³o siê wyznaczenie ca³oœciowego b³êdu geometrii wydrukowanego arkusza. Rodzaj badanych wymiarów oraz uzyskane wyniki przedstawia tabela 1.

Najistotniejsz¹ weryfikacjê opracowanego w ramach pracy arkusza mapy przeprowa-dzono w Oœrodku Szkolno-Wychowawczym dla Dzieci Niewidomych w Laskach. Wyniki oceny czytelnoœci mapy przez uczniów niewidomych i s³abowidz¹cych (rys. 12) zawiera tabela 2. Zaplanowane zadania umo¿liwi³y weryfikacjê jakoœci opracowanej mapy, w kontek-œcie u¿ycia jej jako pomocy szkolnej w trakcie omawiania zagadnienia pasowoœci

(15)

ukszta³to-405 TRZECI WYMIAR NA MAPIE KRAIN GEOGRAFICZNYCH – KONCEPCJA TYFLOMAPY W DRUKU 3D

Tabela 1. Wyniki pomiarów geometrii arkusza mapy (Ÿród³o: opracowanie w³asne)

Rysunek 12. Niewidomy uczeñ w trakcie pracy z map¹ (Ÿród³o: opracowanie w³asne) y m o i z o p r a i m y W ] m m [ . 1 r a i m o p . 2 r a i m o p . 3 r a i m o p y n l a n i m o N ∆ 1 ∆ 2 ∆ 3 j e w o i n i l i k ³ a i z d o p æ œ o g u ³ D 66,57 66,54 66,53 66,64 0,07 0,1 0,11 a l j a r b t k n u p o i c œ e z S 6,64 6,60 6,70 6,50 0,14 0,1 0,2 ) œ o ³ ó p a z s t ó r k ( a r o i z e j k a n Z 5,03 5,02 5,05 5,00 0,03 0,02 0,05 a z s u k r a Ÿ d ê w a r k a w o n o i P 231,82 231,72 231,63 232,00 0,18 0,28 0,37 y w o n o i p r a i m y W ] m m [ . 1 r a i m o p . 2 r a i m o p . 3 r a i m o p y n l a n i m o N ∆ 1 ∆ 2 ∆ 3 j e w o i n i l i k ³ a i z d o p æ œ o k o s y W 1,01 1,05 1,08 1,00 0,01 0,05 0,08 a l j a r b u t k n u p o i c œ e z s æ œ o k o s y W 1,02 1,03 1,01 0,80 0,22 0,23 0,21 a r o i z e j u k a n z æ œ o k o s y W 3,75 3,96 3,89 4,00 0,25 0,04 0,11 r ó g a i n e s e d æ œ o k o s y W 7,01 7,02 7,02 7,00 0,01 0,02 0,02

Tabela 2. Zadania postawione przed uczniami i ich wyniki (Ÿród³o: opracowanie w³asne)

a i n a d a z j a z d o R S³abowidz¹czy Niewidomi A ñ e z c u uczeñB uczeñC uczeñD e i p a m a n i c œ e r t j e n t e r k n o k e i n a w i k u z s d O + + + + h c y w o z a r b o j a r k w ó s a p z o g e n d e j e i p a m a n e i n a z a k s W + + + + e i n e l œ e r k o i e i p a m a n u t k e i b o o g e n t e r k n o k a j c a z i l a k o L e j u d j a n z ê i s j e r ó t k w , j e n z c i f a r g o e g y n i a r k + +/– + – i k e z r a i c œ j u e i n a z a k s W + + + + i j c a t n e z e r p u b o s o p s y d n e g e l e i w a t s d o p a n e i n e l œ e r k O e i p a m a n u t k e i b o o g e n t e r k n o k + + + + e i p a m a n j e n z c i f a r g o e g y n i a r k j e n o l œ e r k o e i n a z a k s W o g e c ¹ j u t n e z e r p e r ¹ j u t ó r k s i + +/– +/– –

(16)

wania krain geograficznych Polski. Zagadnienie to jest elementem programu nauczania geo-grafii w szkole podstawowej, w myœl obowi¹zuj¹cej od wrzeœnia 2017 roku nowej podstawy programowej (MEN, 2016).

Po wykonaniu zadañ, ucznio-wie zostali poproszeni o ocenê konkretnych parametrów opraco-wanego arkusza mapy w skali od 1 do 5 (gdzie: 1 oznacza wynik mierny, 2 s³aby, 3 przeciêtny, 4 dobry, a 5 wynik bardzo dobry). Opinie uczniów zosta³y zestawio-ne w tabeli 3.

Jakoœæ dotykowa nie by³a oce-niana przez uczniów s³abowidz¹-cych, jako ¿e w g³ównej mierze korzystali oni ze zmys³u wzroku przy odczytywaniu treœci mapy. Uczniowie niewidomi zaœ zwrócili uwagê na nieprzyjemne w dotyku elementy mapy, w tym przede wszystkim ostre zakoñczenia punktorów alfabetu brajla. Czytelnoœæ treœci zosta³a oceniona przez jednego z uczniów s³abowidz¹cych jako mierna ze wzglêdu na fakt, ¿e mapa ta nie ma kolorowych treœci dla osób s³abowidz¹cych (w za³o¿eniu mapa mia³a byæ pomoc¹ naukow¹ tylko dla osób niewidomych). Pozostali uczniowie zwrócili uwagê na zbyt bliskie po³o¿enie niektórych s¹siaduj¹cych ze sob¹ symboli, co powodowa³o ich zlewanie siê i trudnoœæ w odczytaniu. Aby zniwelowaæ ten problem nale¿a³oby rozwa¿yæ zwiêkszenie skali mapy, co umo¿liwi³oby zachowanie wiêkszych odstêpów pomiêdzy poszczególnymi znakami kartograficznymi. Co ciekawe, mankamenty te dotyczy³y zestawów symboli, które nie by³y zró¿nicowane wysokoœciowo lub by³y w niewielkim stopniu. Dowodzi to wartoœci zabiegu wynoszenia znaków kartograficznych na ró¿n¹ wysokoœæ, co umo¿liwia technika druku 3D.

Podsumowanie i wnioski

Korzystanie ze standardowych metod drukowania tyflomap wi¹¿e siê z wysokimi koszta-mi, gdy¿ wymaga to ka¿dorazowo opracowania kosztownych matryc, niezale¿nie od tego ile sztuk map chcemy wydrukowaæ. Zatem jednostkowy koszt takiej mapy jest tym wiêkszy, im mniej egzemplarzy jest drukowanych. Rozwi¹zaniem tego problemu jest druk 3D. Koszt wydania opracowanej w wyniku badañ mapy przy druku 3D to niespe³na 200 z³, podczas gdy w druku tradycyjnym to koszt wielokrotnie wy¿szy. Wykorzystuj¹c druk 3D, mo¿liwe jest zatem tworzenie prototypów, pojedynczych sztuk i sprawdzanie ich funkcjonalnoœci przez osoby niewidome przed wydrukiem kolejnych egzemplarzy. Umo¿liwia to eliminowa-nie ewentualnych b³êdów ju¿ na etapie projektu. Co wiêcej, druk 3D jest eliminowa-nieoceniony przy opracowywaniu pojedynczych egzemplarzy map, wykonywanych na indywidualne zamó-wienie. Mapy najbli¿szej okolicy, fragmentu miasta, dojœcia do szko³y, to tylko kilka przyk³a-dów map, które mog¹ byæ odpowiedzi¹ na unikalne potrzeby poszczególnych osób z dys-funkcj¹ wzroku. Tak¿e aktualizacja takich map, w przypadku druku 3D, jest szybka i nisko-kosztowa, nie przekracza mo¿liwoœci finansowych osoby prywatnej. To wszystko stwarza przes³anki do szerokiego zastosowania druku 3D w tyflografii.

Tabela 3. Ocena poszczególnych parametrów mapy

o g e n a i n e c o j a z d o R u r t e m a r a p y c ¹ z d i w o b a ³ S Niewidomi A ñ e z c u uczeñB uczeñC uczeñD a w o k y t o d æ œ o k a J – – 3 3 i c œ e r t æ œ o n l e t y z C 1 4 4 4 i j c a t n e z e r p a m r o F 5 5 5 5 a z s u k r a r a i m y W 4 5 5 5

(17)

Uzyskane wyniki umo¿liwiaj¹ stwierdzenie, ¿e technikê druku 3D cechuje du¿y potencja³ nie tylko w wytwarzaniu map dotykowych, ale materia³ów tyflologicznych w ogóle. Przed-stawione badania stanowi¹ dobry punkt wyjœcia do dalszych prac w tym obszarze. Warto w przysz³oœci podj¹æ prace nad wykorzystaniem innych metod druku 3D, tak¿e z u¿yciem innego sprzêtu. Wskazane by³oby wykorzystanie metod umo¿liwiaj¹cych wielkoformatowy druk wielobarwny. Umo¿liwi³oby to nie tylko opracowanie mapy uniwersalnej (dostêpnej zarówno dla osób niewidomych, jak i s³abowidz¹cych), ale tak¿e wydruk arkusza w wiêk-szej skali lub wykluczy³oby koniecznoœæ stosowania podzia³u na segmenty. Nale¿y zatem rozwa¿yæ wykorzystanie technologii Color Jet Printing (CJP), która polega na selektywnym zespalaniu wielobarwnego proszku lub technologii SLA, która umo¿liwia uzyskanie g³adkich powierzchni i wy¿szego poziomu szczegó³owoœci drobnych elementów.

Artyku³ przedstawia wyniki badañ zrealizowanych w ramach pracy magisterskiej Jakuba Wabiñskiego pt. „Metodyka opracowania tyflomap z wykorzystaniem druku 3D”, napisanej w 2017 roku na Wydziale In¿ynierii L¹dowej i Geodezji Wojskowej Akademii Technicznej, pod kierunkiem dr hab. in¿. Albiny Moœcickiej.

Podziêkowania. Prowadzone badania i niniejsza publikacja by³y mo¿liwe do wykonania dziêki pomocy pracowników i uczniów Oœrodka Szkolno-Wychowawczego dla Dzieci Nie-widomych im. Ró¿y Czackiej w Laskach. Cennego wsparcia merytorycznego w zakresie opracowywania tyflomap udzieli³ mgr Mariusz Olczyk, doktorant na Wydziale Geografii i Studiów Regionalnych Uniwersytetu Warszawskiego. Do realizacji badañ wykorzystano drukarkê 3D Zortrax M200, udostêpnion¹ przez laboratorium LAPROMAW Katedry Za-awansowanych Materia³ów i Technologii Wydzia³u Nowych Technologii i Chemii Wojsko-wej Akademii Technicznej. Wszystkim osobom zaanga¿owanym w to przedsiêwziêcie sk³a-damy serdeczne podziêkowania. Recenzentom dziêkujemy za cenne uwagi, które podnios³y poziom merytoryczny przedstawionej publikacji.

Finansowanie. Prowadzone badania i niniejsza publikacja zosta³y sfinansowane ze œrod-ków Wydzia³u In¿ynierii L¹dowej i Geodezji Wojskowej Akademii Technicznej w ramach realizacji pracy magisterskiej Jakuba Wabiñskiego pt. „Metodyka opracowania tyflomap z wykorzystaniem druku 3D”, napisanej w 2017 roku pod kierunkiem dr hab. in¿. Albiny Moœcickiej.

Literatura (References)

Bodnárová A., 2012: Tyflografické mapy v procesu prostorové orientace (Typhlographic maps in the process of spatial orientation). Unpublished master’s thesis. Masaryk University, Faculty of Science, Department of Geography, Brno, Czech Republic: 105 p. [in Czech].

Braille Authority of North America and the Canadian Braille Authority L’Autorité Canadienne du Braille, 2011: Guidelines and Standards for Tactile Graphics 2010, The Braille Authority of North America. Dostêp 5.10.2017 r. http://www.brailleauthority.org/tg/

Edman P.K., 1992: Tactile Graphics. American Foundation for the Blind, Nowy Jork.

Gual J., Puyunelo M., Lloveras J., 2012: Analysis of Volumetric Tactile Symbols Produced with 3D Printing. Proceedings of the 5th International Conference on Advances in Computer-Human Interactions, Valencia (Spain), 30.01-4.02.2012: 60-67.

Kondracki J., 2001: Geografia regionalna Polski (Regional geography of Poland). Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

(18)

MEN, 2016: Podstawa programowa kszta³cenia ogólnego – geografia – klasy V-VIII (Curriculum foundations of general education – geography – 5-8 grades. The Ministry of National Education). Ministerstwo Edukacji Narodowej, Warszawa.

Ojala S., Lahtinen R., Hirn H., 2016: Tactile Maps Safety and Usability. Proceedings of the 6th International Conference on Well-Being in the Information Society, WIS 2016, Tampere, Finland, September 16-18: 15-22. Olczyk M., 2014: Zasady opracowania map dotykowych dla osób niewidomych i s³abo widz¹cych (The rules of developing tactile maps for blind and visually impaired). Polski Przegl¹d Kartograficzny 46(4): 413-442, Warszawa.

PKN, 2009: PN-EN ISO 216:2009. Papier do pisania i okreœlone grupy druków – Formaty netto – Szereg A i B oraz oznakowania kierunku pod³u¿nego (Writing papers and specified groups of printed matter – net formats – A and B series and marking the longitudinal direction, The catalogue of the Polish Standards). Katalog Polskich Norm, Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa.

Rowell J., Ungar S., 2003: The World of Touch: Results of an International Survey of Tactile Maps and Symbols. The Cartographic Journal 40: 259-263, The British Cartographic Society.

Rozporz¹dzenie MSWiA z dnia 17 listopada 2011 r. w sprawie bazy danych obiektów topograficznych oraz bazy danych ogólnogeograficznych a tak¿e standardowych opracowañ kartograficznych (The Decree of the Ministry of Interior and Administration on the topographic objects database and the general geographic database and on standard cartographic products). Dz.U. 2011 nr 279 poz. 1642.

Sizeranne M., 1910: Niewidomy o niewidomych (The blind about blind people). Biblioteka Dzie³ Wyboro-wych, Warszawa.

Štampach R., Mulíèková E., 2016: Automated generation of tactile maps. Journal of Maps 12: 532-540. Wabiñski J., 2017: Metodyka opracowania tyflomap z wykorzystaniem druku 3D (The methodology of

development of maps for blind people using 3D printing; the master’s thesis). Praca magisterska, Wojsko-wa Akademia Techniczna, WarszaWojsko-wa.

Wiêckowska E. (red.), 2012: Standardy tworzenia oraz adaptowania map i atlasów dla niewidomych uczniów (Standards of development and adaptation of maps and atlases for blind pupils). Laski.

î îî

îîród³a internetowe (Internet sources)

URL 1: dostêp 18.07. 2017 r. http://www.tyflomapy.pl

URL 2: dostêp 18.07. 2017 r. http://www.eurogeographics.org/products-and-services/euroboundarymap URL 3: dostêp 18.07. 2017 r. https://www.eea.europa.eu

URL 4: dostêp 18.07. 2017 r. http://dm.pgi.gov.pl/dm/DownloadManager_v1.aspx URL 5: dostêp 18.07. 2017 r. https://www.rhino3d.com/nurbs

URL 6: dostêp 18.07. 2017 r. Zortrax M200 User Manual,

http://www.multistation.com/IMG/pdf/manuel_zortrax_m200_en.pdf

URL 7: dostêp 18.07. 2017 r. http://3dware.ir/en/references/articles/162-everything-about-fdm-technology

Streszczenie

Celem niniejszej pracy jest zaproponowanie sposobu opracowania tyflomap z wykorzystaniem techni-ki wytwarzania przyrostowego, czyli druku 3D. Dotychczasowe badania dotyczy³y wykorzystania metod przyrostowych do tworzenia prostych makiet, które nie nosi³y znamion opracowania kartogra-ficznego. W artykule przedstawion procedurê opracowania mapy dotykowej na podstawie otwartych danych wektorowych i jej druku z wykorzystaniem metody FDM. Z uwagi na mo¿liwoœci przyjêtej technologii zaproponowano nowe, autorskie rozwi¹zania u³atwiaj¹ce odbiór mapy osobom niewido-mym. W wyniku badañ opracowano mapê dotykow¹ krain geograficznych Polski, która zosta³a przetestowana w pracy z osobami niewidomymi i s³abowidz¹cymi. Testy wykaza³y, ¿e jest to w pe³ni funkcjonalna mapa, która mo¿e byæ wykorzystana do nauki zgodnie z obowi¹zuj¹cymi podsta-wami programowymi. Co wiêcej, zastosowanie druku 3D powoduje znaczne obni¿enie kosztów w porównaniu z wczeœniej stosowanymi technikami.

(19)

Abstract

The main purpose of this paper is to propose a methodology that would allow to create tactile maps using an incremental manufacturing technique, also called 3D printing. Research works performed in the past concerned the use of incremental techniques to create simple mock-up models that were not cartographic products. The paper presents a procedure for developing a physical tactile map sheet using the FDM 3D printing method, based on open vector data available on the Internet. A methodo-logy of transformation of a flat vector map into a spatial, ready-to-print form, was presented. Conclu-sions drawn from the implementation of the proposed methodology prove that 3D printing can be successfully used to produce tactile maps. It is a very suitable solution for prototyping and making small batches of cartographic works, which provide useful scientific aids in the education of children and young people. Moreover, the use of 3D printing results in reduction of costs, comparing to techniques applied in the past.

Dane autorów / Authors details:

mgr in¿. Jakub Wabiñski

https://orcid.org/0000-0002-9995-1329 jakub.wabinski@student.wat.edu.pl

dr hab. in¿. Albina Moœcicka

https://orcid.org/0000-0003-4673-3720 albina.moscicka@wat.edu.pl

Przes³ano / Received 21.07.2017 Zaakceptowano / Accepted 9.10.2017 Opublikowano / Published 30.12.2017

(20)