Навигация всегда оставалась неотъемлемой частью человеческого быта. Необходимость в ней была, как в каменный век, когда охотясь человеку приходилось преодолевать огромные расстояния, так и при развитии мореплавания, ставящего задачи создания маршрутов в тысячи миль. Современная навигация, во многом благодарю взрывному развитию техники в девятнадцатом и двадцатом веках, не может сравниваться с теми технологиями, что использовались первыми путешественниками. Она позволяет с огромной точностью определить географические координаты и проложить оптимальный маршрут через мегаполис, учитывая текущее состояние дорожного движения.

В этой статье речь пойдёт об использовании трёхмерного моделирования с целью, как минимум улучшить характеристики существующих систем навигации, сделав их более точными, так и создать новую, основывающуюся на собственном наборе аппаратных средств. Но прежде чем перейти к её описанию, рассмотрим три типа наиболее известных навигационных систем:

Электронные - основаны на измерении и последующим сравнении сигналов от радиомаяков, имеющих известные координаты. На настоящий момент времени используются для определения воздушных и морских трасс в близи берегов. Авиационные системы позволяют определить положение воздушного судна на расстоянии до четырёхсот километров. Морские же не более чем до десяти километров. Такое ограничение радиуса действия приводит к необходимости построения сети передатчиков, что увеличивает стоимость и ограничивает географию применения таких систем.

Инерциальные - автономные навигационные комплексы строящиеся на основе гироскопов и акселерометров, фиксирующих, благодаря своей возможности сохранять заданное положение в пространстве, изменения линейного ускорения и угловой скорости. Широкое распространение получили в авиации, судоходстве, навигации подводных лодок и ракет, тактического и стратегического назначения. Существенным преимуществом инерциальных систем служит отсутствие зависимостей от внешних устройств, что даёт полную автономность в определении положения, ориентации в пространстве и скорости. В то же время, все виды инерциальных систем подвержены накоплению ошибок вычисления положения, возникающих в следствии накопления в неточности определения ускорения и угловой скорости с каждой последующей итерацией, где вычисление следующей величины основано на результатах вычисления предыдущей.

Спутниковые - навигационные системы использующие орбитальные спутники для вычисления географического положения. Механизм вычисления координат построен на вычислении разности времени получения радиосигналов от задействованных космических аппаратов. К преимуществам спутниковых систем можно отнести высочайшую точность в определении географического положения и малые размеры приёмников. Однако природа технологии несёт в себе и существенный недостаток - сигнал от спутников не может пройти через твёрдые структуры, что ограничивает функционирование приёмников открытым пространством. Городские здания, как и плохие погодные условия так же могут повлиять на качественные характеристики системы.

В этом списке, навигационные системы идут в порядке возрастания их точности, от электронных, первые образцы которых увидели свет в начале двадцатого века, до спутниковых, ставших кульминацией развития космических и компьютерных технологий минувшего столетия. Резюмируя их достоинства и недостатки, можно подвести черту следующих образом, - отбросив электронные системы навигации, активно вытесняемые спутниковыми, имеющими схожий принцип определения расстояния, но более высокую точность при сопоставимой стоимости, остаются лишь две, где инерциальная навигационная архитектура представляет полностью автономную, и тем самым почти не зависящую от внешних факторов систему, и спутниковую, позволяющую наиболее точно определять координаты месторасположения и решающую вопрос возникновения погрешностей на стороне, передающих сигнал, космических аппаратов.

Имея представление о текущем положении дел в технологиях навигации перейдём к описанию предлагаемой идеи использования трёхмерного моделирования. Не вдаваясь в детали реализации предложение основано на использовании созданной трёхмерной карты которая может описывать как горный ландшафт, так и морское дно. Располагая алгоритмами сравнения с образцом, можно определить текущее географическое положение, сделав достаточно детализированный трёхмерный снимок поверхности. Либо, исходя из задачи построения маршрута, проложить путь, учитывая рельеф местности со всеми его особенностями.

Однако, беря во внимание тот факт, что трёхмерная модель может не содержать готовый набор всех возможных маршрутов, их вычисление должно основываться на физике того аппарата, который в последствии будет использовать данную модель. Что, впрочем, является существенным преимуществом, по той причине, что построенный путь будет учитывать рельеф местности и конечное расстояние будет как минимум не длиннее аналогичного, рассчитанного по двухмерной карте с использованием других навигационных систем.

Но прежде чем переходить к созданию полноценной навигационной системы, рассмотрим как использование трёхмерного моделирование может улучшить имеющуюся. Фактор накапливающихся погрешностей в определении координат инерциальными системами может быть решён путём постоянной коррекции вычисленных координат с трёхмерной моделью, что исключит часто используемые для этой цели спутниковые системы и лишит инерциальные зависимости от внешнего оборудования.

Беря за основу вышеперечисленные факторы, можно сделать вывод, что у идеи использования трёхмерной модели есть право на жизнь. Использование моделей может улучшить характеристики инерциальных систем и предоставить отдельную автономную систему навигации. Это будет полезно в тех случаях, когда использование сложного, и весьма не малого по размерам, оборудования инерциальной навигации невозможно в виду прочих технических характеристик. Так, например, набирающие популярность беспилотные летательные аппараты, такие как квадрокоптеры, используемые в городских условиях, где сигнал от спутников легко теряется в следствии помех и отражения от зданий, смогут рассчитывать на компьютерную модель города и проложат необходимый маршрут. В то же время, спасательные операции, проходящие в плохих погодных условиях , когда последние становятся преградой для работы спутниковой навигации, так же смогут рассчитывать на инерциальные системы использующие трёхмерные модели для коррекции вычислений.