Введение в стереокартографию
Доступно с лицензией Image Analyst.
ArcGIS Pro предоставляет возможность компилирования трехмерных (3D) векторных данных в системе стерео визуализации и картографирования. Это позволяет визуально анализировать изображения и точно отбирать объекты интереса.
Стереоскопия - это наука об использовании перекрывающихся изображений, полученных с разных позиций, для получения 3D- модели, которая имитирует реальное бинокулярное зрение. Эта технология была разработана в XIX веке и дополнена во времена I и II Мировых войн для идентификации и точного измерения топографических объектов, видимых на аэроснимках. В основном, технология стерео фотограмметрии применяется для идентификации, измерения и оцифровки вручную по снимкам, полученным с воздуха, следующих 3D-объектов:
Здания, лесонасаждения, объекты инфраструктуры и прочие наземные объекты
Топография местности, склоны, формы рельефа, горизонтали и перегибы, обусловленные резким изменением рельефа
Дополнительно, для сбора точной, подробной информации, преимущественно для инженерных целей, например, картографирования инфраструктуры мостов, зданий, дамб и фасадов зданий, используется технология короткобазисной стерео фотограмметрии, когда углы наблюдения датчика являются горизонтальными или наклонными.
Дополнением 3D-вида изображения является точное наложение 3D-слоев ГИС, называемое стерео позиционированием. Технология стерео позиционирования использует стереомодель для для совмещения вручную базовых слоев земной поверхности и других векторных данных с фотограмметрической точностью. Традиционно, подавляющее большинство точных векторных карт земной поверхности создавались и обновлялись с использованием 3D стерео компиляции вручную, сначала при помощи оптико-механических стереокомпараторов, затем, в 90-е годы, аналитических стереокомпараторов, а в наше время при помощи полностью цифровых 3D-разработок.
В последнее время, с появлением мультиспектральных снимков высокого разрешения, при наличии цифровых моделей рельефа (ЦМР) и GPS-топопривязки, базовые слои земной поверхности создаются и обновляются при помощи базы ортотрансформированных снимков. Технологии дистанционного зондирования и обработки снимков можно использовать для автоматической идентификации и классификации объектов с фотограмметрической точностью. Однако преимуществом стерео компиляции вручную является ее зависимость от сочетания зрения и когнитивных способностей человека по распознаванию и сбору объектов, которые не может увидеть и обработать компьютер. Примером является сбор наземных высотных точек сквозь кроны деревьев, компилирование зданий, дорог и других наземных объектов, закрытых растительностью, получение важных линий перегиба и идентификация объектов по физическим 3D-атрибутам и признакам.
Преимущества картографирования в ArcGIS Pro
Традиционная наука и искусство стереокартографии достигли высокого уровня и хорошо изучены. Самые точные и подробные базовые слои земной поверхности, такие как здания, транспорт, инфраструктура энергетики и связи, а также топография, созданы при помощи технологий стерео компиляции. В дополнение к возможности сбора 3D-объектов при помощи известного фотограмметрического рабочего процесса, имеются важные преимущества, которые дает наличие таких функциональных возможностей в ArcGIS Pro:
Интегрированный рабочий процесс стерео, для которого не нужны отдельный фотограмметрический пакет и конвертация данных.
Поддержка нескольких источников данных, таких как аэро и космические снимки, а также снимки с беспилотников.
Дополнительная модель данных для управления коллекциями изображений и стереомоделями.
Автоматическое выявление наилучшей стереомодели и универсальные фильтры стереомоделей на основании области интереса.
Поддержка просмотра через поляризационные очки и анаглифного стерео просмотра.
Асинхронная обработка включает несколько процессов для параллельного запуска при компиляции векторных 3D-данных.
Быстрое стерео отображение, ускоренное GPU.
Дополнительная возможность редактирования, включая шаблоны объектов, настройки, одновременное многопользовательское редактирование, версионность и многое другое.
Сбор стерео объектов непосредственно в вашу базу данных ГИС при поддержке топологии и структуры данных.
Эффективно интегрированный механизм отображения 2D стереопары и 3D-объектов, поддержка множества вариантов отображения объектов и символов.
Фиксированный режим курсора и режим по запросу, функциональные возможности следования поверхности обеспечивают стереонавигацию и сбор объектов.
Синхронизация с картами и сценами обеспечивает немедленный отклик на редактирование.
Собранные данные сразу используются в виде сцены.
Стереокартографирование в ArcGIS Pro означает, что все данные на платформе ArcGIS доступны для поиска и немедленного использования в ваших картографических проектах 3D. Векторные стерео-данные поступают в 3D-сцену для отображения и так же возвращаются обратно в стерео-вид для редактирования. Эти данные немедленно делаются доступными для ГИС-моделирования и применимы в сценариях поддержки решений, ограниченных по времени принятия.
Пользовательский интерфейс стереокартографии
В ArcGIS Pro для стереокартографирования доступен вьюер стереокарт, который отображает и управляет стереопарами изображений, полученных с платформ спутниковых и аэросенсоров. Стерео отображение поддерживает мультиспектральные, трехканальные и панхроматические снимки, непосредственное улучшение снимков, стерео позиционирование ГИС-данных 3D на стерео изображении, масштабирование и перемещение, а также другие настройки.
Стереопросмотр обеспечивается использованием красно-синих анаглифных стереоочков, очков с активным затвором или поляризованных очков с пассивной стереосистемой. В анаглифном режиме для получения стерео изображения стереокарта использует в стереомодели левое и правое изображения, где один канал из левого изображения нужен для красного канала, а два канала из правого изображения является голубым каналом.
В режиме очков с активным затвором стереоизображения по очереди показываются с высокой частотой в синхронизации с очками с активными затворами. Только затворные поляризационные 3D-очки позволяют левому изображению стереопары проходить через левую затворную линзу, а правому изображению – через правую. Принцип аналогичен анаглифным стереоочкам, но последние позволяют проходить через линзу только одному каналу.
Пассивные стереосистемы используют поляризованные очки в сочетании со специальным фильтром над монитором с разделением луча, чтобы левый глаз видел только левое изображение, а правый глаз — только правое изображение, что обеспечивает стереоскопический просмотр.
Информацию об очках с затворами и других требованиях к оборудованию см. в описании комплекта для активного стереоскопического просмотра.
В процессе стереоскопической визуализации на цифровых аэрофотоснимках, сканированных аэрофотоснимках и снимках с дронов любая часть стереопары, не имеющая стереоперекрытия, будет маскироваться. Это улучшает восприятие стереоскопического изображения, поддерживая фокус на перекрывающейся области просматриваемой стереопары.
Фотограмметрически точный 3D-курсор измеряет и собирает объекты земной поверхности непосредственно в классы объектов.
Вкладка Стереокарта содержит инструменты для настройки, улучшения и управления стереомоделями, а также стерео позиционирования векторных ГИС-данных на стерео изображении, инструменты измерения объектов на земной поверхности и панель Выбор стереомодели. Для компилирования 3D-объектов в классы объектов можно применять обычные инструменты редактирования объектов, как это обычно делается.
Если входные изображения не были уравнены, для выполнения уравнивания и триангуляции можно использовать инструменты орто-картографии, и в качестве входных данным можно применять уравненный набор данных мозаики, содержащий стереомодели.
стереокартографирование также поддерживает отдельные стереопары изображений, например, пары изображений, полученные от поставщиков спутниковых данных.
Интегрированная стерео компиляция
Стереокартография включена в дополнительный модуль Image Analyst. Поскольку она интегрирована в ArcGIS Pro, она получает все преимущества архитектуры ArcGIS Pro и хорошо налаженные функциональные возможности ArcGIS:
Уравненные стереопары загружаются в отображение стереокарты в эпиполярной ориентации для правильного просмотра и компиляции объектов.
Улучшение каждого изображения, составляющего стереопару.
Выбор и определение предустановленного курсора и его поведения.
Использование динамического масштабирование или указание определенного масштаба карты.
Выбор стереомодели на панели Выбор стереомодели при помощи настраиваемых фильтров, например, по классу объектов, при помощи интерактивного полигона, по экстенту карты или атрибуту.
Использование интерфейса редактирования и рабочих процессов ArcGIS Pro для эффективного определения и изменения объектов карты, символов, атрибутов и свойств оцифровки.
Использование предустановленных таблиц объектов для соблюдения согласованности объектов во всем проекте.
Использование преимуществ следующих инструментов, операторов и возможностей создания и редактирования объектов:
Разработка или использование существующих шаблонов объектов.
Определение предварительных установок и настроек.
Определение полей, подтипов и доменов для работы с моделями данных.
Определение отношений данных, например, пространственного соединения, связей и других стандартных отношений.
Управление версиями.