Einführung in die Stereokartenerstellung

Mit der Image Analyst-Lizenz verfügbar.

ArcGIS Pro bietet die Möglichkeit, dreidimensionale Feature-Daten (3D) in einem Stereoanzeige- und Kartierungssystem zusammenzustellen. Damit können Sie Bilddaten visuell analysieren und interessante Features ganz exakt sammeln.

Die Stereoskopie ist die Wissenschaft der Verwendung sich überlappender Bilddaten, die von unterschiedlichen Positionen aufgenommen wurden, um ein 3D-Modell zu erzeugen, das ein echtes zweiäugiges Sehen nachbildet. Das Verfahren wurde im 19. Jahrhundert erstmals entwickelt und im 1. und 2. Weltkrieg zur Reife gebracht, um die Topografie und Boden-Features, die auf Luftaufnahmen sichtbar waren, zu identifizieren und exakt zu messen. Die Hauptanwendungen der Stereoverfahren bei der Luftbildmessung sind die Identifizierung, Messung und manuelle Digitalisierung von 3D-Features aus vertikalen Luftbilddaten. Dazu gehören folgende Elemente:

• Gebäude, Infrastruktur, Waldbestände und andere Boden-Features
• Topografie, Neigungen, Landformen, Höhenkonturlinien und Bruchkanten aufgrund abrupter topografischer Unterbrechungen

Zusätzlich werden Verfahren der Nahbereichsphotogrammetrie verwendet. Dabei sind die Sensorblickwinkel horizontal oder schräg, um genaue, detaillierte Informationen in erster Linie für technische Zwecke zu sammeln, z. B. für die Kartenerstellung der Infrastruktur von Brücken, Gebäuden, Dämmen und Gebäudefassaden.

Ergänzend zur 3D-Bildansicht gibt es die exakte Überlagerung von 3D-GIS-Layern auf dem Stereomodell. Überlagerungsverfahren verwenden das Stereomodell, um die manuelle Zusammenstellung von Land-Layern und anderen Vektordaten mit photogrammetrischer Genauigkeit zu vereinfachen. Traditionell wurde ein Großteil der Karten mit exakten Land-Layern mit einer manuellen 3D-Stereozusammenstellung erstellt und aktualisiert. Zuerst kamen opto-mechanische Stereoplotter zum Einsatz, in den 1990er Jahren dann analytische Stereoplotter. Heute werden komplett digitale 3D-Implementierungen verwendet.

Seit es neuerdings Multispektralbilddaten in hoher Auflösung gibt und digitale Höhenmodelle (DEMs) sowie eine GPS-Vermessungssteuerung verfügbar sind, werden Land-Layer mit einer orthorektifizierten Bildbasis erstellt und aktualisiert. Mit Verfahren zur Fernerkundung und Bildbearbeitung können Features mit photogrammetrischer Genauigkeit automatisch identifiziert und klassifiziert werden. Der Vorteil der manuellen Stereozusammenstellung beruht jedoch auf der Zuverlässigkeit der Kombination aus der Sehfähigkeit und den kognitiven Fähigkeiten des Menschen beim Identifizieren und Sammeln von Features, die mit der Sicht und Verarbeitung des Computers nicht möglich ist. Beispiele: Sammlung von erhöhten Bodenpunkten durch das Blätterdach von Bäumen; Zusammenstellung von Gebäuden, Straßen und anderen Boden-Features, die durch die Vegetation verdeckt sind; Sammlung wichtiger Bruchkanten; Identifizierung von Features basierend auf physischen 3D-Attributen und Hinweisen.

Vorteile der Stereokartenerstellung in ArcGIS Pro

Die herkömmliche Wissenschaft und Kunst der Stereokartenerstellung sind ausgereift und wohlbekannt. Die exaktesten und detailliertesten Land-Layer, z. B. Infrastruktur für Gebäude, Verkehr, Versorgung und Kommunikation sowie Topografie wurden mit Verfahren der Stereozusammenstellung erstellt. Zusätzlich zur Fähigkeit, 3D-Features in einem vertrauten Workflow für die Luftbildmessung zu sammeln, bieten sich die folgenden wichtigen Vorteile durch die Verfügbarkeit dieser Fähigkeit in ArcGIS Pro:

• Ein integrierter Stereo-Workflow, ohne dass ein separates Luftbildmessungspaket und eine Datenkonvertierung erforderlich ist.
• Unterstützt mehrere Datenquellen, z. B. Luftbilder, Satellitenbilder und Drohnenbilder.
• Erweitertes Datenmodell, um die Bildsammlung und die Stereomodelle zu verwalten.
• Automatische Erkennung des besten Stereomodells und Flexibilität beim Filtern der Stereomodelle basierend auf einem Interessenbereich.
• Unterstützt sowohl die Stereoanzeige mit Shutter-Brillen als auch mit Anaglyphenbrillen.
• Die asynchrone Verarbeitung ermöglicht die parallele Ausführung mehrerer Prozesse während der Zusammenstellung der 3D-Feature-Daten.
• Schnelle Stereoanzeige, über GPU beschleunigt.
• Erweiterte Bearbeitungsfunktionen, einschließlich Feature-Vorlagen, Einstellungen, gleichzeitige Bearbeitung durch mehrere Benutzer, Versionierung und anderes.
• Sammelt Stereo-Features direkt in der GIS-Datenbank. Gleichzeitig werden Topologie- und Datenstrukturen gepflegt.
• Nahtlos integriertes Rendering für 2D-Stereopaare und 3D-Features; unterstützt Renderingvarianzen für Features und Symbole.
• Modus mit festem Cursor und bedarfsgesteuerte, der Oberfläche folgende Funktionen vereinfachen die Stereonavigation und Feature-Sammlung.
• Synchronisierung mit Karten und Szenen sorgt für unmittelbares Feedback bei der Bearbeitung.
• Die gesammelten Daten können sofort in der Szenenansicht genutzt werden.

Die Stereokartenerstellung in ArcGIS Pro bedeutet, dass alle Daten auf der ArcGIS Plattform sowohl in Ihren 3D-Kartenerstellungsprojekten erkennbar als auch sofort nutzbar sind. Stereo-Feature-Daten können zur Visualisierung in 3D-Szenen einfließen und auch wieder zur Bearbeitung zurück in die Stereo-Ansicht übertragen werden. Diese Daten stehen außerdem sofort für die GIS-Modellierung zur Verfügung und können in Unterstützungsszenarien für zeitkritische Entscheidungen hilfreich sein.

Benutzerfreundlichkeit der Stereokartenerstellung

In ArcGIS Pro umfasst die Stereokartenerstellung eine Stereokartenansicht, mit der Stereobildpaare von Satelliten- und Luftbildsensorplattformen angezeigt und bearbeitet werden können. Die Stereoanzeige unterstützt multispektrale, dreibändige und panchromatische Bilddaten, eine direkte Verstärkung der Bilddaten, das Überlagern von 3D-GIS-Daten und Stereobilddaten, das Vergrößern und freie Bewegen sowie weitere Anpassungen.

Die Stereoanzeige wird durch die Verwendung entweder von Anaglyphenbrillen in Rot/Cyan oder durch aktive Shutter-Brillen vereinfacht. Im Anaglyphen-Modus verwendet die Stereokarte das linke Bild und das rechte Bild im Stereomodell, um die Stereoanzeige darzustellen. Dabei dienen ein Band vom linken Bild für den roten Kanal und zwei Bänder vom rechten Bild für den cyanfarbenen Kanal.

Stereokartenansicht im Anaglyphen-Modus Stereobildpaar mit freundlicher Genehmigung von Vexcel.

Im Modus für Shutter-Brillen werden die Stereobilder abwechselnd mit hoher Frequenz und synchron mit der aktiven Shutter-Brille angezeigt. Mit der Shutter-Brille wird nur das linke Bild des Stereopaares durch die linke Shutter-Linse und das rechte Bild durch die rechte Linse durchgelassen. Das Prinzip ist ähnlich wie bei der Anaglyphenbrille, aber die Anaglyphenbrille lässt jeweils nur ein Band durch die Linse. Die Anforderungen für die Shutter-Brille und andere Hardware werden im Abschnitt Setups für aktives stereoskopisches Anzeigegerät beschrieben.

Bei der stereoskopischen Visualisierung von digitalen Luftbilddaten, gescannten Luftbilddaten und Drohnenbilddaten wird jeder Bereich des Stereopaars ausgeblendet, der keine Stereoüberlappung aufweist. Dies verbessert die stereoskopische Anzeige, da der Fokus auf den überlappenden Bereich des betrachteten Stereopaars gehalten wird.

Der photogrammetrisch genaue 3D-Zeiger misst und erfasst Boden-Features direkt in Feature-Classes.

Die Registerkarte Stereokarte enthält Werkzeuge zum Einrichten, Verstärken und Verwalten von Stereomodellen sowie zum Überlagern von Vektor-GIS-Daten mit Stereobilddaten. Außerdem befinden sich dort Werkzeuge für die Messung der Boden-Features und ein Bereich Stereomodellauswahl. Die Standardwerkzeuge zur Feature-Bearbeitung können für eine vertraute Erfahrung bei der Zusammenstellung von 3D-Features zu Feature-Classes sorgen.

Wenn die Eingabebilder nicht angepasst wurden, können Werkzeuge für das Ortho-Mapping für die Anpassung und Triangulation verwendet werden. Außerdem kann das angepasste Mosaik-Dataset, das die Stereomodelle enthält, als Eingabe verwendet werden.

Die Stereokartenerstellung unterstützt auch einzelne Stereobildpaare, z. B. die Bildpaare, die Sie von Anbietern von Satellitendaten kaufen.

Integrierte Stereozusammenstellung

Stereokartenerstellung ist Bestandteil der Image Analyst-Erweiterung. Da das Werkzeug in ArcGIS Pro integriert ist, profitiert es wie folgt von der ArcGIS Pro-Architektur und den etablierten ArcGIS-Funktionen:

• Angepasste Stereopaare werden in epipolarer Ausrichtung in die Stereokartenanzeige geladen, um sie richtig anzuzeigen und die Feature-Zusammenstellung ordnungsgemäß durchzuführen.
• Verstärken Sie jedes Bildes, das ein Stereopaar umfasst.
• Wählen oder definieren Sie Ihren bevorzugten Cursor und sein Verhalten.
• Verwenden Sie den dynamischen Zoom, oder geben Sie einen bestimmten Kartenmaßstab an.
• Wählen Sie im Bereich Stereomodellauswahl Stereomodelle durch intelligentes Filtern aus, beispielsweise nach Feature-Class, interaktivem Polygon, Kartenausdehnung oder Attribut.
• Mit der ArcGIS Pro-Bearbeitungsoberfläche und den Workflow-Prozessen können Sie effizient Karten-Features, Symbolisierung, Attribute und Digitalisierungseigenschaften definieren und bearbeiten.
• Mit vordefinierten Feature-Tabellen stellen Sie konsistente Features für das gesamte Projekt sicher.

Nutzen Sie auch die folgenden Erstellungs- und Bearbeitungswerkzeuge, Operatoren und Funktionen:

• Entwerfen oder verwenden Sie vorhandene Feature-Vorlagen.
• Definieren Sie Ihre Voreinstellungen und Einstellungen.
• Definieren Sie Feld, Subtypes und Domänen für die Arbeit mit Ihren Datenmodellen.
• Definieren Sie Datenbeziehungen, beispielsweise räumliche Verbindungen, Beziehungen und weitere Standardbeziehungen.
• Verwalten Sie die Versionierung.