Introducción a la cartografía estéreo

Disponible con licencia de Image Analyst.

ArcGIS Pro ofrece la posibilidad de recopilar datos de entidades tridimensionales (3D) en un sistema de visualización y cartografía estéreo. Así, usted puede visualizar visualmente las imágenes y recopilar con precisión las entidades de interés.

La estereoscopía es la ciencia de utilizar imágenes superpuestas adquiridas desde distintas ubicaciones para producir un modelo 3D que emula la visión binocular. Esta técnica se desarrolló en el siglo XIX y se profundizó en su desarrollo durante la 1.ª y la 2.ª Guerras Mundiales para identificar y medir con precisión la topografía y las entidades del terreno visibles en las fotografías aéreas. Las aplicaciones principales de las técnicas estéreo fotogramétricas son la identificación, medición y digitalización manual de entidades 3D a partir de imágenes superiores verticales, por ejemplo:

• Edificios, infraestructuras, rodales forestales y otras entidades del terreno
• Topografía, pendientes, formas de suelo, contornos de elevación y líneas de corte debidas a discontinuidades topográficas abruptas

También se utilizan técnicas de fotogrametría estéreo a corta distancia, en las cuales los ángulos de observación del sensor son horizontales u oblicuos para recopilar información precisa y detallada, principalmente para fines relacionados con la ingeniería, por ejemplo, cartografiar la infraestructura de puentes, edificios, embalses y fachadas de edificios.

Como complemento de la vista de imagen 3D se utiliza una superposición precisa de capas SIG 3D en el modelo estéreo, lo cual se conoce como superimposición. Las técnicas de superimposición utilizan el modelo estéreo para facilitar la recopilación manual de capas base del terreno y otros datos vectoriales con precisión fotogramétrica. Tradicionalmente, la inmensa mayoría de los mapas de entidades del terreno de alta precisión se han creado y actualizado mediante la recopilación manual estéreo 3D, primero con estereograficadores óptico-mecánicos, con estereograficadores analíticos en la década de 1990 y, en la actualidad, con implementaciones 3D totalmente digitales.

Recientemente, con la llegada de las imágenes multiespectrales de alta resolución y la disponibilidad de modelos digitales de elevación (DEM, por sus siglas en inglés) y el control de levantamientos topográficos GPS, las capas base del terreno se crean y actualizan mediante una base de imágenes ortorrectificadas. Las técnicas de teledetección y procesamiento de imágenes permiten identificar y clasificar automáticamente las entidades con una precisión fotogramétrica. Sin embargo, la ventaja de la recopilación estéreo manual es que se basa en la combinación de la visión y la capacidad cognitiva humanas para identificar y recopilar entidades inidentificables para la visión y el procesamiento computerizados. Ejemplos de ello son la recopilación de puntos de elevación del terreno a través de la cobertura forestal; la recopilación de edificios, carreteras y otras entidades del terreno cubiertas por la vegetación; la recopilación de líneas de corte importantes; y la identificación de entidades a partir de atributos 3D físicos y pistas.

Ventajas de la cartografía estéreo en ArcGIS Pro

La ciencia y el arte tradicionales de la cartografía estéreo están maduras y se conocen bien. Las capas base de terreno más precisas y detalladas, por ejemplo, las de edificios, transporte, servicios públicos e infraestructura de comunicaciones, así como las de topografía, se han creado mediante técnicas de recopilación estéreo. Además de la posibilidad de recopilar entidades 3D en un flujo de trabajo fotogramétrico conocido, a continuación enumeramos algunas ventajas importantes derivadas de disponer de esta capacidad en ArcGIS Pro:

• Un flujo de trabajo estéreo integrado, sin necesidad de un paquete fotogramétrico separado ni conversión de datos.
• Admite varias fuentes de datos, por ejemplo, imágenes aéreas, de satélite y de drones.
• Modelo de datos avanzado para administrar la recopilación de imágenes y los modelos estéreo.
• Detección automática del mejor modelo estéreo y flexibilidad para filtrar los modelos estéreo basándose en un área de interés.
• Admite la visualización estéreo tanto con gafas de obturador como con anaglifo.
• El procesamiento asíncrono permite ejecutar varios procesos en paralelo mientras se recopilan los datos de entidades 3D.
• Rápida visualización estéreo, acelerada mediante GPU.
• Capacidades de edición avanzadas, con plantillas de entidades, ajustes, edición multiusuario concurrente, versionado y más.
• Recopila las entidades estéreo directamente a su base de datos de SIG, mientras mantiene la topología y las estructuras de datos.
• Renderizado totalmente integrado de pares estéreo 2D y entidades 3D; admite variedades de renderizado de las entidades y los símbolos.
• Modo de cursor fijo y a demanda con capacidades de seguimiento de superficie que facilitan la navegación estéreo y la recopilación de entidades.
• Sincronización con mapas y escenas para proporcionar una retroalimentación inmediata de la edición.
• Los datos recopilados son útiles inmediatamente en la vista de escena.

La cartografía estéreo en ArcGIS Pro supone que todos los datos de la plataforma ArcGIS se pueden descubrir y aprovechar inmediatamente en sus proyectos de cartografía 3D. Los datos de entidades estéreo pueden fluir hacia escenas 3D para la visualización, además de reintegrarse en la vista estéreo para su edición. Estos datos están disponibles inmediatamente para el modelado SIG y son utilizables en escenarios de apoyo de decisión de tiempo crítico.

Experiencia de usuario de la cartografía estéreo

En ArcGIS Pro, la cartografía estéreo incluye un visor de mapas estéreo que muestra y manipula pares de imágenes estéreo provenientes de plataformas de sensor de satélite y aéreas. La visualización estéreo admite imágenes multiespectrales, tribanda y pancromáticas; mejora directa de las imágenes; superimposición de datos SIG 3D sobre las imágenes estéreo; zoom y roaming; además de otros ajustes.

La visualización estéreo se facilita mediante el uso de gafas de anaglifo rojo/cian o gafas con obturador activo. En el modo de anaglifo, el mapa estéreo utiliza la imagen izquierda y la imagen derecha del modelo estéreo para establecer la visualización estéreo, donde una banda de la imagen izquierda corresponde al canal rojo y dos bandas de imagen derecha corresponden al canal cian.

Vista de mapa estéreo en modo de anaglifo. Par de imágenes estéreo cortesía de Vexcel.

En el modo de gafas de obturador, las imágenes estéreo se muestran de forma alternada con la alta frecuencia en sincronía con las gafas de obturador activo. Las gafas de obturador solo permiten que la imagen izquierda del par estéreo pase a través de la lente de obturador izquierda y la imagen derecha pase solo por la lente derecha. El principio es similar al de las gafas de anaglifo, pero estas solo permiten el paso de una banda por cada lente. Para ver gafas de obturador y otros requisitos de hardware, consulte las configuraciones kit de visualización estereoscópica activa.

Al realizar la visualización estereoscópica sobre imágenes aéreas digitales, aéreas escaneadas o tomadas por drones, cualquier parte del par estéreo que no tenga una superposición estéreo se enmascarará. Con ello se mejora la experiencia de visualización estereoscópica manteniendo el foco en la región de superposición del par estéreo que se está visualizando.

El puntero 3D con precisión fotogramétrica mide y recopila las entidades del terreno directamente a las clases de entidades.

La pestaña Mapa estéreo contiene herramientas para configurar, mejorar y administrar modelos estéreo y para superimponer datos SIG vectoriales a las imágenes estéreo; herramientas de medición de entidades del terreno; y un panel Selector de modelo estéreo. Pueden usarse las herramientas estándar de edición de entidades para disfrutar de la experiencia acostumbrada a la hora de recopilar entidades 3D para las clases de entidades.

Si las imágenes de entrada no se han ajustado, se pueden usar las herramientas de representación cartográfica de ortofotos para su ajuste y triangulación, usando como entrada el dataset de mosaico ajustado que contiene los modelos estéreo.

La cartografía estéreo también admite pares de imágenes estéreo individuales, por ejemplo, pares de imágenes adquiridos de proveedores de datos de satélite.

Recopilación estéreo integrada

La cartografía estéreo está incluida en la extensión Image Analyst. Puesto que está integrada en ArcGIS Pro, aprovecha la arquitectura de ArcGIS Pro y las sólidas capacidades de ArcGIS, por ejemplo en estos aspectos:

• Los pares estéreo ajustados se cargan en la visualización de mapa estéreo con una orientación epipolar para una correcta visualización y recopilación de entidades.
• Mejorar cada imagen perteneciente un par estéreo.
• Seleccionar o definir su cursor preferido y su comportamiento.
• Usar el zoom dinámico o especificar una escala de mapa concreta.
• Seleccionar modelos estéreo en el panel Selector de modelo estéreo mediante filtrado inteligente, por ejemplo, por clase de entidad, polígono interactivo, extensión de mapa o atributo.
• Usar la interfaz de edición y los procesos de flujo de trabajo de ArcGIS Pro para definir y editar eficientemente entidades de mapa, simbología, atributos y propiedades de digitalización.
• Usar tablas de entidades predefinidas para garantizar la coherencia de las entidades en todo su proyecto.

Aprovechar las siguientes herramientas de creación y edición de entidades, operadores y capacidades:

• Diseñar o usar plantillas de entidades existentes.
• Definir sus preferencias y ajustes.
• Definir campos, subtipos y dominios para trabajar con sus modelos de datos.
• Definir relaciones de datos, por ejemplo, uniones espaciales, relaciones y otras relaciones estándar.
• Administrar el versionado.