大規模なプロジェクトでは、スケーラビリティが最も重視されます。テレイン データセットは、まさにこのために設計されています。テレイン データセットは、数億、さらには数十億ものポイントを伴うプロジェクトに対応することができます。テレイン ツールを使用すると、LIDAR など、通常はデータベースに問題をもたらす大量のポイントを使用できるようになります。スケーラビリティは、主にテレイン ピラミッドとマルチポイント シェープ タイプの 2 つの方法によって実現されます。
テレイン ピラミッドは、パフォーマンスを向上させるために使用されます。縮尺に応じたデータの削減を可能にすることで、パフォーマンスを改善します。ピラミッドは、近似精度のサーフェスを構築するために必要なデータのみを参照します。小規模なアプリケーションでは、データを間引きしたサブセットがあれば十分なので、リアルタイムのサーフェスの構築、表示、および解析がより高速になります。元のデータが移動したり平均化されることはありません。計測値の正確な位置情報が維持されます。テレイン データセットの構築には、Z 許容値およびウィンドウ サイズという 2 つのタイプのピラミッドを使用することができます。
Z 許容値ピラミッド タイプを使用すると、ポイントを間引くために使用される Z 許容値に基づくフィルターのアプリケーションにより、ピラミッドが構築されます。重要でないポイントを削除して、最高解像度データを基準とした、高さ方向の精度の近似値内にある派生サーフェスを生成します。
ウィンドウ サイズ ピラミッド タイプでは、ウィンドウ サイズ フィルターを指定することでピラミッド化が行われます。データを等面積 (ウィンドウ) に分割し、各エリアから 1 つか 2 つのポイントのみを代表ポイントとして選択することにより、各ピラミッド レベルのポイントを間引きします。水平サンプル密度を制御する際には主として、高地ポイント、低地ポイント、または平均標高ポイントに対して制御可能なバイアスが使用されます。
さらに、ラインとポリゴンの適用をピラミッド レベルに基づいて制御します。たとえば、ブレークラインの適用を解像度が最も高い 1 つか 2 つのピラミッド レベルに制限することができます。調査対象地域の境界や湖の汀線など、すべての縮尺で表現しなければならないフィーチャもありますが、同じ詳細レベルで表す必要はありません。ジェネラライズされた表現は、粗い縮尺 (小縮尺) では使用できますが、完全な詳細表現は、大縮尺でのみ適用されます。
各ピラミッド レベルには、垂直方向の許容値またはウィンドウ サイズと、縮尺の閾値が関連付けられています。これは、テレイン データセットをマップ上に表示する際に、各レベルに関連付けられた縮尺範囲を制御するために使用されます。ピラミッド レベルの数、それらの許容値、閾値はすべて、ユーザーが定義することができます。
テレイン ピラミッドは累積されます。ピラミッド内のレベルごとに、必要なすべての計測値が個別に含まれているわけではありません。このため、低解像度のピラミッドから高解像度のピラミッドに向かって、低解像度の計測値に高解像度の計測値を足していく必要があります。フル解像度は、実際には低解像度の計測値をすべて合計したものに情報をいくつか追加したものです。これにより、テレイン使用時のパフォーマンスが向上し、格納領域のオーバーヘッドが低下します。
テレイン ピラミッドは、[テレインの作成 (Create Terrain)] ジオプロセシング ツールを使用して定義されます。テレイン データセットを作成する方法の詳細については、「ArcGIS Pro でのテレイン データセットの作成」をご参照ください。
Z 許容値ピラミッド タイプ
Z 許容値ピラミッド タイプは、フル解像度データを基準に、各ピラミッド レベルの垂直方向の精度を制御します。ピラミッド レベルの垂直方向の精度は、フル解像度ソース データの精度に常に比例します。たとえば、ソース データの既知の垂直方向の精度が 0.5 フィートで、最初のピラミッドの z 許容値が 1 フィートの場合、最初のピラミッドの絶対精度は 1.5 フィートです。
必要なピラミッド レベルの数と、それぞれの Z 許容値を決定する必要があります。これらの決定に影響をおよぼす主な要因には、使用するテレイン データセットの縮尺範囲、z 範囲、およびテレイン内の高さの変動があります。ピラミッド レベルを定義するために使用できる方法の 1 つは、コンター マップ モデルに従うことです。
Z 許容値ピラミッド レベルの定義
コンター マップ モデルを使用してピラミッド レベルを定義するには、次の手順を実行します。
- テレインからコンター マップを構築するために使用する標準的なマップ縮尺セットについて検討します。
- 最大縮尺から最小縮尺までを設定します。各縮尺に適したコンター間隔を指定します。テレイン データセット ピラミッドにこれらの設定を適用します。
- 各マップ縮尺のピラミッド レベルを定義し、各レベルの縮尺閾値を対応するマップ縮尺に設定します。z 許容値は、その縮尺で使用するコンター間隔の半分に設定してください。
次のピラミッド定義では、1:5,000 よりも大きな表示縮尺にはフル解像度データが使用されます。1:5,000 ～ 1:12,000 の表示縮尺には、0.5 単位の z 許容値に基づくピラミッド レベルが使用され、1:12,000 ～ 1:24,000 では 1.0 単位の z 許容値レベル、1:24,000 ～ 1:100,000 では 2.5 単位の z 許容値レベル、1:100,000 よりも小さな縮尺では 5.0 単位の z 許容値レベルが使用されます。
コンター マップ シリーズ: Z 許容値ピラミッド レベルの基にする例
| マップ縮尺 | コンター間隔 (メートル) |
|---|---|
1:5,000 | 1 |
1:12,000 | 2 |
1:24,000 | 5 |
1:100,000 | 10 |
テレイン データセットの縮尺閾値レベルおよび対応するテレイン データセットの Z 許容値ピラミッド レベル
| 縮尺の閾値 | Z 許容値 (メートル) |
|---|---|
5,000 | 0.5 |
12,000 | 1 |
24,000 | 2.5 |
100,000 | 5 |
ウィンドウ サイズ ピラミッド タイプ
ピラミッド レベル解像度は、ウィンドウ サイズによって定義されます。ウィンドウ サイズ ピラミッド タイプは、データを等面積 (ウィンドウ) に分割し、各エリアから 1 つか 2 つのポイントのみを見本として選択することにより、各ピラミッド レベルのポイントを間引きします。
各ウィンドウのポイント選択は、次のいずれかの基準に基づきます。
- 最小 Z 値を持つポイント
- 最大 Z 値を持つポイント
- 最小 Z 値と最大 Z 値の両方を取得する 2 つのポイント
- 平均 Z 値に最も近いポイント
ピラミッド レベル解像度は、ウィンドウ サイズによって定義されます。これは、細分を定義する各正方形エリアの辺の長さです。より解像度の低いピラミッド レベルは、大きなウィンドウ サイズで定義されます。大きなウィンドウ サイズでは、ポイントを選択するエリアが相対的に少なくなります。各エリアに対して 1 つか 2 つのポイントのみ選択するため、間引きと一般化が多くなります。より解像度の高いピラミッド レベルは、より小さなウィンドウ サイズを使用して定義されます。ウィンドウが小さいほどエリアが多くなるため、ポイントが増え、間引きが減り、詳細情報が増えます。
Z 許容値ベースのピラミッドと同様に、ウィンドウ サイズ ピラミッドは累積的です。ピラミッド レベルに使用されるポイントは、より低いレベルで選択されたすべてのポイントと、そのレベルに固有の追加セットの合計です。累積ピラミッドは、各ピラミッド レベルでそれぞれのデータの完全コピーを必要としないため、格納効率が高くなります。
ポイント選択方法の推奨
最高の解像度のピラミッド レベルでは、平均ポイント間隔以上のウィンドウ サイズを使用する必要があります。平均よりも近いポイントが多く存在することがわかっている場合、Z 平均は一部のポイントを効果的に間引きできるため、この値が使用に適しています。それ以外の場合は、平均ポイント間隔の 2 倍の値を使用します。
最小 Z 値/最大 Z 値によるポイント選択方法を使用している場合は例外です。この場合は、平均間隔の 4 倍を使用する必要があります。解像度が最も低いピラミッド レベルでは、ウィンドウ サイズはテレインの X または Y 範囲に基づいています。1/500 ～ 1/1000 の間では、X 範囲と Y 範囲のうち大きな方が妥当です。最も効率的なピラミッドは、次々に 2 が累乗されるウィンドウ サイズで作成されます。まず、最小ウィンドウ サイズを決定し、そこから先に進みます。
選択基準を使用して、さまざまなピラミッド レベルの対応するエリアの見本として選択されるポイントが決定されます。各基準は、特定のタイプのデータまたはアプリケーションに役立つバイアスを提供します。バイアスがフル解像度ピラミッド レベルを分類したり、フル解像度ピラミッド レベルに影響を与えたりすることはありません。
| 方法 | 目的 | 推奨されるアプリケーション |
|---|---|---|
最小 Z 値 | 低地、河川、渓谷に対するバイアス |
|
最大 Z 値 | 高地、尾根、丘陵に対するバイアス |
|
最小 Z 値/最大 Z 値 | 極値をキャプチャします。他のオプションほど多く間引きしません。 |
|
平均 Z 値 | 極値を回避します。 |
|
追加間引き
ウィンドウ サイズ ピラミッドを使用している場合は、追加間引きを組み込むオプションがあります。追加間引きによって、ピラミッド レベルのポイント数を、ウィンドウ フィルターで実現される間引きよりも削減することができます。この動作は、各ウィンドウのデータを調べることで、最も解像度の低いピラミッド レベル ウィンドウ サイズから開始します。ウィンドウ内のポイントの Z 値の範囲がユーザー定義の閾値内の場合は、エリアが平坦であると見なされます。ウィンドウ サイズ処理で通常行われるようにエリアに対して 1 つまたは 2 つのポイントが選択されますが、残りのすべてのポイントは、残りのレベルで再びフィルター処理されるのではなく、フル解像度のピラミッド レベルに割り当てられます。エリアは平坦であるため、より小さなウィンドウ サイズで追加ポイントを選択する必要はありません。
追加間引き処理の推奨事項
追加間引きが有効になっている場合は、平坦なエリアで使用されるポイント数が削減されます。エリア内のポイントの高さがユーザー指定の追加間引きの閾値内にある場合は、エリアが平坦であると見なされます。その効果は、ピラミッド レベルの解像度が高いほど明白になります。より小さなエリアは、より大きなエリアよりも平坦である可能性が高いためです。
追加間引きの閾値は、ノイズ層を解決するためにデータの高さ方向の精度以上に設定する必要があります。大きな値を指定するほどより多くのポイントが間引きされ、パフォーマンスがある程度向上しますが、サーフェス フィーチャを解決または区別する能力は低下します。
- 間引き量 (少) — 線形の途切れ (たとえば、建物の側面や森林の境界) を保持するのに最適です。地面ポイントと地面以外のポイントの両方を含む LIDAR にお勧めします。[間引き量 (少)]では、間引きされるポイントは最も少なくなります。
- 間引き量 (中) — パフォーマンスと精度のバランスをとります。[間引き量 (少)] ほど詳細は保持されませんが、全体的に多くのポイントを除外しつつ、できるだけ近い結果を生成します。[間引き量 (中)] は、あらゆるタイプのデータに適した細線化メソッドです。
- 間引き量 (多) — 最も多くのポイントを削除しますが、鮮明に描写されたフィーチャが保持される可能性は低くなります。傾斜がなだらかに変化する傾向のあるサーフェスに、使用を限定する必要があります。たとえば、[間引き量 (多)] は、地表 LIDAR や水深測量に効果的です。
ウィンドウ サイズ ピラミッド レベルの作成例
ピラミッド レベルは次の情報に基づいています。
- ポイント データの平均ポイント間隔は 1 メートルです。
- ポイント間隔に大きな差異はないため、ほとんどのポイントは約 1 メートル離れています。
- データ範囲は東西に 20km、南北に 10km です。
- ウィンドウ サイズを 2 (メートル) から始めて、2 の累乗 (2、4、8、16、32) ずつ増やします。20 キロメートルの 1/500 と 1/1000 の範囲内になるため、32 で停止します。
- 各ウィンドウ サイズに、直前の縮尺閾値サイズより 2 倍大きい縮尺閾値を使用します。最終的には、次に示すようなピラミッド定義が生成されます。
1 メートルのポイント間隔データのピラミッド定義のサンプル
| ウィンドウ サイズ | サイズ変更 |
|---|---|
2 | 3,000 |
4 | 6,000 |
8 | 12,000 |
16 | 24,000 |
32 | 48,000 |