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 стереокартографирования 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 стереоданные берутся для визуализации в 3D-сцены 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.

Вид стереокарты в анаглифическом отображени Стереопара изображений, предоставленных Vexcel.

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.