Empezar a trabajar con datos LIDAR
En este tutorial, extraerá información de los datos LIDAR. LIDAR (light detection and ranging) es una técnica de teledetección que utiliza la luz láser para obtener una muestra densa de la superficie de la tierra, produciendo mediciones precisas de los puntos x, y y z. Un conjunto de esos puntos se denomina nube de puntos. Los pulsos láser emitidos desde un sistema LIDAR se reflejan desde objetos en la superficie del suelo y por encima de ella: vegetación, edificios, puentes, etc. Un pulso láser emitido puede reflejarse una sola vez (retorno único), cuando choca contra una superficie sólida, como el tejado de un edificio o el suelo. También puede reflejarse varias veces (retornos múltiples), ya que encuentra múltiples superficies de reflexión mientras viaja hacia el suelo. Por ejemplo, en el caso de un árbol, el pulso puede reflejarse en varias hojas y pequeñas ramas a distintas alturas y, finalmente, en el suelo. Todos estos retornos se representan como puntos en la nube de puntos, lo que proporciona una información enriquecida y detallada sobre el paisaje. Para obtener más información sobre LIDAR, consulte ¿Qué son los datos LIDAR?
Para extraer formas de edificios 3D a partir de datos LIDAR, primero clasificará la nube de puntos e identificará los puntos de nubes que representan el suelo y los edificios del área de interés. A continuación, usará los puntos clasificados como suelo para generar un DEM, que representa la elevación de la superficie del suelo como un ráster continuo. A continuación, utilizará los puntos clasificados como edificios para extraer las huellas de edificios 2D. Por último, unirá estos elementos para generar entidades de edificios 3D.
Nota:
Este tutorial se centra en enseñar conceptos relacionados con LIDAR: qué datos LIDAR son, cómo crear un dataset LAS, cómo clasificar una nube de puntos, cómo derivar un modelo digital de elevación (DEM) de él y cómo extraer huellas de edificios 2D y edificios multiparche 3D.
Sin embargo, para ciudades y otras agencias cuyo objetivo es generar mapas base 3D a escala, Esri ofrece la solución 3D Buildings. Esta solución proporciona una serie de flujos de trabajo que simplifican la creación y el mantenimiento de una capa de edificios 3D. Su uso se muestra en el laboratorio de ArcGIS Trabajar con ArcGIS Solutions en edificios 3D.
Descargar y abrir el proyecto
Primero, descargará el proyecto que contiene todos los datos necesarios para el tutorial y lo abrirá en ArcGIS Pro.
- Descargue el archivo Building_Extraction.zip.
El archivo .zip se descarga en su equipo.
- Busque el archivo Building_Extraction.zip descargado en su equipo.
Nota:
Dependiendo de su navegador web, puede que se le pida que elija la ubicación de archivo antes de iniciar la descarga. La mayoría de los navegadores descargan los archivos de manera predeterminada en la carpeta Descargas del equipo.
- Haga clic con el botón derecho en el archivo Building_Extraction.zip y extráigalo en una ubicación que pueda encontrar fácilmente, como su carpeta Documentos.
A continuación, abrirá el proyecto en ArcGIS Pro.
- Inicie ArcGIS Pro. Si se le solicita, proporcione las credenciales de su cuenta de ArcGIS.
Nota:
Si no tiene acceso a ArcGIS Pro o una cuenta de organización de ArcGIS, consulte las opciones de acceso a software.
- En ArcGIS Pro, haga clic en Abrir otro proyecto.
- En la ventana Abrir proyecto, vaya a la carpeta Building_Extraction que ha descargado. Haga clic en Building_Extraction.aprx para seleccionarlo y haga clic en Aceptar.
Se abrirá el proyecto.
El proyecto contiene una escena local habilitada para 3D centrada en el vecindario de Tuborg Havn en Copenhague (Dinamarca). Este es un vecindario de uso mixto renovado, ubicado en el antiguo emplazamiento industrial de las fábricas de cerveza Tuborg. La escena incluye Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif, una fotografía aérea del área, que utilizará como referencia durante el tutorial.
Nota:
La imagen Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif y todos los datos utilizados en este tutorial proceden del sitio web del Gobierno danés Styrelsen for Dataforsyning og Effektivisering.
En ArcGIS Pro, las escenas locales son útiles para visualizar datasets 3D que tienen una extensión espacial limitada, como una ciudad o, en el caso de este tutorial, un vecindario de una ciudad. Los datos mostrados en una escena local deben usar un sistema de coordenadas proyectadas. Más información sobre las escenas locales y sus diferencias con las escenas globales en la página de documentación de Escenas.
- Haga zoom con la rueda del ratón y arrastre el mapa para realizar un desplazamiento panorámico. Observe el vecindario de Tuborg Havn.
El vecindario incluye varios edificios modernos, un puerto deportivo con barcos, edificios más pequeños en los extremos occidental y septentrional y un área aún en desarrollo al sureste.
Nota:
Esta extensión se limita a garantizar que pueda avanzar rápidamente por el tutorial. En un entorno de producción, puede procesar un vecindario más grande o incluso una ciudad completa.
A continuación, preparará y mostrará los datos LIDAR.
Crear un dataset LAS
Los datos de nube de puntos LIDAR se almacenan a menudo en el formato de archivo LAS. En este tutorial, el área de Tuborg Havn abarca dos archivos LAS. Las recopilará en un único dataset LAS.
Nota:
Es habitual utilizar varios archivos LAS para cubrir el área de interés al completo. Un dataset LAS puede contener tantos archivos LAS como sea necesario para su área de estudio.
Primero, localizará los dos archivos de nube de puntos LAS.
- En la cinta de la parte superior de la ventana, haga clic en la pestaña Vista. En el grupo Ventanas, haga clic en panel Catálogo.
Aparece el panel Catálogo.
- En el panel Catálogo, expanda Carpetas, Building_Extraction, Tuborg_Havn_data y LAS_data.
PUNKTSKY_1km_6181_724.las y PUNKTSKY_1km_6181_725.las son los dos archivos LAS que abarcan el vecindario de Tuborg Havn.
Nota:
Los dos archivos LAS provienen de un proyecto administrado por el gobierno de Dinamarca que produjo una cobertura LIDAR para todo el país.
A continuación, creará un dataset LAS.
- Haga clic con el botón derecho en la carpeta LAS_data, seleccione Nuevo y elija Dataset LAS.
Se agrega un nuevo dataset LAS a la carpeta LAS_Data del panel Catálogo. El nombre del dataset se puede editar.
- Escriba Tuborg_Havn y pulse Intro.
La extensión se agrega automáticamente y el nombre Tuborg_Havn.lasd aparece en la lista.
Tuborg_Havn.lasd es un dataset LAS, pero por ahora está vacío. A continuación, lo rellenará.
- Haga clic con el botón derecho en Tuborg_Havn.lasd y elija Propiedades.
- En la ventana Propiedades de dataset LAS, haga clic en la pestaña Archivos LAS.
- En Archivos, haga clic en Agregar archivos.
- En la ventana Abrir, vaya a la carpeta Tuborg_Havn_data y haga doble clic en la carpeta LAS_data para abrirla.
- Pulse la tecla Mayús y haga clic en PUNKTSKY_1km_6181_724.las y PUNKTSKY_1km_6181_725.las para seleccionar ambos archivos. Haga clic en Abrir.
Los dos archivos se agregan a la lista. Según los valores de Recuento de puntos, cada archivo LAS tiene entre 3 y 5 millones de puntos. Los valores de Espaciado de puntos muestran que hay aproximadamente 0,3 metros entre puntos.
- Haga clic en la pestaña General.
En esta pestaña se resume la información general del nuevo dataset LAS. Indica que hay dos archivos LAS, que contienen 8.127.305 de puntos LAS. Los valores de Extensión de los datos también se mencionan, así como las unidades horizontales (XY) y verticales (Z), que están en metros.
- Haga clic en la pestaña Estadísticas.
En esta pestaña, en Códigos de clasificación, hay una lista de códigos de clasificación asignada a los puntos LAS. Por ahora, ninguno de los puntos ha recibido una clasificación, de modo que el único código de clasificación que aparece es Sin asignar. Agregará nuevas clases como suelo, edificios y ruido durante toda este tutorial.
- Haga clic en la pestaña Sistema de coordenadas.
El sistema de coordenadas proyectadas es ETRS 1989 UTM zona 32N. Este es el sistema de coordenadas de los archivos LAS originales y se pasó al dataset Tuborg_Havn.lasd. Usará este sistema de coordenadas en todo el tutorial.
- Haga clic en Aceptar para cerrar la ventana Propiedades de dataset LAS.
Visualizar y explorar el dataset LAS
A continuación, agregará el dataset LAS a la escena y lo explorará. Por ahora no necesita la ortofotografía, así que la desactivará.
- En el panel Contenido, haga clic en la casilla de verificación Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif para desactivar la capa.
- En el panel Catálogo, haga clic con el botón derecho en el dataset Tuborg_Havn.lasd y elija Agregar al mapa actual.
El dataset Tuborg_Havn.lasd aparece en el mapa.
- En el panel Contenido, expanda la capa Tuborg_Havn.lasd.
En la leyenda, el dataset LAS se simboliza en función de la altura de los puntos. Los puntos más bajos aparecen en morado oscuro y el punto más alto es de color rojo intenso. Ahora explorará la nube de puntos en 3D.
- En la escena, encima de la rueda del Navegador, haga clic en Mostrar control total.
La rueda del Navegador se expande para incluir la funcionalidad de navegación 3D.
- Utilice la rueda central del Navegador para inclinar y rotar la escena.
Sugerencia:
También puede pulsar C mientras arrastra la escena para realizar un desplazamiento panorámico o pulsar V y arrastrar la escena para inclinarla.
- Acérquese hasta que pueda ver los puntos LAS individuales.
- Aléjese hasta que vea el dataset LAS representado como bastidores.
Los bastidores indican la extensión de los archivos y la altura máxima de los puntos que contienen.
- Continúe explorando el dataset de nube de puntos. Acérquese y aléjese, incline, rote y realice un desplazamiento panorámico, e intente reconocer edificios, árboles, suelo y otros elementos del paisaje.
- En la barra de herramientas de acceso rápido, haga clic en el botón Guardar para guardar el proyecto.
Sugerencia:
Si recibe una advertencia que le indica que el proyecto se creó con una versión anterior de ArcGIS Pro, haga clic en Sí para continuar.
También puede pulsar Ctrl+S para guardar el proyecto.
Ha creado un dataset LAS que contiene dos archivos LAS. También ha agregado el dataset al mapa y ha empezado a explorarlo. A continuación, clasificará el dataset LAS en varias clases, como suelo y edificios.
Clasificar el dataset LAS
Ahora clasificará el dataset LAS en varias clases, como suelo y edificios, utilizando herramientas que analizan la posición y las propiedades de los puntos de nube para determinar a qué clase pertenecen.
Nota:
Algunas nubes de puntos LAS vienen de su proveedor ya clasificadas. En tal caso, omita todos los pasos de clasificación de este flujo de trabajo.
Clasificar puntos de suelo LAS
Primero, cambiará la simbología para visualizar mejor las clases de puntos LAS.
- En el panel Contenido, asegúrese de que Tuborg_Havn.lasd está seleccionada. Haga clic con el botón derecho en Tuborg_Havn.lasd y elija Zoom a capa.
- En la cinta, en la pestaña Capa de dataset LAS, en el grupo Dibujo, haga clic en la flecha hacia abajo de Simbología y elija Clase.
La simbología muestra ahora la clasificación de cada punto. Dado que actualmente están todos sin asignar, están simbolizados en gris.
En el panel Contenido, aparece una lista de clases posibles, pero la mayoría de ellas no se están utilizando actualmente en el dataset LAS.
A continuación, clasificará los puntos de suelo.
Nota:
En algunos casos, los archivos LAS se superponen entre sí en algunas ubicaciones debido a las líneas de vuelo originales de la aeronave que creó los datos. Dado que los puntos duplicados pueden crear ruido, primero debe identificarlos usando la herramienta Clasificar superposición de LAS y, a continuación, desactívelos. Sin embargo, en los datos actuales, no hay superposición. No es necesario que ejecute esa herramienta.
- En la cinta, en la pestaña Vista, en el grupo Ventanas, haga clic en Geoprocesamiento.
Se abre el panel Geoprocesamiento. En primer lugar, usará la herramienta Clasificar el terreno LAS.
- En el panel Geoprocesamiento, escriba Clasificar el terreno LAS y haga clic en Clasificar el terreno LAS en la lista de resultados para abrirlo.
- En el panel de la herramienta Clasificar el terreno LAS, en Dataset LAS de entrada, elija Tuborg_Havn.lasd.
- Acepte los valores predeterminados de los otros parámetros y haga clic en Ejecutar.
Nota:
Para identificar todos los puntos de suelo de la nube de puntos LAS, la herramienta Clasificar el terreno LAS utiliza técnicas como buscar conjuntos de puntos que son sistemáticamente los más bajos en toda la escena.
Una vez completado el proceso, los puntos de suelo LAS aparecen en marrón en la escena.
- Acérquese y observe cómo aparecen los puntos de suelo LAS en las áreas del suelo y no aparecen en las ubicaciones de edificios, vegetación o barcos, que permanecen sin clasificar.
Algunos puntos ubicados en masas de agua se clasificaron como suelo. Sin embargo, en este flujo de trabajo no necesita distinguir el suelo sólido del agua, así que no importa.
- Aleje de nuevo para ver toda la nube de puntos LAS.
Nota:
Al clasificar los puntos LAS, se modifica el conjunto de datos LAS original. Si ha cometido un error y necesita volver atrás, puede utilizar la herramienta Cambiar códigos de clase LAS. Por ejemplo, podría cambiar los puntos con código 2 (Tierra) por código 1 (Sin asignar). Otra opción sería crear una copia del conjunto de datos original con antelación para utilizarla como copia de seguridad.
Generar un DEM
Ahora usará los puntos de suelo LAS para generar un DEM, que será útil más adelante en el flujo de trabajo. Un DEM representa la elevación de la superficie del suelo como un ráster continuo. Generará el DEM usando la herramienta De dataset LAS a ráster. Debería ejecutar la herramienta solo en los puntos de suelo, por lo que desactivará los puntos que aún no están asignados.
- En la cinta, en la pestaña Capa de dataset LAS, en el grupo Filtros, haga clic en Puntos LAS.
Aparece la ventana Propiedades de capa en la pestaña Filtro LAS, donde se enumeran los distintos tipos de puntos. Cada tipo se puede activar o desactivar. En Códigos de clasificación, se enumeran las dos clases disponibles actualmente: 1 Sin asignar y 2 Suelo.
- En la ventana Propiedades de capa, en la pestaña Filtro LAS, en Códigos de clasificación, desactive la clase Sin asignar para desactivar los puntos que pertenecen a esa categoría y haga clic en Aceptar.
Los puntos sin asignar (en gris) desaparecen del mapa. Ahora ejecutará la herramienta De dataset LAS a ráster para generar el DEM.
Nota:
Al ejecutar cualquier herramienta que tome como entrada un conjunto de datos lidar LAS, solo se utilizarán en el proceso los puntos mostrados en el mapa. Por lo tanto, en este caso, solo se utilizarán los puntos de tierra y se ignorarán los demás puntos.
- En el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás.
- Busque y abra la herramienta De dataset LAS a ráster.
- En el panel de la herramienta De dataset LAS a ráster, defina los siguientes parámetros:
- En Dataset LAS de entrada, elija Tuborg_Havn.lasd.
- En Ráster de salida, escriba Tuborg_Havn_DEM.
- En Tipo de interpolación, elija Triangulación.
- En Método de interpolación, elija Vecino natural.
- En Valor de muestreo, escriba 0,5.
Puede ignorar la advertencia que aparece junto al parámetro Tipo de interpolación.
Nota:
Los puntos de suelo LAS proporcionan mucha información sobre la elevación del suelo, pero hay espacio entre los puntos en los que se desconoce la elevación. La herramienta De dataset LAS a ráster utiliza un modelo matemático para calcular (o predecir) la elevación en estas áreas desconocidas basándose en el valor de los puntos de suelo existentes. Este proceso se denomina interpolación. Puede leer las diferentes opciones de interpolación en la documentación de la herramienta De dataset LAS a ráster.
Un ráster es una cuadrícula de píxeles o celdas. El parámetro Valor de muestreo indica el tamaño de cada celda. Debe ser mayor que el espaciado entre puntos, que es aproximadamente 0,3 metros. Utilizará 0,5 metros, que se encontró a través de prueba y error para obtener el mejor resultado en este dataset (1 metro es otra posibilidad razonable). Todos los rásteres de este tutorial utilizan ese tamaño de celda.
- Acepte los valores predeterminados para el resto de parámetros y haga clic en Ejecutar.
Cuando el proceso finaliza, aparece el ráster DEM de salida. Es una superficie suave donde los puntos más oscuros representan la elevación más baja y los puntos más claros representan la elevación más alta.
- En el panel Contenido, desactive la capa Tuborg_Havn.lasd para ver mejor el DEM.
Dado que Tuborg Havn es un paisaje urbano complejo, el DEM muestra muchas variaciones más allá del nivel normal de calle. Esto incluye las entradas a las carreteras subterráneas o a las instalaciones de aparcamiento, los niveles del suelo elevado sobre los que se construyen conjuntos de edificios y el nivel del agua en el puerto deportivo.
- Guarde el proyecto.
Clasificar puntos de ruido LAS
Ahora que ha identificado los puntos de suelo LAS, el siguiente paso es identificar los puntos de ruido entre los puntos de sin asignar restantes. Los puntos de ruido se corresponden con puntos que son anormalmente altos o bajos y son probablemente el resultado de errores aleatorios en los datos LIDAR.
- En el panel Contenido, desactive el ráster Tuborg_Havn_DEM y active la capa Tuborg_Havn.lasd. En caso necesario, haga clic en la capa Tuborg_Havn.lasd para seleccionarla.
- En la cinta, en la pestaña Capa de dataset LAS, haga clic en Puntos LAS. En la ventana Propiedades de capa que aparece, en Códigos de clasificación, desactive la clase Terreno y active la clase Sin asignar. Haga clic en Aceptar.
Los puntos sin asignar se muestran en la escena en gris.
- En el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás. Busque y abra la herramienta Clasificar ruido de LAS.
- En el panel de la herramienta Clasificar ruido de LAS, defina los siguientes parámetros:
- En Dataset LAS de entrada, elija Tuborg_Havn.lasd.
- En Método, elija Altura relativa desde el suelo.
- Expanda la sección Detección de altura y defina los siguientes parámetros:
- En Ráster de superficie del suelo, elija Tuborg_Havn_DEM.
- En Altura mínima, escriba -2.
- En Altura máxima, deje el valor en blanco.
- Haga clic en Ejecutar.
Para identificar el ruido alto, ejecutará de nuevo la herramienta, esta vez con el método Altura absoluta. Clasificará como ruido alto cualquier punto con una elevación superior a 42 metros.
Nota:
Los edificios del vecindario de Tuborg tienen una elevación máxima de aproximadamente 40 metros, motivo por el que elige 42 metros como valor máximo. Puede verificarlo explorando la nube de puntos LAS. Para buscar la elevación máxima de un edificio, acérquese y haga clic en el punto más alto que puede ver. Una ventana emergente incluye la elevación de ese punto en metros.
- En el panel de la herramienta Clasificar ruido de LAS, en Método, seleccione Altura absoluta.
- En la sección Detección de altura, en Altura mínima, elimine el texto existente. En Altura máxima, escriba 42.
- Haga clic en Ejecutar.
Algunos puntos LAS ahora están clasificados como ruido bajo y ruido alto, pero no aparecen porque están desactivados de forma predeterminada.
- En la cinta, en la pestaña Capa de dataset LAS, haga clic en Puntos LAS. En la ventana Propiedades de capa que aparece, en Códigos de clasificación, active las clases 7: Ruido y 18: Ruido alto, desactive el resto y haga clic en Aceptar.
- Explore el vecindario de Tuborg Havn para encontrar puntos de ruido de LAS simbolizados en rojo.
Por ejemplo, puede ver algunos puntos de ruido alto en el área sur del barrio. Parecen corresponder a las grúas de construcción.
Las desactivará para el resto del análisis.
- En la pestaña Capa de dataset LAS, haga clic en Puntos LAS. En la ventana Propiedades de capa que aparece, en Códigos de clasificación, active la clase Sin asignar y desactive el resto. Haga clic en Aceptar.
Nota:
En este punto, podría optar por generar otra capa ráster utilizada en muchos flujos de trabajo SIG: un Modelo Digital de Superficie (MDS), que muestra la elevación de la superficie terrestre incluyendo edificios, árboles y otras características. Para ello, tendría que utilizar la herramienta De dataset LAS a ráster como lo hizo para generar el MDE, pero eligiendo un subconjunto diferente de puntos para procesar. En la ventana Propiedades de capa, en la pestaña Filtro LAS, en Códigos de clasificación, seleccionará todas las casillas, salvo Ruido y Ruido alto y, en Devolver valores, seleccionará la casilla 1. Esto significa que solo se tendrán en cuenta los puntos de primer retorno, ya que representan los puntos más altos posibles de cada elemento del paisaje: la cima de un edificio, la cima de un árbol, la cima de un coche, el suelo desnudo, etc. Y no incluirás ninguno de los puntos de ruido.
En la herramienta De dataset LAS a ráster, seleccionará los mismos parámetros que para DEM, salvo que para Tipo de interpolación, seleccionará la opción Agrupación en bins, para Asignación de celdas, Máximo, y para Venino de relleno de huecos, Vecino natural. Para ver un ejemplo de análisis que utiliza un DSM, consulte el tutorial Estimación del potencial de energía solar.
Clasificar puntos de edificios
Ahora que los puntos de ruido y de suelo LAS se han clasificado y desactivado, puede clasificar los puntos de edificios.
- En el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás. Busque y abra la herramienta Clasificar edificio de LAS.
- En el panel de la herramienta Clasificar edificio de LAS, defina los siguientes parámetros:
- En Dataset LAS de entrada, elija Tuborg_Havn.lasd.
- En Altura mínima de tejado, compruebe que esté establecido en 2 con las unidades establecidas en metros.
- En Área mínima, escriba 10 y compruebe que las unidades estén establecidas en metros cuadrados.
- En Método de clasificación, elija Agresiva.
Nota:
La herramienta Clasificar edificio de LAS utiliza una combinación de métodos para identificar los puntos de los edificios. Es importante separar los puntos de suelo y los puntos de ruido antes de ejecutar la herramienta. Entre los puntos que quedan sin asignar (los puntos no edificables y no ruidosos), la herramienta identifica las superficies sólidas donde solo había un retorno por pulso láser. Por el contrario, es probable que las zonas con múltiples retornos representen árboles u otro tipo de vegetación, ya que la luz llega y se refleja desde varios niveles en el follaje.
Los parámetros Altura mínima de tejado y Área mínima son importantes para asegurarse de que una superficie demasiado baja o demasiado pequeña en el área no esté clasificada erróneamente como un edificio.
El Método de clasificación especifica si los puntos se clasifican como edificios de forma conservadora o de forma agresiva.
En este tutorial, los valores de parámetro se eligieron mediante prueba y error para obtener el máximo de puntos clasificados correctamente como edificios, minimizando al mismo tiempo los falsos positivos. Puede experimentar más por su cuenta. Se recomienda hacer una copia de un área de estudio pequeña de sus datos para determinar los mejores parámetros.
- Haga clic en Ejecutar.
- Cuando el proceso se haya completado, en la cinta, en la pestaña Capa de dataset LAS, haga clic en Puntos LAS. En la ventana Propiedades de capa, en Códigos de clasificación, active la clase 6: Edificio, desactive el resto y haga clic en Aceptar.
Los puntos de edificios aparecen en la escena.
Nota:
Todavía hay muchos puntos sin asignar. Puede seguir clasificando más los puntos; por ejemplo, identificando los puntos que pertenecen a las clases Baja, Media y Vegetación alta con la herramienta Clasificar LAS por altura. Sin embargo, no necesitará información de vegetación para extraer edificios 3D, por lo que no tendrá más actividades de clasificación en este tutorial.
- Guarde el proyecto.
Ha clasificado los puntos de nube LIDAR como suelo, ruido bajo, ruido alto y edificios. También ha generado un DEM que representa la elevación de la superficie del suelo como un ráster continuo. A continuación, utilizará los puntos de edificio LAS para extraer huellas de edificios 2D del área de interés al completo.
Extraer huellas de edificios
A continuación, utilizará los puntos LAS clasificados como edificios para extraer las huellas de edificios 2D. Empezará por generar un ráster que muestre dónde se ubican los puntos de edificio LAS. A continuación, generará polígonos en los que el ráster muestre la presencia de edificios. Por último, depurará los polígonos para generar la capa vectorial de huellas de edificios final.
Generar un ráster de edificios
Realizará esta parte del flujo de trabajo en un mapa 2D, ya que no necesita las funcionalidades de visualización 3D, que utilizan más recursos de procesamiento para visualizar. Convertirá la escena en un mapa 2D.
- En caso necesario, en la cinta, en la pestaña Vista, en el grupo Ventanas, haga clic en Panel Catálogo.
- En el panel Catálogo, expanda Mapas. Hacer clic con el botón derecho en Escena, apunte a Convertir y seleccione A mapa.
Aparece un nuevo mapa 2D denominado Scene_2D, que contiene las capas de la escena 3D original. Le cambiará el nombre.
- En el panel Catálogo, haga clic con el botón derecho en Scene_2D y haga clic en Cambiar nombre. Escriba Mapa 2D y pulse Intro.
Mapa 2D aparece en la lista.
- Confirme que la pestaña Mapa 2D esté seleccionada y, si es necesario, acérquese hasta que pueda ver los puntos de edificio LAS.
El mapa muestra actualmente los puntos de edificio LAS.
Para tener una idea de la relación que tienen las huellas de los edificios que creará y los edificios reales, activará la ortofotografía.
- En el panel Contenido, active la capa de imágenes Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif.
- En caso necesario, en el panel Contenido, arrastre la capa Tuborg_Havn.lasd para colocarla por encima de Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif.
La ortofotografía proporciona una indicación del aspecto de los edificios reales. Sin embargo, la perspectiva de la foto puede hacer que sea difícil obtener una coincidencia visual completa entre la huella del edificio (o los puntos de edificio LAS) y el edificio subyacente.
A continuación, creará un ráster correspondiente a la ubicación de los puntos de edificio LAS. Lo hará con la herramienta Estadísticas de puntos LAS como ráster, que busca puntos de edificio LAS para cada celda del ráster. Si hay puntos de edificio presentes, el valor de la celda es el código de la clase de edificio (6) y, si no hay puntos de edificio, la celda permanece vacía (NoData).
- En caso necesario, en la cinta, en la pestaña Vista, en el grupo Ventanas, haga clic en Geoprocesamiento. En caso necesario, en el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás.
- Busque y abra la herramienta Estadísticas de puntos LAS como ráster.
- En el panel de la herramienta Estadísticas de puntos LAS como ráster, defina los siguientes parámetros:
- En Dataset LAS de entrada, elija Tuborg_Havn.lasd.
- En Ráster de salida, acepte el nombre predeterminado.
- En Método, seleccione Código de clase más frecuente.
- En Valor de muestreo, escriba 0,5.
- Haga clic en Ejecutar.
Aparece la capa de salida.
Desactivará el dataset LAS y cambiará la simbología del ráster para verlo mejor.
- En el panel Contenido, desactive la capa Tuborg_Havn.lasd.
- Cambie el nombre tuborg_laspo por Raster_edificios.
- En el panel Contenido, haga clic con el botón derecho en el símbolo de Raster_edificios, expanda la lista desplegable, active Mostrar nombres y elija el esquema de color Morado-Rojo (continuo).
El ráster cambia a rosa.
- Acérquese y examine algunos de los edificios del ráster.
La forma general de los edificios es precisa, pero hay algunos agujeros en los edificios, y sus bordes tienen una apariencia irregular. Además, algunas de las formas rosas son demasiado pequeñas para ser edificios reales y es necesario eliminarlas. Corregirá estos problemas más adelante en el flujo de trabajo, pero primero, convertirá el ráster de edificios a una capa de polígonos.
Generar una clase de entidad de edificios
Ahora convertirá el ráster de edificios en una capa de polígonos con la herramienta De ráster a polígono. Los clústeres de celdas de edificios del ráster se convierten en polígonos en la nueva capa.
- En el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás. Busque y abra la herramienta De ráster a polígono.
- En el panel de la herramienta De ráster a polígono, defina los siguientes parámetros:
- En Ráster de entrada, elija Raster_edificios.
- En Entidades poligonales de salida, acepte el nombre predeterminado.
- Desactive Simplificar polígonos.
Nota:
Elegir la opción Simplificar polígonos puede proporcionar una depuración básica de los polígonos. En su lugar, aplicará herramientas más sofisticadas más adelante en el flujo de trabajo para obtener un resultado de mayor calidad.
- Haga clic en Ejecutar.
Aparece la nueva capa de entidades. Ahora puede desactivar la capa Raster_edificios.
- En el panel Contenido, desactive la capa Raster_edificios y cambie el nombre de la capa de entidades de edificios nueva a Edificios_sin_procesar.
- Haga clic con el botón derecho en el símbolo de Edificios_sin_procesar y elija Rosa fucsia.
Sugerencia:
Para ver el nombre de una rampa de color, señale el color con el puntero.
Se actualiza la simbología de capa Buildings_Raw.
Depurar los polígonos de edificios
Ahora, tiene polígonos que representan huellas de edificios. Sin embargo, deben depurarse.
- Acérquese y observe la nueva capa de polígonos.
Puede ver los mismos problemas que con el ráster de edificios:
- Algunos polígonos son demasiado pequeños para corresponderse con los edificios reales y es necesario eliminarlos.
- La mayoría de los polígonos contienen agujeros.
- Los bordes de los edificios son irregulares.
Como primer paso del proceso de depuración, eliminará los polígonos más pequeños. Empezará a decidir un valor límite para el área de los polígonos que se van a eliminar.
- En el panel Contenido, haga clic en la capa Edificios_sin_procesar para seleccionarla.
- En el mapa, haga clic en algunos de los polígonos rosas diminutos para abrir la ventana emergente de información y prestar atención al valor del atributo Shape_Area para tener una idea de su tamaño. Haga lo mismo con los edificios que desea conservar.
En función de estas observaciones, elegirá 70 metros cuadrados para el valor del área de corte. A continuación, seleccionará los polígonos mayores que ese valor.
- Cierre la ventana emergente.
- En el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás. Busque y abra la herramienta Seleccionar capa por atributo.
- En el panel de la herramienta Seleccionar capa por atributo, en Filas de entrada, elija Edificios_sin_procesar.
- En Expresión, cree la expresión Donde Shape_Area es mayor o igual que 70.
- Haga clic en Ejecutar.
Se seleccionan todos los polígonos mayores o iguales que 70 metros cuadrados.
A continuación, eliminará los agujeros de los polígonos de edificios con la herramienta Eliminar parte de polígono. Por observación, puede llegar a la conclusión de que se deberían conectar agujeros de 50 metros cuadrados o menos.
- Con los polígonos de edificios más grandes todavía seleccionados, en el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás. Busque y abra la herramienta Eliminar parte de polígono.
- En el panel de la herramienta Eliminar parte de polígono, defina los siguientes parámetros:
- En Entidades de entrada, elija Edificios_sin_procesar.
- En Clase de entidad de salida, acepte el nombre predeterminado.
- En Área, escriba 50 y asegúrese de que la unidad esté establecida en metros cuadrados.
- Haga clic en Ejecutar.
Aparece la nueva capa de entidades. Los nuevos polígonos casi no tienen agujeros y, como la herramienta se aplicó solo a los polígonos más grandes seleccionados, todos los polígonos pequeños desaparecen.
Para ver mejor la nueva capa, desactivará la capa Edificios_sin_procesar.
- En el panel Contenido, desactive la capa Edificios_sin_procesar y cambie el nombre de la capa nueva a Edificios_depurados.
A continuación, suavizará los bordes de los edificios.
- En el panel Geoprocesamiento, haga clic en el botón Atrás. Busque y abra la herramienta Regularizar huella de edificio.
Esta herramienta depura los bordes irregulares de los polígonos de edificio extraídos como estos y los suaviza.
- En el panel de la herramienta Regularizar huella de edificio, defina los siguientes parámetros:
- En Entidades de entrada, elija Edificios_depurados.
- En Clase de entidad de salida, acepte el nombre predeterminado.
- En Método, confirme que esté establecido en Ángulos rectos.
- En Tolerancia, escriba 1.
- En Densificación, escriba 1.
- En Precisión, escriba 0,15.
El método Ángulos rectos se centra en crear edificios con ángulos rectos depurados. Otras opciones, como Cualquier ángulo, pueden hacer un mejor trabajo para edificios grandes con arquitectura compleja, pero pueden no simplificar completamente los edificios más pequeños y simples. Aunque no lo hará en este ejercicio, una opción es ejecutar la herramienta dos veces, cada vez con una configuración diferente y con diferentes edificios seleccionados.
Tolerancia es la distancia máxima que la huella regularizada puede desviarse del límite de su entidad original. Elegir aproximadamente el doble del tamaño de la celda ráster original (que era 0,5 metros en este ejercicio) es una buena opción en la mayoría de los casos.
Densificación determina el intervalo de muestreo que se usa para evaluar si la entidad regularizada es recta o curva.
Precisión define la precisión de la cuadrícula utilizada en el proceso de regularización. Puede variar de 0,05 a 0,25 y su valor se puede ajustar a base de prueba y error.
- Haga clic en Ejecutar.
Aparece la nueva capa de entidades que muestra los polígonos de edificios regularizados.
- En el panel Contenido, desactive la capa Edificios_depurados y cambie el nombre de la capa nueva a Huellas_edificios.
- Guarde el proyecto.
Mejorar las huellas de los edificios manualmente
La capa Huellas_edificios proporciona huellas de edificios que son precisas en general. Existen pequeñas imperfecciones, pero se preocupará por ellas en este flujo de trabajo. Sin embargo, para algunos polígonos, es posible que se tengan que corregir problemas mayores. Lo hará aplicando correcciones rápidas manuales.
En primer lugar, un par de polígonos no son edificios, sino parques infantiles elevados. Los eliminará de la capa.
- Localice el grupo de edificios resaltado en la siguiente imagen:
Dos polígonos en esta área son parques infantiles elevados.
- En la cinta, en la pestaña Editar, en el grupo Selección, haga clic en Seleccionar.
- Haga clic en el polígono de parque infantil para seleccionarlo.
- En la cinta, en la pestaña Editar, en el grupo Entidades, haga clic en Eliminar.
- En caso necesario, en la ventana de confirmación Eliminar que aparece, haga clic en Sí.
El polígono se elimina.
- En la cinta, en la pestaña Editar, en el grupo Administrar ediciones, haga clic en Guardar para guardar sus ediciones. Cuando se le pregunte, en la ventana Guardar las ediciones, haga clic en Sí.
- En la cinta, en la pestaña Mapa, en el grupo Navegar, haga clic en Explorar para salir del modo de selección.
A continuación, corregirá la forma de un polígono. A veces, hay problemas que impiden la extracción correcta de una huella de edificio a partir de datos LIDAR, como en la siguiente imagen.
El problema parece principalmente debido a elementos de aire acondicionado que están protegidos por una malla de barras metálicas. Localizará ese polígono y cambiará su forma.
- Localice el edificio resaltado en la siguiente imagen y acérquese.
- En la cinta, en la pestaña Editar, en el grupo Herramientas, haga clic en Cambiar de forma.
- En el mapa, haga clic en el polígono para seleccionarlo.
- Haga clic en los tres puntos marcados en la siguiente imagen para cambiar la forma del polígono.
Nota:
Debe hacer clic en el polígono o justo en los bordes para que su forma se redefina de manera adecuada. Puede activar la alineación para asegurarse de que el puntero se alinee con la entidad existente.
- Haga doble clic en el último punto.
Se cambia la forma del polígono.
Sugerencia:
Si comete un error, pulse Ctrl+Z e inténtelo de nuevo.
- Guarde sus cambios.
- En la pestaña Editar, en el grupo Selección, haga clic en Borrar para anular la selección del polígono.
- En la pestaña Mapa, en el grupo Navegar, haga clic en Explorar para salir del modo de selección.
- Cierre el panel Modificar entidades.
Puede seguir perfeccionando otros edificios, pero con el fin de este tutorial, procederá al siguiente paso.
Evaluar las huellas de edificios extraídas
Para evaluar el éxito de la extracción de huellas de edificios, la comparará con el mapa base topográfico, que incluye huellas de edificios, aunque no se pueden usar con fines de análisis.
- En el panel Contenido, desactive la capa Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif para mostrar el mapa base.
- En caso necesario, haga clic en la capa Building_Footprints para seleccionarla. En la cinta, en la pestaña Capa de entidades, en el grupo Comparar, seleccione Swipe.
- Deslícese hacia delante y hacia atrás para comparar su capa Huellas_edificios con las huellas del mapa base.
En general, las huellas de edificios derivados de LIDAR son bastante similares a las huellas de edificios del mapa base, lo que es una buena validación del flujo de trabajo que acaba de completar.
- En la cinta, en la pestaña Mapa, en el grupo Navegar, haga clic en Explorar para desactivar la herramienta Swipe.
- Guarde el proyecto.
Ha generado una clase de entidad de edificios y la ha depurado con herramientas de geoprocesamiento y edición.
Extraer edificios 3D realistas
Ahora, extraerá edificios 3D realistas de su dataset LAS. Para ello, utilizará todos los elementos que haya producido hasta ahora: los puntos del dataset LAS clasificados como edificios, el DEM y las huellas de edificios. El resultado será una capa multiparche, un formato que puede almacenar entidades vectoriales 3D complejas.
Crear una capa multiparche
Realizará esta sección en la escena 3D para habilitar la representación 3D de los edificios, así que primero copiará la capa Huellas_edificios.
- En el panel Contenido, haga clic con el botón derecho en la capa Huellas_edificios y haga clic en Copiar.
- Haga clic en la pestaña Escena para activarla.
- En el panel Contenido, haga clic con el botón derecho en Escena y haga clic en Pegar.
La capa Huellas_edificios se agrega a la escena. A continuación, generará los edificios 3D.
- En el panel Contenido, asegúrese de que la capa Tuborg_Havn.lasd esté desactivada.
- Restaure el panel Geoprocesamiento y, si es necesario, haga clic en el botón Atrás.
- En el panel Geoprocesamiento, busque y abra la herramienta Edificios multiparche LAS.
- En el panel de la herramienta Edificios multiparche LAS, defina los siguientes valores de parámetro:
- En Dataset LAS de entrada, elija Tuborg_Havn.lasd.
- En Entidades de entrada, elija Huellas_edificios.
- En Selección de puntos de cubierta LAS, confirme que Puntos clasificados del edificio esté seleccionado.
- En Altura del suelo, mantenga Capa ráster y elija Tuborg_Havn_DEM.
- En Clase de entidad multiparche de salida, acepte el nombre predeterminado.
- En Tolerancia de simplificación, escriba 0,5 y asegúrese de que la unidad sea Metros.
En Tolerancia de simplificación, el tamaño de la celda ráster del DEM es una buena opción.
- Haga clic en Ejecutar.
Aparece la capa de salida.
- En el panel Contenido, cambie el nombre de la capa nueva a Edificios_3D_multiparche y desactive todas las capas, excepto esta y el mapa base.
Cambiará el color de los edificios 3D multiparche para mejorar su apariencia.
- En el panel Contenido, en la capa Edificios_3D_multiparche, haga clic con el botón derecho en el símbolo y elija el color Arena Sáhara.
Los edificios cambian de color.
- Explore los edificios 3D y observe la gran cantidad de detalles arquitectónicos realistas.
Nota:
Aunque los resultados de este flujo de trabajo no siempre son amenos desde el punto de vista cartográfico, son posicionalmente exactos. Este tipo de capa 3D puede resultar particularmente útil para realizar determinados análisis, como de línea de visión o cuenca visual.
Algunos de los edificios flotan ligeramente por encima del suelo. Esto se debe a que se generaron usando la capa Tuborg_Havn_DEM como referencia para el nivel del suelo. Dado que Tuborg_Havn_DEM proviene de datos LIDAR muy precisos, delinea un terreno ligeramente diferente y más detallado que la capa predeterminada WorldElevation3D/Terrain3D utilizada por la escena para modelar el suelo en 3D.
Agregará la capa Tuborg_Havn_DEM a las superficies de elevación de la escena, de modo que la escena pueda utilizarla para modelar un terreno más preciso en el vecindario de Tuborg Havn.
- En el panel Contenido, en Superficies de elevación, haga clic con el botón derecho en Suelo y elija Agregar capa de fuente de elevación.
- En la ventana Agregar capa de fuente de elevación, abra Bases de datos y Building_Extraction.gbd y haga clic en tuborg_lasda. Haga clic en Aceptar.
El DEM se agrega como una nueva superficie de elevación del suelo y la escena se refresca para utilizarla. El ligero hueco al pie de algunos edificios desaparece.
- Cambie el nombre de la fuente de elevación nueva a Tuborg DEM.
- Guarde el proyecto.
Puede utilizar una capa multiparche de edificios 3D de muchas formas. Se puede agregar a una escena para apoyar las actividades de planeamiento urbanístico. Se puede usar para realizar análisis de predicción de inundaciones, análisis de impacto de sombras, análisis de cuenca visual y línea de visión, entre otros.
El flujo de trabajo descrito en este tutorial se centraba en ayudarle a comprender cómo trabajar con LIDAR y con los muchos componentes de un proceso de extracción de edificios 3D. Para ir más allá y aprender cómo generar mapas base 3D a escala, explore el laboratorio de ArcGIS Trabajar con ArcGIS Solutions en edificios 3D.
En este tutorial, ha extraído edificios 3D de datos LIDAR. Ha creado un dataset LAS, lo ha clasificado, ha generado un ráster DEM y extraído una capa vectorial de huellas de edificios. Por último, ha utilizado todos estos elementos para generar una capa vectorial multiparche de edificios 3D.
Encontrará más tutoriales en la galería de tutoriales.
