Создание 3D-данных из 2D-снимков

Изучение данных снимков

Вы завершили облёт беспилотным летательным аппаратом и получили серию снимков квартала бизнес-зданий Вёртзе (Бавария, Германия). Полученные с беспилотного летательного аппарата снимки хранятся онлайн в виде архивной папки. Вам надо загрузить папку и просмотреть некоторые снимки.

  1. Загрузите zip-файл Drone_images.
  2. Найдите загруженный файл на вашем компьютере.
    Примечание:

    В зависимости от настроек браузера, вам может быть предложено выбрать местоположение для сохранения загружаемого файла. Большинство браузеров по умолчанию скачивают все в папку Загрузки.

  3. Щёлкните файл правой кнопкой мыши и сохраните его в местоположении, в котором вы сможете его легко найти, например в папку Документы.
  4. Откройте папку.

    Содержимое папки Документы

    Папка содержит 36 изображений. Перед тем, как начать их обрабатывать, надо посмотреть на некоторые из них.

  5. Дважды щёлкните первый снимок DSC00153, чтобы открыть его во вьюере изображений по умолчанию, установленном на вашем компьютере.

    Новое офисное здание

    На снимке показано строящееся офисное здание. Основной этап стройки уже завершён, то есть вы можете показывать снимок соучредителям в рамках презентации готовых проектов.

  6. Закройте изображение. Откройте какие-нибудь другие изображения и посмотрите, что на них запечатлено.

    Офисное здание, снятое под разными углами

    На снимках показано это же здание, но снятое под разными углами. По типу эти изображения перспективные.

    Примечание:

    Беспилотные летательные аппараты обычно делают снимки двух типов: строго вниз (надир) или под углом (перспективные). Оба типа можно использовать в ГИС для карт, но из них получаются разные виды наборов данных. Из снимков, снятых в надире, получаются 2D ортоизображения – это аэрофотоснимки, показывающие территорию в определённом масштабе и с минимальными искажениями. Ортоизображения можно сшить друг с другом в мозаики, из которых получаются базовые карты изображений.

    Снятые под углом снимки можно использовать для создания облака 3D-точек, в котором тысячи точек используются для отображения поверхностей в 3D-пространстве. Затем из облака точек можно построить 3D модель mesh, в которой точки соединены в треугольники, формируя реалистичную 3D-схему данных. В результате получится доступная для навигации 3D-сцена.

  7. Закройте все открытые изображения.

В этом разделе вы скачали и изучили перспективные изображения, полученные с БПЛА.

Создание проекта

Далее вы создадите проект в ArcGIS Drone2Map и добавите на карту снимки, полученные с беспилотного летательного аппарата.

  1. Откройте ArcGIS Drone2Map.
    Примечание:

    Если у вас нет Drone2Map, можно подписаться на бесплатную пробную версию.

  2. Войдите с помощью лицензированной учетной записи ArcGIS.
    Примечание:

    Если у вас нет ArcGIS Pro или учетной записи ArcGIS, можно подписаться на бесплатную пробную версию ArcGIS.

    Откроется приложение с окном Create new project. Вы можете выбрать для своего проекта один из пяти готовых шаблонов: 2D Rapid, 2D Full, 3D Mapping? Inspection и Batch Processing. Каждый шаблон создаёт разные выходные данные, вы можете щелкнуть на каждом из них, чтобы получить более подробную информацию.

    В этом уроке для создания трехмерной сцены здания с навигацией вы будете использовать шаблон 3D Mapping, который создает облака точек и текстурированные модели mesh.

  3. В окне Select Project Template (Выбрать шаблон проекта) щёлкните 3D Mapping.

    Выбрать шаблон проекта

    Примечание:

    Текст и изображения рядом со списком шаблонов изменятся, там появится больше информации о выбранном шаблоне. Можете более подробно изучить шаблоны, щёлкая их в списке.

  4. В нижней части окна щелкните Далее.
    Примечание:

    Возможно, вам потребуется увеличить размер окна или растянуть его вниз, чтобы увидеть кнопку Далее.

    Теперь надо указать некоторые параметры проекта и выбрать снимки для использования.

  5. В опции Дайте имя своему проекту введите Проект развития здания.

    Присвойте имя проекту

    Также можно выбрать местоположение на компьютере, где будут храниться данные проекта. Местоположение по умолчанию можно изменить, щёлкнув кнопку Обзор. Теперь вы добавите изображения в проект. Вы можете добавить изображение по отдельности, или загрузив папку.

  6. Щелкните Добавить папку.

    Добавление папки

    Откроется диалоговое окно Обзор папок снимков.

  7. Перейдите к папке Drone_Images, которая содержит ваши изображения, и щелкните, чтобы ее выбрать. Щёлкните OK, чтобы добавить изображения из папки в список изображений.

    Список добавленных изображений

    У каждого снимка есть атрибуты Lat [Y], Long [X] и Alt [Z], которые соответствуют их широте, долготе и высоте. Эти географические атрибуты каждой фотографии беспилотный летательный аппарат (БПЛА) сохранял в процессе съёмки; теперь это позволит привязать снимки к карте.

  8. Нажмите Создать.

    Через некоторое время проект создастся, а снимки добавятся на карту; каждый снимок представлен синей точкой.

    Синими точками в окне проекта показана траектория полёта

    Точки соединены оранжевыми линиями. Эти линии показывают траекторию полёта снимавшего здание БПЛА. Судя по точкам и траектории, БПЛА облетел вокруг здания.

    В зависимости от настроек вашей организации базовая карта может отличаться. Вы поменяете базовую карту, чтобы она была такой же, как на рисунке выше.

  9. При необходимости на ленте над картой на вкладке Главная в группе Слои щелкните Базовая карта и выберите Снимки гибрид.

    Измените базовую карту.

    Снимки с БПЛА сами по себе на карте не отображаются. Снимки, которые вы видите, входят в базовую карту Снимки гибрид, разрешение которой гораздо ниже, чем у снимков с БПЛА.

    Чтобы убедиться, что снимки правильно размещены на карте, надо увеличить масштаб и рассмотреть окрестную территорию.

  10. Используйте колесико мыши, чтобы уменьшить масштаб, пока не увидите надписи Etterschlag и Waldbrunn.

    Надписи Etterschlag и Waldbrunn на карте

    Если вы отдалитесь еще сильнее, то вы увидите надпись Wörthsee на карте. Etterschlag и Waldbrunn – это деревни в муниципалитете Вёртзе. Похоже, что снимки размещены правильно.

  11. На панели Contents (Содержание) в разделе Project Data (данные проекта) щёлкните правой кнопкой мыши Images и воспользуйтесь командой Zoom To Layer (Приблизить к слою).

    Приблизить к слою

    Карта снова приблизится к кругу из синих точек.

В этом разделе вы создали проект в Drone2Map и добавили на карту снимки с БПЛА.

Создание 3D-продуктов

Теперь, когда ваш проект готов, вы будете обрабатывать снимки для создания 3D текстурированной модели mesh и 3D облака точек. Сначала укажите необходимые параметры обработки.

Примечание:

Поскольку снимки с БПЛА частично перекрываются, Drone2Map может выполнять некоторые вычисления на своей стороне для вывода трехмерной информации. Этот процесс использует технику структура из движения.

  1. На ленте, на вкладке Главная в группе Обработка щелкните Опции.

    Кнопка Опции обработки

    Появится окно Опции. Вы увидите три вкладки с параметрами, которые относятся к вашему проекту: 3D продукты, Начальный и Плотность.

    Примечание:

    В зависимости от того, какие вы укажете параметры, и каковы вычислительные мощности вашего компьютера, время обработки может варьироваться от 5 минут до часа. При работе с собственными данными обычно стремятся к самому высокому качеству обработки при создании итогового продукта данных. Но для того, чтобы выполнить этот урок побыстрее, вы выберете значения параметров, сокращающих время на обработку.

  2. В окне Опции щелкните вкладку Начальный.

    Сначала вы выберете настройку Масштаб изображения ключевых точек. Ключевые точки – это такие точки, которые генерируются в процессе обработки изображений и представляют уникальные местоположения снимков. Как правило, для каждого снимка генерируются тысячи ключевых точек. Те ключевые точки, которые представляют общие для нескольких снимков позиции, называются точками связей и сопоставляются, чтобы определить, где снимки перекрываются. Параметр Keypoints Image Scale определяет, сколько генерируется ключевых точек.

  3. В опции Keypoints Image Scale (ключевые точки шкалы изображений) выберите Rapid (быстрый).

    Keypoints Image Scale установлено на Rapid

    Следующий параметр Matching Image Pairs (пары сопоставленных снимков) определяет, какого рода пары снимков сопоставляются с ключевыми точками. Воздушная сетка или коридор лучше всего использовать для проектов с путем пролета, следующим вдоль сетки или коридора (то есть, в виде прямой линии). Свободный полет или наземные лучше всего подходит для путей пролета, которые проходят вокруг указанных зданий или географических объектов, что относится к вашему проекту.

  4. В опции Сопоставление пар снимков убедитесь, что выбрано Свободный полет или наземные.

    Свободный полет или наземный

    И, наконец, для Стратегии сопоставления, если отмечено Использовать проверенное геометрическое сопоставление, вспомогательный процесс будет проверять геометрию снимков, чтобы сопоставление получилось точным. На этот процесс тратится дополнительное время, поэтому в данном упражнении мы его использовать не будем.

  5. Для опции Стратегия сопоставления убедитесь, что снята отметка с Использовать проверенное геометрическое сопоставление.

    Стратегия совпадений

  6. Щёлкните вкладку Dense (уплотнить).

    Эти серии параметров определяют, как точки будут создаваться в облаке точек.

    Параметр Image Scale (масштаб изображения) устанавливает масштаб композитных изображений, которые создаются из исходных снимков. При мелком масштабе точки обрабатываются быстрее, но менее точно; оставьте значение по умолчанию.

    Параметр Point Density (плотность точек) задаёт количество точек в облаке на единицу площади. Низкая плотность вычисляется быстрее, поэтому этот параметр надо изменить.

  7. Измените Point Density с Optimal (оптимальная) на Low (Fast) (низкая).

    Плотность точек установлена Низкая

    Параметр Minimum Number of Matches (минимальное число сопоставлений) определяет количество снимков, в которых должна быть ключевая точка, чтобы она добавилась в облако точек. Нижний минимум увеличит количество 3D-точек, но при этом в облаке точек будет больше шума и артефактов. Рекомендуется использовать значение по умолчанию 3, поэтому оставьте его без изменений.

    Параметр Уплотнение облака точек задаёт размеры в пикселах для сетки, используемой для сопоставления ключевых точек. Там две опции: 7x7 пикселов, предпочтительное для изображений в надире, и 9x9 пикселов, подходящее для перспективных. Изображения являются перспективными.

  8. Убедитесь, что Уплотнение облака точек установлено на 9x9 пикселов.

    Уплотнение облака точек установлено на 9x9 пикселов

  9. Щелкните вкладку 3D-продукты.

    Сначала вы выберете тип файла для выходного облака точек. LAS – это стандартный тип файла для облаков точек в ArcGIS. Именно его вы и выберете.

  10. В параметре Create Point Clouds проверьте, чтобы было отмечено LAS, а остальные опции не были отмечены.

    Создать облако точек с отмеченным LAS

    Теперь надо выбрать выходные типы файлов для текстурированной 3D модели mesh. Вы можете открыть тип файла пакета слоя сцены (SLPK) в ArcGIS и опубликовать его в ArcGIS Online, этот вариант подходит для заданных целей. Следующий формат - OBJ - широко используется для 3D-графики и может открываться в различных приложениях. Он также является ключевым компонентом Пакета слоёв сцены, поэтому при создании соответствующего пакета его надо оставить отмеченным.

  11. В разделе Создать текстурированные модели mesh выберите следующие значения:
    • Для Mesh с несколькими уровнями детализации убедитесь, что отмечено SLPK.
    • Для Модель Mesh с одним уровнем детализации отметьте опцию OBJ.

    Создать текстурированные Mesh

    Примите значения по умолчанию для оставшихся настроек, которые определяют разрешение и цветовой баланс. Более подробно об этих параметрах см. в Справке к ArcGIS Drone2Map.

  12. Нажмите OK.

    Параметры применятся. Теперь снимки готовы к обработке.

  13. На ленте в группе Processing (обработка) щёлкните Start (Пуск).

    Кнопка Запустить

    Запустится обработка. Это может занять порядка пяти минут. В нижней части окна приложения в строке состояния можно следить за ходом выполнения; там же появится сообщение о завершении процесса.

    Строка состояния

В этом разделе вы обработали снимки с БПЛА для создания 3D-продуктов.

Изучение 3D-продуктов

Сейчас некоторое время вы потратите на изучение созданных 3D-продуктов.

  1. Просмотрите Облако точек LAS, которое появилось на 2D карте, которая является видом по умолчанию.

    Облако точек LAS, отображенное в 2D.

    Это дает вам первичное понимание созданных 3D-продуктов. Однако гораздо интереснее изучить их в виде 3D.

  2. Щелкните вкладку 3D карта во вьюере карт.

    Вкладка 3D-карта

    В 3D карте вы увидите текстурированную модель Mesh.

  3. Приблизьтесь с помощью колесика мыши, чтобы получше рассмотреть интересующее здание.

    Здание в виде 3D-модели mesh

  4. На карте в инструменте Исследовать щелкните Показать полное управление, чтобы развернуть инструмент.

    Кнопка Отобразить полный контроль

  5. Изучите модель mesh. Используйте внутреннее кольцо инструмента Исследовать, чтобы выполнить поворот и наклон. Передвигайте мышь, чтобы переместиться.

    Внутреннее кольцо инструмента Исследовать.

    3D модели mesh содержит точное представление здания, как было показано на исходных снимках с БПЛА. При большем увеличении текстуры становятся более заметными (использование параметров обработки с большей точностью вероятно несколько сгладят текстуры). Модель mesh даст соучредителям лучшее представление о том, как выглядит здание в 3D, чем просто снимки.

    Теперь вы изучите Облако точек LAS в 3D-виде.

  6. На панели Содержание в разделе 3D-продукты отключите Mesh и включите Облако точек LAS.

    Опция Облако точек LAS

    На вкладке 3D-карта модель 3D mesh будет заменена на облако точек.

  7. Перемещайтесь по облаку точек с помощью мыши или инструмента Исследовать, чтобы изучить его.

    Изучите облако точек.

  8. Увеличивайте масштаб до тех пор, пока не увидите отдельные точки облака.

    Отдельные точки в облаке точек.

  9. Щелкните несколько точек, чтобы посмотреть информацию о них во всплывающем окне, включая их высоту и координаты.

    Всплывающее окно

  10. Закройте всплывающее окно.

    Формат облаков точек не будет использоваться непосредственно в демонстрации для соучредителей. Тем не менее, это может быть отправной точкой для множества вариантов анализа в приложениях ГИС, таких как ArcGIS Pro.

    Далее вы найдете 3D-продукты на своем компьютере.

  11. Откройте на своем компьютере проводник файлов и перейдите к папке Building Development Project.
    Примечание:

    Эта папка появилась при создании проекта. По умолчанию она помещается в вашу папку Documents в раздел Drone2Map и Projects, вы можете перенести ее в другое место.

  12. В папке Building Development Project откройте папку Products и в ней папку 3D.

    Папка 3D содержит все продукты 3D, которые вы создали в рамках проекта Building Development Project. Mesh содержит продукты SLPK и OBJ, а PointCloud содержит файлы облаков точек LAS.

    Папка 3D, в которую входят Mesh и PointCloud

  13. Закройте проводник файлов и вернитесь в Drone2Map
  14. На Панели инструментов быстрого доступа нажмите Сохранить, чтобы сохранить проект.

    Кнопка Сохранить

В этом разделе вы изучили созданные 3D продукты и просмотрели их в 2D и 3D.

Публикация слоя 3D-сцены онлайн

Теперь вы опубликуете пакет слоя сцены из Drone2Map в ArcGIS Online. Это позволит вам легко делиться данными с соучредителями.

  1. На ленте на вкладке Общий доступ в группе Опубликовать как щелкните Слой сцены.

    Кнопка Слой сцены

    На панели Опубликовать слои сцены выберите продукт для публикации и измените метаданные и свойства публикации.

  2. На панели Опубликовать как слой сцены установите следующие параметры:
    • Для Слоев выберите Mesh
    • Для Name (имя) введите Building Development Project добавьте после названия по умолчанию свои имя и инициалы, чтобы имя получилось уникальным в вашей организации.
    • Для параметра Папка также можно выбрать, в какой папке вашей учётной записи ArcGIS Online сохранить слой сцены (по умолчанию установлено Мои ресурсы).
    • Для Описания введите The newly constructed Worthsee office building.
    • Для Тегов добавьте Bavaria, Germany, office building в виде списка тегов и нажмите Enter.
    • В Группах укажите, для кого хотите публиковать – для всех, лишь для участников организации или для участников определённой группы.

    Окно Опубликовать слои сцены

  3. Щёлкните Опубликовать.

    Пакет слоёв сцены и соответствующий слой сцены опубликуются в вашей учётной записи ArcGIS Online. Через несколько секунд появится сообщение, подтверждающее, что публикация выполнена.

  4. Щелкните Очистка завершена.

    Кнопка Очистка завершена

  5. Нажмите Ctrl+S, чтобы сохранить проект.

    Теперь вы можете видеть опубликованную 3D сцену в ArcGIS Online.

  6. Перейдите по адресу ArcGIS Online и выполните вход. Щелкните в верхней строке Содержание.
  7. Перейдите к слою сцены Building Development Project Mesh и щелкните его, чтобы открыть информационную страницу для сцены.

    Слой сцены Building Development Project Mesh в списке Содержания

  8. Щелкните Открыть во вьюере сцен.

    Кнопка Открыть в Scene Viewer.

    Появится 3D-сцена со слоем в ней. Вы изучите слой в 3D-сцене.

  9. Используйте инструменты навигации для переключения между Переместить и Повернуть. Также вы можете щелкнуть, щелкнуть правой кнопкой мыши, перетащить и использвоать кнопку колесика мыши для перемещения, масштабирования, наклона и поворота.

    Кнопки Переместить и Повернуть

    Веб-сцена позволяет вам приблизиться и рассмотреть детали здания в 3D. Теперь вы можете поделиться ей с соучредителями.

    Детали здания в 3D

    Далее вы можете добавить дополнительные слои и информацию в сцену, создать встроенные слайды, чтобы выделить интересные аспекты в сцене и много другое. Для изучения этих возможностей см. урок Начало работы с Scene Viewer.

В этом уроке вы создали 3D продукты данных, полученных на основе снимков с БПЛА. Затем вы опубликовали слой сцены в ArcGIS Online, чтобы поделиться им с заинтересованными лицами. Также вы добавили набор данных облака точек LAS, который вы можете открыть в ArcGIS Pro или других приложениях для последующего анализа.

Больше подобных уроков вы можете найти на странице Данные дистанционного зондирования и изображения.