Fotogrammetria, mint térinformatikai adatgyűjtő eszköz

A térinformatika nemzetközi napja alkalmából tizedik alkalommal rendezték meg GIS Day-t a PTE Természettudományi Karán, melyen dr. Halmai Ákos, a PTE TTK Földrajz és Földtudományi Intézet adjunktusa az ArcGIS Reality Studio használatával történő fotogrammetriai adatgyűjtésről tartott izgalmas és látványos előadást a Gdi Magyarország képviseletében.

A GIS Day, vagyis a térinformatika napjának ötletét az Environmental System Research Institute (ESRI) indította útjára, a Gdi Magyarország pedig az ESRI termékek kizárólagos hazai forgalmazója. Az egyik ilyen termék az ArcGIS Reality Studio, egy fantasztikus képességekkel rendelkező fotogrammetriai feldolgozó szoftver, amely számos tudományterületen lehet a kutatók segítségére. Dr. Halmai Ákos előadásában a fotogrammetriát, mint térinformatikai adatgyűjtő eszközt mutatta be az ArcGIS Reality Studio eszközein keresztül. A fotogrammetria a távérzékelés tudományága, melynek alkalmazásakor a tárgyakról, illetve a terepről készített fényképek alapján, mérések és számítások segítségével meghatározzák a képeken látható tárgyak valós kiterjedését.

Amit itt látunk, egy textúrázott 3D modell, mely a valóság egy modellezett mása, mely forogrammetriai megoldásokkal készült a Reality Studio használatával. A felvétel Los Angeles-ben, West Hollywoodban készült, ahol dr. Halmai Ákos már maga is többször járt tudományos munkája során.
A képen láthatunk egy hatalmas templomot, templomtoronnyal és parókiával, lakóházakat parkolóval, egy medencét, pálmafákat és örökzöldek. A modellen minden a valóságnak megfelelő méretű és helyzetű, tulajdonképpen nem más, mint a valóság pillanatképe. Dr. Halmai Ákos előadásában azt mutatta be lépésről-lépésre, hogy mire van szükség egy ilyen modell elkészítéséhez, milyen adatokra, milyen adatfeldolgozási módszerekre, illetve hogyan készülnek ezek a felvételek.

A 3D modellalkotás legelső lépése, hogy légifelvételt kell készíteni a vizsgálat területről, melyhez valamilyen hordozó platformra van szükség, amely egy digitális kamerát visz magával, ez alapjaiban egyébként nagyon hasonlít a mobiltelefonokba integrált kamerákhoz. A modellhez felhasznált adatsor tehát nem drónnal, hanem valódi légifelvételezéssel készül, vagyis egy repülő végighalad a vizsgálati terület felett és képeket készít. A magyarázhatóság kedvéért ezek a képek az illusztrációban függőlegesen lefelé tekintő képként jelennek meg. Ezek a fotók egymás után, egy előre meghatározott minta szerint, nagy átfedéssel készülnek úgy, hogy jelentős ismétlődés legyen rajtuk, vagyis egy objektum több képen is látható. Ez azt jelenti, hogy a képek gúla alakban, centrális projekcióval készülnek, a gúla felső csúcsa pedig maga a mérőkamera.

Egy ehhez hasonló, nem bemutató jellegű modell szerkesztéséhez, magasabbról és jóval több kép készítésre van szükség, emellett nem elég függőlegesen lefelé, oldalirányban is fényképezni kell.
De mit jelent az átfedés a gyakorlatban? Két kép között megváltozik a nézőpont, így egy objektumnak egyszer az egyik, egyszer a másik oldalát látjuk. Egyszer keletről, egyszer nyugatról, egyszer lentről, egyszer fentről. Ez egy sztereo képpár amiből már erősen sejthető, hogyan készült a modell. A képek elkészítését követően a következő lépésben kapcsolópontokat kell keresni. Ezek olyan pontok, amelyek jól elkülönülnek a környezetüktől és könnyen felismerhetők. A bemutatott modell egyik ilyen azonosítási pontja például a templom főhajóján a tetőgerinc vége, mely jól látható és felismerhető. A következő képen ugyanez a pont ugyancsak jól látható és azonosítható. Vagyis ténylegesen kapcsolópont, hiszen a két képet valamilyen jól látható pixelcsoport alapján összekapcsolja, mindkét képen ugyanazt a tetőgerincet látjuk, csak más szemszögből.

Ha van egy ilyen kapcsolópontunk, akkor a repülő pozíciójának ismeretében lényegében egyszerű geometriai megoldásokkal kiszerkeszthető, hogy a képen azonosított pont hol van a modellben. Ha összekötjük ezeket a pontokat a kép keletkezésének pozíciójával, majd lefelé meghosszabbítjuk a vonalakat, akkor a térben kijelölnek egy pontot - a tetőgerinc vége a valóságban - mellyel már meg is kaptunk egy mért pontota 3D modellünkhöz.
Ahhoz hogy érdemi, körüljárható eredményt, valódi 3D modellt kapjunk, melyet neveznek digital twin-nek, reality capure-nek is, ezt a folyamatot több millió ponttal kell megismételni. 

A modellezés ugyanakkor nem csak városokon, épületeken, hanem olyan hétköznapi dolgokon is működik, mint például egy tengeri sün váza, melyhez a felhasznált képek akár mobiltelefonnal is készülhetnek.
„Manapság rengeteg cég használja a fotogrammetriát, és bár a tecnológia nem új, még mindig rengeteg lehetőséget rejt magában, mind kutatás, mind munkalehetőség terén. Ha valakinek megtetszett az ötlet, és szeretne ilyen modelleket készíteni, keressen minket bátran, vagy jöjjön ide földrajzot, azon belül térinformatikát, geoinformatikát tanulni” – hangsúlyozta dr. Halmai Ákos.

Felhasznált illusztrációk: dr. Halmai Ákos