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支援主题
支援主题 / UC-win/Road 维护·支援服务相关信息
City Design工具 Vol.2 (共7回) ImageToTerrain

 我是亚利桑那州立大学的小林。这里,就FORUM8公开的City Design工具进行介绍。
FORUM8的VR软件UC-win/Road与其他3D·CG软件间可无缝实现城市数据生成·转换,我们以此为目的开发了该工具包。这里介绍的工具虽然已经公开代码,由于目前没有进行特定的支援,即使存在BUG等问题我放特此申明不承担任何责任。敬请事先知晓。
 此外,浏览本期报道的建筑·土木相关的人士如果有希望能提供适用于贵公司系统的简易工具的需求,敬请联系。

 地形生成和卫星·航空照片合成是VR的第一歩
 上次(第1回)介绍了用于将UC-win/Road的数据导入到其他3D软件的PovrayToMax工具。这次为了最初构筑VR城市模型,介绍合成地形生成和航空照片所必要的相关工具ImageToTerrai。这是希望制作已有的某地域的VR城市模型时最初必须解決的难题。对习惯浏览GIS(地理信息系统)、GoogleMap等三维地图的人而言,可能会奇怪[怎么会有这样的问题?],其实这是非常麻烦的问题。
 首先,包含地球圆形的地形数据DEM(Digital Elevation Model)与二维航空照片必须保持一致。回忆高中时的地理课。就像在地球仪上贴剪纸一样,是非常废工夫的。具备数学能力的人多少会想用方程式才能解决吧。但是,更加不走运的是地球不是一个简单的球面,也不是单纯与椭圆体近似的形状。有相当的歪斜,分地域需要设置不同的调整系数,有时还随时间每年都发生变化,非常复杂。著名的UTM(Universal Transverse Mercator)转换为XY坐标的部分转换式记述如下。如果附上全部数式需要4页篇幅,这里只对开始行介绍。希望详细了解的人土建以下书籍[1]。
[1] Q. Yang, J. P. Snyder, W. R. Tober, Map projection transformation: principles and applications., Taylor and Francis, Hong Kong, 2000.

■式1 从UTM(Universal Transverse Mercator)转换为XY坐标的部分转换式

 即便再复杂的问题,一旦程序话后对于使用方来说就可以毫无问题地得到XY坐标系了。
那么,究竟是什么成为了所谓的问题呢?
 这里对地形数据和航空照片2种数据进行简要说明。多数情况下DEM数据是30米格网等为主流。这是因为对地球的纬度·经度的1度按四方形单位进行数据管理。地球的周长在赤道位置大概有4万Km,将其分割成360度,1度是111Km。再将其60分割,1分长度相当于3600分割计算得到每一秒的长度。30.86m便是每一秒的长度。(实际上纬度越往上一周的长度就会变得越来越短。)纬度经度每1度的DEM数据按3600×3600像素的图像数据换算,1像素的值就被收纳为30米格网的标高数据。
令人高兴的是2009年日本经济产业省/NASA的网站对全世界的DEM数据(ASTER GDEM)免费利用。
 另一方面,航空照片一般是利用UTM这一另外的所谓State Plane的投影方法。但是,普通人往往没有条件使用Rectify修正过的(所有像素的位置与纬度经度的位置正确一致)高价航空·卫星照片用于VR模型。直接使用航空照片4角的纬度经度信息是普遍现象。但是,这种情况下航空照片所有的像素位置和DEM位置是没有完全一直的。
 也就是说,1)简易解决方案中无法将DEM和航空照片完美对应。此外,2)将到手的DEM数据和航空照片的四角吻合还需要对GIS工具(尤其是航空照片用GIS)的熟练。如果是VR城市模型用的数据,还需要从3)GIS过渡到VR环境数据。所使用的GIS系统、源文件的形式如果有变化,还需要试行错误。这些都是合成地形数据和航空照片成为难点的理由。

 2007年来自世界各国的研究者们(16人)进行了一项叫做World16的项目。
各成员对VR的新利用每年在FORUM8的研讨会中进行研究·开发成果的发表。
其中最大的问题便是制作基于航空照片的地形数据。国家不同可以到手的数据存在制限,采用的是别的系统或相同UTM中数式精度的不同等,最初的1年时间大家光对地形数据作成就废了不少功夫。
吸取这方面教训,感受到作为一般解决方案的必要性,开发出来任何人都可以迅速制作附带航空照片的地形数据的工具。这次便对该工具进行介绍。
■图1 UC-win/Road作成的VR数据导入到3ds Max,加入特殊効果后进行渲染

 解决方案
 这里对DEM数据和航空照片的获取方法、编辑方法及利用开发的工具在UC-win/Road中,对20km四方的航空照片和地形数据的作成方法进行介绍。这里介绍的解决方案可用于世界任何地方。

步骤1:
DEM如上述说明,从ASTER GDEM的网站下载(http://www.gdem.aster.ersdac.or.jp/search.jsp)。该网站对纬度经度1度范围的标高数据以3600×3600像素的图像数据(TIF)提供。

步骤2:
接下来在VR模型作成的中心位置准备好纬度·经度。此处在Google Earth中指定的话,左下的菜单中会显示选中地点的纬度经度,可利用该功能。

步骤3:
这里容易出问题的是,为了获得20km的航空照片,首先在中心位置10km北、10km南、10km西、10km东地点的纬度经度都需要。此外,对应该地点的DEM数据的位置也需要。作为可计算这些参数的工具开发了Excel文件。从http://world16.forum8az.com/2010/07/vr-tutorialsterrain-generation-for-uc_23.html网页可以下载工具包和介绍视频。

步骤4:
从下载的文件中打开文件terrain calculator (blank).xlsx。1)输入从ASTER站点下载的GDEM文件(有时是复数个)的右上和左下的纬度经度。下图为例,左上为北纬37度西经116度、右下为北纬36度西经115度。2)如上一节所说根据纬度经度不同一度的长度会有差异。Google Earth中,在VR城市模型的中心位置附近调查一度纬度方向、经度方向的长度。下图中,纬度方向1度的长度为110848.74米,经度方向1度的长度为89867.06米。输入3)和4)的步骤2中心的纬度经度 (北纬36度10分17.71秒、西经115度9分0.22秒)。

■图2 步骤4

步骤5:
输入后,会显示GDEM文件被修剪掉的位置,通过Photoshop等图像编辑软件可对图像进行剪切。
今次的例子中,对(x,y)=(2660,2658)位置横向801像素、纵向650像素进行切取。
利用此工具时,纬度(Latitude)为图像Y方向、经度(Longitude)为图像X方向,敬请注意。

■图3 步骤5

步骤6:
接下来是获得航空照片。关于航空照片利用Google Earth的Pro版本,可获得全世界的航空照片。为了以VR城市模型为中心获得20km的图像,需要纬度经度的位置。在同一工具上对这些信息计算。这里我们从Google Earth Pro获取的是北纬36度11分22.681秒―西经115度10分20.361秒(左上)和北纬36度9分12.739秒―西经115度7分40.079秒(右下)的航空照片。

■图4 步骤6

步骤7:
DEM数据直接无法导入到UC-win/Road中,为此开发了转换为XML格式数据的XML Terrain Maker工具。步骤3下载的文件内双击一个叫“TerrainMaker.jar”的文件,会弹出以下GUI,将步骤5剪辑的DEM文件(TIF形式)作为1,希望保存的XML文件名为2,在3和4之间输入步骤4中利用一度纬度经度计算的长度。选择“START”按钮,制作20km的XML数据。(约需10分种左右)
■图5 步骤7

步骤8:
启动UC-win/Road,从“文件”选择“导入地形补丁”指定步骤7生成的XML文件,地形数据边在UC-win/Road上作成。作成的数据中,从“文件”选择“街区图”,粘贴步骤6获得的20km的图像,便完成了附带航空照片的地形数据制作。下图是按照这里介绍的解决方案作成的UC-win/Road数据。

 结束
 今次用了不少时间介绍步骤,利用该工具可以在以往需要花费1天以上的作业在15分~30分内作成。由于篇幅原因这里无法详尽介绍,另外还开发了DEM和航空照片用于其他3D软件也可利用,可制作附带航空照片的地形数据的3ds Max插件。有兴趣的朋友欢迎联系我们。



支援主题 / UC-win/Road 维护·支持服务相关信息
手动驾驶中
设置道路构造

 占用对向车道行驶
 例如,行驶于狭窄路地、山区道路等,停车或想躲避任何障碍物时,便会驶入其他他车道。
这类驾驶在UC-win/Road进行手动驾驶时,需要对道路制作下一番工夫。

■图1 车道详细 ■图2 UC-win/Road中行驶于狭窄车道 ■图3 进入对向车道的行驶

 拓宽道路断面的车道宽度
 通常,行驶UC-win/Road作成的道路,无法驶入对向车道并继续正常行驶。
必须快速对行驶路径修正,返回原来的车道。这里,对道路断面进行车道宽度拓宽。
从路肩到对向车道的端部,对于想定的行驶宽度,重叠对向车道进行设置。
 图4为通常的简单道路断面。如图5所示,拓宽车道宽度设置为与对向车道重叠。车道和车道之间插入虚拟的节点。在此基础上,各车道的车道数为2,做成单向2车道。
 由此,普段的行驶为车道1,行驶过界时便行驶在车道2上,可表现流程的车道变更行为。
 此外,通过重叠材质可防止画面闪烁跳动的可能性,下侧车道和虚拟节点的材质设置为黑色,并设置为黑色透过使其透明。

■图4 通常道路断面 ■图5 车道宽度拓宽后的道路断面
(Up&Coming '11 新绿号刊载)

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