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Girona 2010. Comunicación. Desarrollo de aplicaciones SIG 3D personalizadas.

Las jornadas de Girona se acercan, esperamos que sean tan divertidas y productivas como siempre. Esta es la comunicación que hemos enviado este año:

Desarrollo personalizado de aplicaciones SIG 3D

M. de la Calle Alonso(1),D.Gómez-Deck (1),V. Olaya Ferrero (2)

(1) IGO SOFTWARE. C/Santiago Caldera 4 Cáceres. mdelacalle@igosoftware.es

(2) Universidad de Extremadura, volaya@unex.es

Resumen

En los últimos años la proliferación de aplicaciones 3D en SIG ha sido enorme, desde la aparición de Google Earth el usuario está familiarizado con entornos 3D. Por otra parte lo ordenadores con aceleración 3D son comunes en la actualidad y el acceso a banda ancha es prácticamente generalizado, ademas cada vez hay mayor cantidad de datos públicos que pueden ser utilizados por clientes SIG que sean capas de recibir datos de internet.Hay varias librerías apropiadas para la realización de este tipo de aplicaciones. IGO SOFTWARE a comenzado a desarrollar aplicaciones 3D con las librería Nasa World Wind SDK para java.Decidimos usar estar librerías por su robustez, sencillez, cantidad de ejemplo, estar hechas en java (nos permite su unión a muchas librerías SIG) y su uso de caché local.

Las aplicaciones desarrolladas en 3D no sólo son visualmente más atractivas, también nos ofrecen más información que el SIG clásico en 2D. Gracias a la integración de librerías como SEXTANTE ahora es posible también realizar análisis.

En un futuro se espera poder desarrollar también algoritmos de análisis en 3D usando dicha plataforma.Por otra parte, llevamos desde hace algunos años desarrollando aplicaciones para el tratamiento de nubes de puntos proveniente de Láser Escáner y LIDAR, esta plataforma es ideal para mostrar nubes de puntos, por lo que es perfecta para visualizar nubes de puntos georreferenciadas.

Mostraremos ejemplos de aplicaciones programadas con estas librerías y las posibilidades que vemos de cara a un futuro a este tipo de desarrollos

Key words: 3D, LIDAR, SEXTANTE, NASA WORLD WIND, LÁSER ESCÁNER, JAVA, JOGl, EUCLID

Introducción

Uno de los próximos pasos en la computación debería ser la generalización del uso del 3D para todas la aplicaciones que lo permitan. El mundo SIG no es ajeno a ello, y lo que comenzó por el uso de globos 3D donde representamos información 2D debe evolucionar a que los SIG sean capaces de representar  y analizar la información en 3D.

Nuestros planes futuros pasan por la elaboración de librerías genéricas para el manejo de geometrías en 3D y por su visualización en productos SIG tales como Nasa World Wind

Euclid

Es un Framework para manejar geometrías multidimensional y multiprecisión Es decir podemos trabajar con él indistintamente típicamente de las dimensiones en que tengamos los datos 2D – 3D y de su precisión Euclid se encarga de gestionar todo de manera que siempre los cálculos sean correctos.
Se han desarrollado multitud de optimizaciones que nos permiten por ejemplo construir un octGrid con 127 millones de puntos con color estas optimizaciones se han hecho en dos sentidos:

  1. Optimizar el uso de la memoria. Uso apropiado de las Clases de java. (Clases Buffer)
  2. Aprovechamiento de la arquitectura de múltiples núcleos de los procesadores de ultima generación usando las posibilidades de programación multihilo de java.

Un ejemplo de como funciona euclid son las clases de generalización de una bola n-dimensional, esta sería la clase n-Ball su especialización a 2D sería Disk y la especialización a 3D sería Ball


Figura 1: Euclid

Un método que funcionaría en las n-dimensiones podría ser:

public double distanceToBoundary(final VectorT point)

{

return center.distance(point) – radius;

}

Este método devolvería para cualquier dimensión la distancia al borde.

Hay muchos ejemplos de algoritmos u operaciones que pueden son multidimensionales, EUCLID nos abstrae de ello y nos permite trabajar con uno u otra.

S3xtante

Sextante (Sistema Extremeño de Análisis Territorial , http://sextantegis.blogspot.com/). La primera aplicación de Euclid ha sido hacer que funcionen en n-dimensiones los algoritmos de Sextante que fueran n-dimensionales. Haciendo cambios muy pequeños en los algoritmos, es decir, simplemente implementando Euclid y trabajando con operaciones de nuestro framework de geometrías estos pasan a poder ser usados en 3D sin ningún tipo especial de cambio.

Un ejemplo sencillo en este sentido lo encontramos en el clasico buffer o zona de influencia. Si tomamos, por ejemplo, un segmento lineal (una linea con tan sólo 2 nodos, uno inicial y otro final), el buffer calculado para una distancia dada seria un rectángulo de longitud la misma que el segmento y de altura el doble que la distancia de influencia. Llevando este concepto a 3D el resultado sería un cilindro de radio dicha distancia y altura la longitud del segmento. De igual modo puede extenderse para otras figuras mas complejas, siendo siempre el resultado una nueva figura tridimensional.

Cuando un algoritmo no es multidimensional, el Euclid no es suficiente para solucionar la nueva tarea. Este es el caso, por ejemplo, de los algoritmos de interpolación, que en lugar de generar capas raster (2D), ahora han de generar volúmenes raster (sustituir píxeles por voxels). El uso de Euclid soluciona la entrada de datos, puesto que estos son vectoriales, pero los resultados, que no son de tipo vectorial, no pueden gestionarse de igual modo. El algoritmo de interpolación, por su parte, al no estar implementado en la librería, debe modificarse igualmente

Aplicaciones personalizadas. Framework 3D.

Las aplicaciones SIG 3D que vamos a programar pueden ser muy distintas, pero su arquitectura básica es la siguiente:

GeoTools → Acceso a datos SIG

Proj4 → Manejo de proyecciones

Euclid → Geometrías

S3xtante → Análisis

Nasa World Wind → Visualización

Según los requerimientos pueden incluirse más elementos a la arquitectura pero estas 5 librerías suelen ser el mínimo común entre todas ellas.

Figura 2: Arquitectura

El visualizador (Nasa World Wind) tiene algunas características que lo hacen una herramienta imprescindible:

  • Uso del caché local. Acelera muchísimo la experiencia de usuario, además se pueden distribuir las aplicaciones con su caché de manera que todo va muy rápido.
  • Fácil de implementar un applet.

También cuenta con algunos inconvenientes como es que usa JOGL en una versión que ya no está en uso, además este proyecto ha sido abandonado por SUN y su API ha cambiado enormemente en las últimas versiones lo que dificulta enormemente el desarrollo en openGL

Playas 3D

Aplicación típica que muestra datos de usuario, permite moverse por toda Andalucía y visualizar los perfiles de aguas de baño de las playas de esa comunidad. Tiene un buscador de playas y es una aplicación muy sencilla

Figura 3: Playas 3D

Sig Histórico

Este desarrollo es bastante simple pero tiene el interés de introducir la variable temporal en el SIG.

Figura 4: SIG Histórico

Visor LIDAR 3D

No existen visores LIDAR en 3D dentro del panorama OpenSource siendo nubes de puntos 3D, con este visualizador podremos ver estas nubes y diseñar herramientas para trabajar con esa nube y visualizarlas en 3D en el acto. Este visor es experimental totalmente y para él se han utilizado numerosas optimizaciones, ya que los datos LIDAR suelen ser muy pesados.

Se utilizan técnicas como LOD (Level of Detail) y se llevan al límite las capacidades de visualización de Nasa World Wind y JOGL

Conclusiones

Creemos que el uso de 3D está especialmente indicado para muchas actividades que realizan los usuarios SIG en la actualidad. Dentro del panorama opensource, como se puede ver en esta comunicación, tenemos herramientas suficientes para construir una arquitectura que nos permite hacer aplicaciones SIG personalizadas. Por otra parte, aunque existe estas librerías, vimos también que cuando hemos querido empezar a desarrollar herramientas de análisis, no teníamos todo lo que necesitábamos por lo que ha habido que implementar librerías para ello.

febrero 24, 2010 at 7:03 am Deja un comentario

Aplicaciones SIG personalizadas en 3D

Hemos desarrollado nuestra primera aplicación SIG personalizada sobre el SDK de java de Nasa World Wind, estas librerías nos permiten usar de manera muy cómoda un globo 3D para representar información geográfica sobre él. Hay algunas librerías más que permiten hacer esto, privativas y libres, pero WW es la que más cómodo nos ha resultado para trabajar sobre ella.

Son unas librerías completas con gran cantidad de ejemplos en los que está hecho casi todo lo que se puede necesitar en una aplicación de este tipo. Las librerías funcionan sobre JOGL, que un port directo de las librerías gráficas OpenGL, lo que nos permite tocar e l 3d desde java a bastante bajo nivel. Una de las cosas que más nos han gustado ha sido ver como usa el caché local, cada zona que se visita, queda toda la información guardada en la máquina cliente, siendo realmente rápido el acceso a todos los datos en una segunda visita.

También hay algunos problemas que pretendemos abordar más adelante. No hay una forma suficientemente buena aún para mostrar información vectorial, la más fácil es tomarla de servidores WMS, pero no siempre están disponibles los datos del usuario, más adelante, esperamos poder hacerlo, mientras hay algún proyecto que ha hecho cosas parecidas, aunque parece parado, este proyecto es GEOWIND, al menos revisando su código se puede aprender bastante, pero no está listo para hacer ningún producto basándonos en este código.

La aplicación que hemos desarrollado, se encarga de mostrar los perfiles de baño de las playas de andalucía, ha sido desarrollado para la empresa Infraeco y el cliente final es la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía.

Pongo un pequeño vídeo de su funcionamiento, este resultado se ha conseguido con menos de dos semanas de desarrollo.

[Vimeo 7372384]

noviembre 2, 2009 at 7:44 am 2 comentarios

Cáceres 3D

La licitación convocada por el CESEX relativa a la “DIGITALIZACIÓN EN TRES DIMENSIONES DEL CONJUNTO HISTÓRICO DE LA CIUDAD DE CÁCERES” ha sido adjudicada a la UTE FOMEX – PRODEVELOP, quienes desarrollarán un proyecto que tiene como objetivo la reconstrucción tridimensional detallada de la ciudad monumental de Cáceres que difunda sus principales valores patrimoniales.

Este proyecto surge como parte de un plan de apoyo a la candidatura de Cáceres como Ciudad Europea de la Cultura en el año 2016. De esta forma se dan a conocer los valores históricos, artísticos, culturales y arquitectónicos que hicieron que en 1986 este conjunto histórico fuera nombrado por la UNESCO como “Ciudad Patrimonio de la Humanidad”.

La ejecución de este proyecto se basará en el trabajo de un equipo multidisciplinar cuyos profesionales aportarán sus conocimientos y habilidades durante las diferentes etapas de trabajo. Para el desarrollo del sistema de Información y 3D, Fomex, Prodevelop e Igo software reunirán sus plantillas y su experiencia en trabajos similares. A su vez Igo aportará la colaboración de su departamento gráfico, 3D y de creatividad. Como parte de este proyecto se pretende la implementación del modelo en 3D en la web dentro de un entorno colaborativo en tiempo real. Varios usuarios podrán visitar a la vez la ciudad monumental y se podrán organizar eventos en los que pueda participar cualquier usuario desde cualquier lugar a través de Internet.

De la documentación y sustento teórico del proyecto se encargará un equipo de doctorandos en historia del arte dirigidos por la catedrática de la Universidad de Extremadura María del Mar Lozano Bartolocci, que aportarán importantes conocimientos en arte e historia del desarrollo urbanístico, arquitectura, evolución del conjunto monumental de Cáceres, entre otros. Igo Software se encargará del levantamiento arquitectónico de los monumentos, utilizando principalmente técnicas de captura masiva de información como el láser escáner con fototexturización, así como la fotogrametría convergente y la topografía clásica.

El modelo será implementado en JAVA3D y será corregido y optimizado para conseguir el renderizado en tiempo real. Se utilizaran únicamente herramientas libres y los avances del proyecto podrán ser seguidos en la wiki de igo software. http://igosoftware.dyndns.org:8080/IGOWiki/

Todas las herramientas y librerías que utilizaremos en este proyecto son open source. Los resultados y modelos georeferenciados obtenidos durante el desarrollo del proyecto estarán disponibles en formatos libres en su correspondiente repositorio.

El prototipo de este proyecto está en este mismo blog


Se puede descargar desde aqui


Y podemos ver un vídeo



julio 22, 2008 at 10:27 am Deja un comentario

gvSIG corriendo dentro de un mundo virtual

Hemos estado probado java-wonderland , este proyecto es la apuesta de Sun microsystems para entorno virtual multiusuario en 3D.

Tiene algunas características especialmente interesantes como es el streaming de voz y la compartición de aplicaciones.

Su roadmap promete mucho y es una herramienta que debemos tener en cuenta.

El experimento ha sido abrir gvSIG dentro de una habitación de este entorno virtual, 2 usuarios podíamos interaccionar con la aplicación y trabajar con nuesta cartografía.

En este caso abre un proyecto que se conecta a un servidor WMS.

En el vídeo podemos ver como resultó:

marzo 27, 2008 at 6:10 pm Deja un comentario


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