headerphoto

Cvičení 7 - Klasifikace a filtrace 3d bodového mračna

Cvičení je věnováno možnostem klasifikace a filtrace 3d bodového mračna v prostředí software Agisoft Metashape. Klasifikací je míněno rozdělení bodů v mračnu do předdefinované sady tříd (např. zemský povrch, vegetace, budovy, komunikace), filtrací eliminace bodů spadajících do určité třídy a eliminace odlehlých bodů. Jelikož 3d bodové mračno odvozené z RGB fotografií pořízených bezpilotním leteckých prostředkem obsahuje vždy veškeré objekty na fotografiích zachycené, je proces filtrace (nechtěných) bodů typickým krokem před dalším používáním bodového mračna. Klasickým příkladem je eliminace všech bodů nereprezentujících terén při zájmu o vytvoření digitálního modelu reliéfu z pořízeného 3d bodového mračna.

V úvodu je potřeba říci, že software Agisoft Metashape obsahuje pouze základní nástroje pro automatickou klasifikaci a filtraci 3d bodového mračna a část prací je tudíž potřeba obvykle realizovat manuálními zásahy do mračna bodů. Pokročilejší a dedikovanou funkcionalitu pro tyto účely jsou schopny poskytnout specializované software, jako je například LAStools (https://rapidlasso.com/lastools/) či 3DReshaper (https://www.3dreshaper.com/en). Více informací o těchto softwarech včetně praktického zhodnocení jejich funkcionality je možno nalézt v Zajac (2018).

Cíle cvičení

  • realizovat automatickou klasifikaci a filtraci 3d bodového mračna s využitím nástrojů v Agisoft Metashape
  • vyzkoušet si manuální filtraci 3d bodového mračna

Úkoly

  1. z hustého mračna 3d bodů odvozeného ve Cvičení 5 pro lokalitu sesuvu na Gírové odfiltrujte body reprezentující vegetaci a uměle vytvořené objekty (stavby, apod.),
  2. ohodnoťte kvalitu filtrace automatickými postupy nabízenými softwarem Agisoft Metashape v různých částech lokality.

Soubory pro cvičení

Vstupní husté bodové mračno máte uloženo v projektu Agisoftu Metashape ze Cvičení 5. Před započetím procesu filtrování 3d bodového mračna je doporučeno vytvořit si kopii celého projektu či vyexportovat nefiltrované mračno do samostatného souboru pro případ, kdy by bylo nutné vrátit se k původnímu nefiltrovanému mračnu.

Pohled na nefiltrované husté bodové mračno obsahující všechny rekonstruované body včetně různorodé vegetace

Obr. 1: Pohled na nefiltrované husté bodové mračno obsahující všechny rekonstruované body včetně různorodé vegetace

Obsah cvičení

Software Agisoft Metashape disponuje dvěmi nástroji pro automatickou klasifikaci 3d bodového mračna. Prvním z nich je Classify Points dostupný v záložce Tools/Dense Cloud. Je založen na sémantické klasifikaci a umožňuje zatřídit body do následujících šesti tříd: ground (zemský povrch), high vegetation (vysoká vegetace), building (budovy), road surface (komunikace), car (dopravní prostředky), man-made object (člověkem vytvořené objekty). V dialogovém okně má uživatel možnost vybrat si do kterých z těchto tříd chce vstupní 3d bodové mračno klasifikovat a dále nastavit parametr Confidence v rozmezí 0 až 1. Vyšší hodnoty tohoto parametru povedou k vyšší spolehlivosti při zařazování bodů do tříd, ale také k vyššímu počtu bodů, které nebudou zařazeny do žádné třídy a zůstanou tak neklasifikovány.

Vyzkoušejte dvě až tři různá nastavení parametru Confidence a sledujte následující:

  • jaká část bodů byla klasifikována do některé z dostupných tříd (zobrazte si pouze body ve třídě Unclassified),
  • jak se mění území zařazené do třídy ground (zemský povrch) a vegetace (vegetation),
  • zjistěte, do které třídy (tříd) byla nesprávně klasifikována část vegetace.

Ke zobrazování bodů zařazených pouze do jedné či více zvolených tříd využijte nástroj Filter by Class dostupný v záložce Tools/Dense Cloud

Druhým nástrojem pro automatickou klasifikaci je Classify Ground Points dostupný opět v záložce Tools/Dense Cloud. Na rozdíl od předchozího nástroje neumožňuje realizovat klasifikaci do předdefinované sady tříd, ale snaží se pouze vybrat body reprezentující zemský povrch. Jeho vstupní parametry jsou následující:

  • Angle – reprezentuje úhel mezi modelovaným terénem a horizontální linií spojující průběh terénu a aktuálně hodnocený bod. Je tedy vyjádřením maximálního očekávaného sklonu terénu ve zpracovávané lokalitě. V rovinatých lokalitách je doporučené nastavení do 15 °, ve více členitých územích vyšší hodnota.
  • Distance – maximální stanovená vzdálenost mezi bodem již klasifikovaným jako terén (zemský povrch) a hodnoceným bodem. Čím vyšší je tato hodnota, tím vyšší členitost terénu je očekávaná.
  • Size - maximální velikost území, ve kterém by se neměl nacházet žádný bod reprezentující zemský povrch. Jedná se tedy o maximální velikost objektu (budova, les, apod.) vyskytujícího se na lokalitě, který nereprezentuje terén.

Nástroj spusťte nejprve s následujícím nastavením parametrů: 20 °, 1 m, 10 m (v pořadí parametrů uvedeném výše) a následně je zkuste obměnit dle vlastního uvážení. Stejně jako u prvního nástroje zhodnoťte míru úspěšnosti a úplnosti klasifikace 3d bodového mračna do třídy reprezentující zemský povrch.

Důležitá poznámka: pokud budete nástroj Classify Ground Points spouštět opakovaně s obměněným nastavením vstupních parametrů, vždy před dalším jeho spuštěním je potřeba nejprve zrušit výsledek předchozí klasifikace pomocí nástroje Reset Classification dostupného v záložce Tools/Dense Cloud.

Pohled na husté bodové mračno klasifikované výše popsanými dvěma automatickými nástroji SW Agisoft Metashape. Zobrazeny jsou pouze body klasifikované do třídy ground, tedy reprezentující zemský povrch.

Obr. 2: Pohled na husté bodové mračno klasifikované výše popsanými dvěma automatickými nástroji SW Agisoft Metashape. Zobrazeny jsou pouze body klasifikované do třídy ground, tedy reprezentující zemský povrch.

Po aplikování uvedených dvou automatických nástrojů je zřejmé, že větší část vegetace a nepřírodních objektů byla z 3d bodového mračna vyfiltrována, což je možno vidět při aplikování nástroje Filter by Class s aktivovanou pouze třídou ground. Stále však v 3d bodovém mračnu zůstávají plochy s pozůstatky (většinou nízké) vegetace. Pro jejich eliminaci a obecně pro další způsoby klasifikace či filtrace různých typů objektů ve 3d bodových mračnech je možno v Agisoft Metashape využít následujících dvou nástrojů:

  • Select Points by Color v záložce Tools/Dense Cloud – funkce umožňuje zadat barvu a následně v 3d bodovém mračnu vybírat body této barvy či barvy obdobné. Pro nastavení míry možného rozdílu mezi vstupní barvou a obdobnými barvami, které budou vybrány, slouží parametr Tolerance. Čím vyšší hodnota Tolerance je nastavena, tím větší rozdíly mohou být mezi zadanou barvou a obdobnými barvami, které ještě budou vybrány.
  • manuální výběr bodů – body v mračnu může uživatel manuálně vybírat pomocí tří nástrojů dostupných v hlavní liště software. Jsou jimi: Rectangle Selection, tedy výběr bodů v oblasti zadané obdélníkem či čtvercem; Circle Selection, tedy výběr bodů v oblasti zadané kruhem či elipsou a Free-Form Selection, tedy výběr v oblasti zadané libovolným polygonem volně nakresleným uživatelem od ruky.

Poznámka: body vybrané dle barvy či manuálními výběry je možno nechat klasifikovat do libovolné třídy pomocí nástroje Assign Class v záložce Tools/Dense Cloud, či je z mračna úplně smazat stisknutím klávesy Delete.

Dodatečnými manuálními zásahy se pokuste z 3d bodového mračna odstranit zbývající vegetaci.

Publikace a jiné informační zdroje