Factor de oclusión ambiental y vista del cielo para QGIS

La oclusión ambiental es un concepto desarrollado en el modelado y visualización 3D que se utiliza para evaluar la exposición a la luz ambiental de cada elemento del modelo. La idea es simular la luz difusa y dispersa que rebota en varias superficies. Esta luz puede no tener una fuente identificable, como por ejemplo bajo un cielo nublado. Los modelos de oclusión ambiental producen representaciones muy realistas que capturan la luz tenue en espacios reducidos y esquinas (figura siguiente).

Representación de volúmenes 3D mediante técnica de oclusión ambiental ( pinterest.com ).

La oclusión ambiental también es muy prometedora para la visualización del terreno; a continuación se enumeran un par de publicaciones científicas sobre el tema. El enfoque más simple y más utilizado asume una distribución homogénea de las fuentes de luz desde todas las direcciones posibles, como bajo un manto de niebla. En este caso, la cantidad de luz incidente está directamente relacionada con la parte de la superficie radiante visible. Esta métrica se llama apertura del terreno y se expresa como la relación de la esfera alrededor de cada punto del terreno que no está ocupado por el terreno en sí. Tenga en cuenta que necesitamos especificar el radio de la esfera y que el resultado variará según el alcance de este radio. El factor de vista del cielo es una variante de este método en el que consideramos solo el hemisferio sobre cada punto, de ahí la vista del cielo.

Ilustración de la vida real del principio de vista del cielo (isla Palagruža, mar Adriático, wikimedia.org ).

En la imagen de arriba, la línea de flotación se aproxima al plano horizontal de una ubicación al nivel del mar (la posición del fotógrafo). En mar abierto, su vista del cielo sería del 100%, pero aquí una isla bloquea una pequeña porción del cielo. El efecto es inversamente proporcional a la distancia desde la isla (cuanto más nos acercamos, menos luz recibimos). El valor de apertura del terreno, sin embargo, nunca superará el 50% en mar abierto, ya que solo la mitad de la esfera circundante permanecerá desbloqueada. No obstante, los valores de apertura por encima del 50% son posibles para las posiciones de la cumbrera, como la que ocupa el faro en la figura anterior. Siempre que especifiquemos un radio de esfera corto, digamos 100 metros, la superficie del mar que bloquea la luz aparecerá significativamente debajo del faro.

La apertura y el factor de vista del cielo ahora están disponibles en el complemento de sombreado de terreno para QGIS . Como en otros enfoques comunes, estas métricas se estiman con una muestra de líneas de visión, proyectadas desde cada elemento del terreno (un píxel en este caso). Al momento de escribir, se utilizan 8 líneas. Como nota al margen, este complemento ya presenta un algoritmo de sombreado inspirado en el principio de oclusión ambiental; el método de profundidad de sombra calcula la translucidez de la sombra dependiente de la profundidad.

Este simple factor de sombreado de vista del cielo de la península de Banks (Nueva Zelanda) es ideal para representar la intrincada red de crestas que se desarrolló a través de la erosión del terreno volcánico. También podemos agregar algún efecto de sombra (usando el complemento de sombreado QGIS Terrain) para mejorar la impresión de profundidad (incluso si el ejemplo siguiente puede ser un poco exagerado).

Si observamos cuidadosamente las imágenes de arriba, podemos notar que el factor de vista del cielo es más eficiente para representar líneas de crestas que los fondos de los valles y los canales de drenaje. Probablemente este no sea un problema importante, pero intentemos compensar este efecto.

Para proporcionar una mejor impresión de los fondos de los valles, necesitamos invertir el modelo de elevación, como un guante, para que los valles se conviertan en crestas y viceversa. Eso es elemental, diría Sherlock, simplemente multiplique el modelo de elevación por -1 (en la calculadora de ráster QGIS

. Ahora podemos hacer todos nuestros análisis como de costumbre.my_dem * -1

Las métricas obtenidas con esta técnica se denominan apertura negativa y, por analogía, factor de vista del cielo negativo. Sin embargo, es solo un truco que no tiene una explicación intuitiva, el resultado no está relacionado con un fenómeno del mundo real.

La imagen de arriba muestra el resultado del algoritmo de vista del cielo sobre un DEM invertido. Tenga en cuenta la representación superior de los canales de drenaje profundo, que ahora aparecen como finas líneas negras. La nitidez general también se mejora significativamente. Desafortunadamente, el modelo no transmite la sensación de profundidad, el terreno parece plano y esquemático.

Factor de vista del cielo positivo y negativo combinado.

Para obtener lo mejor de ambos mundos, podemos combinar el factor habitual de vista del cielo con el negativo, como se muestra en la figura anterior. Aquí, el SVF negativo se superpone como una capa semitransparente utilizando el modo de fusión “Superposición” (ver captura de pantalla a continuación). Nuestro sombreado SVF ahora es más nítido y detallado en áreas bajas, al tiempo que conserva el efecto de oclusión ambiental que produce la sensación de 3D.

Estilo QGIS utilizado para la superposición SVF negativa. Los valles se representan con una escala inversa (blanco a negro) y se superponen como una capa semitransparente sobre el modelo habitual de vista del cielo.

¡Feliz mapeo!

Software

Complemento de sombreado QGIS Terrain, consulte www.zoran-cuckovic.from.hr/QGIS-terrain-shading/

Bibliografía

K. Zakšek, K. Oštir y Ž. Kokalj 2011: Factor Sky-View como técnica de visualización en relieve. Teledetección 3 (2), 398-415. Acceso abierto .

R. Yokoyama, M. Shlrasawa y R. Pik 2002: Visualización de la topografía mediante la apertura : una nueva aplicación del procesamiento de imágenes a los modelos digitales de elevación. Ingeniería fotogramétrica y teledetección 68 (3), 257-265. Erudito semántico

Fuente: Traducido de https://landscapearchaeology.org/2020/ambient-occlusion/