Raszteres adatok használata az AutoCAD Map-ben

dr. Siki Zoltán

Miért van szükség raszteres adatok kezelésére egy alapvetően vektoros térinformatikai rendszerben? Két területen is előnyökkel járhat a légifényképek, űrfelvételek, szkennelt térképek használata. Egy vektoros, pontokkal, vonalakkal és sraffozott vagy egyszínű foltokkal dolgozó, térkép nem képes kifejezni mindazt az információt, amit egy fénykép tartalmazhat. Másrészt a hagyományos adathordozón ábrázolt térképek, tervek számítógépes kezelésére a leggyorsabb és legolcsóbb megoldás a szkennelés. A szkennelt térképek persze nem helyettesíthetik a vektoros térképeket, azok alapján nem hozható létre struktúrált, a természetben meglévő objektumokat és tulajdonságaikat leíró adatokat tartalmazó térinformatikai adatbázis. További lehetőséget biztosít a raszteres és vektoros állományok együttes használata. Például egy légifényképet és ugyanannak a területnek a vonalas térképet egymásra helyezve szemlélhetjük a képernyőn. A vonalas térképről pontos metrikus adatokat nyerhetünk, míg a fénykép alapján további kiegészítő információkat olvashatunk le, mint például a tetők állapota, típusa. Az időben folytonosan zajló események megfigyelésére, elemzésére is nagyon jól használhatók az űrfelvételek. Például egy olajfolt mozgása a tengeren.

A térinformatikában azoknak a raszteres adatoknak van nagyobb szerepe, melyek térképszerűen ábrázolják a földfelszín egy részét. Ilyenek az úgynevezett orthofotók és a műholdakról készített űrfelvételek. Az orthofotók repülőgépről, helikopterről, léghajóról, stb. közel függőleges tengellyel készített fényképek átalakított, torzulásmentes változatai. A nyers fényképen torzulást okoz, ha a felvétel készítésekor a kamara (így hívják ezen a területen használt fényképezőgépeket) tengelye nem merőleges a földfelszínre. Ha a terep felszíne közel vízszintes, akkor ezt a torzulást projektív transzformációval szüntethetjük meg. További torzulást okoz a domborzat hatása, a kiemelkedő részek a képközépponttól távolabb képződnek le. Az ilyen torzulások lehetetlenné teszik azt, hogy felvétel alapján a természetbeni méreteket közvetlenül meghatározzuk, mivel a képnek nincs egységes méretaránya. Az orthofotók (1. ábra) mentesek ezeknek a torzulásoknak a hatásaitól és csak ezek alkalmasak arra, hogy róluk pontos metrikus információt nyerjünk.

1. ábra AutoCAD Map-be beillesztett színes othofotó (0.25 méteres felbontás)

Az űrfelvételeknél (2. ábra) a torzulások hatásával a felhasználó már nem találkozik, mert a kereskedelmi forgalomba kerülő űrfelvételek már a lehetőségekhez mérten torzításmentesek.

A szkennelésnél a felhasznált alapanyag, a valamilyen hagyományos adathordozón lévő térkép torzulásai alapvetően meghatározzák az eredményül kapott raszteres állomány pontosságát. A szkennelt térképeknél a másik fontos torzítási tényező a szkenner kalibrációs hibája. Ezt megfelelő pontosságú és beszabályozott eszköz esetén elhanyagolható.

2. ábra AutoCAD Map-be beillesztett színes űrfelvétel (Spot 20 méteres felbontás)

Raszteres állományok megjelenítése

Az AutoCAD Map a vektoros adatok kezelése mellett alkalmas a raszteres adatok megjelenítésére is. Az orthofotók, űrfelvételek, szkennelt térképek megjelenítése során azokat a koordinátarendszerünkben el kell helyezni. Azokat az adatokat, melyek a raszter koordinátarendszerbeli elhelyezésére vonatkoznak, georeferenciának nevezzük. Legalább öt adat megadására van szükség: a raszter egyik sarkának x, y koordinátája, a képpont természetbeni mérete x illetve y irányban és egy elfordulási szög. Az AutoCAD Map a georeferencia adatokkal ellátott raszteres fájlokat automatikusan a helyükön jeleníti meg. Georeferencia adatok hiányában transzformációk segítségével tehetjük a helyére a raszter képet. A raszteres állományok nem kerülnek be az AutoCAD rajzi fájlba, annak méretét nem növelik. A rajz csak a rasztert tartalmazó fájl nevét tartalmazza a beillesztésnél használt transzformációs állandók értékével együtt. Egy rajzba tetszőleges számú raszter képet illeszthetünk be.

A raszter képhez tartozó adatok egy vagy két fájlban találhatók meg. Az egy képhez tartozó fájlok neve azonos, de a kiterjesztésük eltérő. Az egyik bináris fájl tartalmazza a képhez tartozó pixelek szín értékeit. A másik opcionális fájl tartalmazza a georeferencia adatokat, a két fájlnak azonos könyvtárban kell lennie és a nevüknek meg kell egyeznie. Az AutoCAD Map többféle georeferencia formátumot képes kezelni (World fájl, Resource fájl, Tab fájl), ezek közül az egyik, a szöveges (ASCII) adatokat tartalmazó a World fájl. Amennyiben a georeferencia adatokat tartalmazó fájl a rendelkezésre áll, akkor a Map>Image>Insert menüpont és a raszter fájl kiválasztása után a georeferencia fájlban található adatoknak megfelelő transzformációs paraméterek jelennek meg (3. ábra), ezeket csak el kell fogadni.


3. ábra Raszer beillesztés georeferencia adatok (World fájl) alapján

Mivel a World fájl szöveges formában tárolja a georeferencia adatokat (1. táblázat), ilyen fájlt egy szövegszerkesztővel is létre lehet hozni, ha a szükséges adatok rendelkezésre állnak. Az egyes különböző képformátumok esetén a World fájl kiterjesztése más és más lehet. Az AutoCAD Map számos raszter fájl formátumot támogat, ezek közül az elterjedtebbeket az 2. táblázat tartalmazza, a World fájl kiterjesztésekkel együtt. A georeferenciát tartalmazó World fájl nem Autodesk specifikus formátum, hanem számos térinformatikai rendszer képes kezelni azokat. A georeferencia állomány létrehozását az Autodesk Map program közvetlenül nem támogatja, ez az Autodesk CAD Overlay moduljának egyik funkciója. A CAD Overlay modul az AutoCAD illetve az AutoCAD Map programokkal együtt használható.

Abban az esetben, ha a geoferencia adatok nem állnak közvetlenül a rendelkezésünkre, akkor a raszter képet először tetszőleges helyre be kell illesztenünk, majd egy második lépésben ismert koordinátájú pontok alapján a helyére kell transzformálni. A transzformációhoz felhasznált illesztőpontoknak jól azonosíthatóknak kell lenniük a raszteres állományban, és a koordinátájukat ismernünk kell a rajzban használt koordinátarendszerben, vetületben. Az illesztőpontok számának függvényében más transzformációs eljárást használunk, de minimálisan két pontra van szükségünk.

Az ALIGN parancsot vagy a Map menü Transzform parancsát használhatjuk a beillesztett raszter kép transzformálására, ha csak kettő a raszteren azonosítható pont koordinátáját ismerjük. Ezek a parancsok az eltolás (MOVE), a forgatás (ROTATE) és a méretarány változtatás (SCALE) műveletet egy lépésben végzik el a megadott pontpárok alapján (4.a és 4.b ábra). A transzformálandó kép kiválasztása után, először a raszteren kell kijelölni a pont pozícióját, majd a rajzi koordinátarendszerben. A transzformálandó rasztert a keretére kattintva választhatja ki.


4. a-b ábra Egyszerű transzformáció két pont alapján

Ha a raszteren azonosítható kettőnél több pont koordinátáját ismerjük, akkor a valamennyi pontot figyelembe vevő gumilepedő (rubber sheet) transzformációt használhatjuk. Ezt a transzformációt úgy képzelhetjük el, mintha a rasztert egy rugalmas felületre vinnénk fel, melybe az illesztőpontoknál egy-egy szöget szúrunk és azt az illesztőpont koordinátájának megfelelő pontba leszúrjuk. Így a rasztert tartalmazó rugalmas felületet nyújtva, torzítva olyan transzformációt kapunk, melynek a paraméterei folyamatosan változnak. A 5. a ábra a gumilepedő transzformáció előtti állapotot ábrázolja. A piros kereszttel jelölt pontok a transzformációhoz felhasznált illesztőpontok képe a raszteren, a kék keresztek az illesztőpontok helyes pozícióját ábrázolják a rajz koordinátarendszerében. Az 5. B ábra a transzformáció eredményét mutatja. Valamennyi illesztőpont a helyére került a transzformáció után. A raszteren lévő vízszintes egyenesekből görbék lettek, ez is mutatja, hogy a transzformáció változó paraméterekkel dolgozik.


5. a-b ábra Transzformáció kettőnél több pont alapján

Egy nagyobb kiterjedésű rajz esetén könnyen előfordulhat, - főleg, ha a beillesztés során valamilyen adatot hibásan adunk meg - hogy nem találjuk a beillesztett raszter képet. Ilyenkor jó segítséget nyújt a raszter kép kiterjedésére nagyító funkció. Ezt a funkciót a Map menü Image>Manage menüpont kiválasztása után megjelenő párbeszéd ablakból érhetjük el. A párbeszéd ablakban minden beillesztett kép neve és adatai megjelennek. Először a képet kell kiválasztani, úgy hogy a nevére kattintunk a bal egérgombbal. Ezután a jobb egérgobbot megyomva megjelenik egy felbukkanó menü, melyben a Zoom To menüpont is megtalálható (6. ábra).


6. ábra Nagyítás a raszter kép kiterjedésére

A beillesztett orthofotó, űrfelvétel a georeferencia adatai a rajzban (DWG fájl) is megőrződnek. A georeferencia adatokat tartalmazó állományra (pl. .tfw) is csak a raszter beillesztése idején van szükség. A rasztert tartalmazó rajz megnyitásakor már csak a rajzi állományban tárolt transzformációs paramétereket használja az AutoCAD Map. A raszter képet tartalmazó állományra viszont mindig szükségünk van, mert a rajz csak a raszter állomány nevét és tárolási helyét tartalmazza, az adatait nem. Amennyiben a rajz megnyitásakor a rajzban tárolt nevű raszter állományt nem találja a program, akkor csak a kép kerete jelenik meg. A raszter kép keresése két lépésben történik. Először a rajzban tárolt helyen keresi az AutoCAD Map a képet tartalmazó fájlt, ha ott nem találja, akkor a projekt fájl keresési útvonalakat (Project File Search Path) járja végig a program. Ezt mindenképpen figyelembe kell venni, ha a rajzot egyik gépről egy másik gépre viszi át, vagy hálózaton keresztül szeretné megosztani a többi felhasználóval. Nem szabad elfeledkezni a raszter fájlok átmásolásáról/elérhetővé tételéről és a rajzban tárolt elérési út módosításáról. A rajzhoz rendelt raszter állományok nevét a Map menü Image>Manage menüpont kiválasztása után megjelenő listából olvashatjuk ki. Ha a rajz az átmásolás után nem ugyanazon egység ugyanaz a könyvtárába kerül, akkor vagy a raszter kép elérési útját kell módosítani vagy a projekt fájl keresési útvonalat kell módosítani. A raszter kép elérési útját az Insert menü Image manager menüpont kiválasztása után tudja módosítani (7. ábra). A projekt fájl keresési útvonalat a Tools menü Preferences menüpontjának kiválasztása után tudja módosítani, a File fülön (8. ábra).


7. ábra Raszter kép elérési útjának módosítása


8. ábra A raszter képek keresési útvonalának módosítása

Raszter képek felhasználása

A rajzba beillesztett raszter képek az AutoCAD parancsok szempontjából a többi entitáshoz hasonlóan használhatók. A raszterek a beillesztésükkor az aktuális rétegre kerülnek, a kép keretének a színe a réteg színével egyezik meg. A rétegekre vonatkozó beállítások a raszter képekre is vonatkoznak. A képet szelektálhatjuk a keretre kattintással vagy a Shift billentyű nyomvatartása mellett a kép belsejébe kattintással. Ez utóbbi szelektálási mód a Raszter bővítés beállításai között kikapcsolható. A szelektált kép keretén az AutoCAD-ben szokásos fogók jelennek meg, melyekkel a kép méretét módosíthatja, bár erre valószínűleg a georeferencia adatok vagy illesztőpontok alapján beillesztett, transzformált képek esetén nem lesz szüksége. Ez a funkció inkább az egyéb nem térkép jellegű képek, például egy épület homlokzatáról készült fénykép esetén használható a megfelelő méret beállításához.

Bár a raszter kép sok esetben hasznos, a legtöbbszőr mégis a vektoros térképek elégítik ki jobban a felhasználói igényeket. Az AutoCAD Map alkalmas arra, hogy segítségével a raszter képeket vektorizáljuk. Az úgynevezett képernyő digitalizálás során átrajzoljuk a raszter képen látható vonalakat a képernyőn. Ez a digitalizálási mód több szempontból is előnyösebb, mint a digitalizáló asztalon történő. A képernyőn tetszőleges mértékben felnagyíthatja a rasztert a pontok pontosabb azonosítása érdekében, közvetlenül érzékelhető, ha a raszterre húzott vonal entitás nem esik egybe a raszteren látható vonallal, határvonallal. A 9. ábra egy képernyő digitalizálás közbeni állapotot mutat be, a piros vonalak AutoCAD vonallánc entitások. A CAD Overlay kiegészítő modul további, a képernyő digitalizálást segítő funkciókat nyújt, mint például a raszter snap, az automatikus vonalkövetés.



9. ábra Képernyő digitalizálás

A raszter képek mérete nagyon nagy lehet, több tíz vagy akár száz megabyte. Ezek a kép méretek még a legkorszerűbb számítógépek esetén is teljesítmény visszaesést eredményeznek. A raszter képek megjelenítési sebességét növelhetjük, ha a teljes raszter helyett csak azt a részét jelenítjük meg, amellyel éppen dolgozni akarunk. A beillesztett képekhez egy téglalap vagy sokszög alakú vágó keretet definiálhatunk, melyen kívül eső képrészek nem jelennek meg. A képrészletek kivágását a Modify menü Clip>Image menüpontjának kiválasztása után adhatja meg. Először ki kell választania a raszter képet, majd a parancs sorban megjelenő információk alapján kell megadni az adatokat (10. ábra). Ugyanezzel a paranccsal kapcsolhatja ki/be illetve törölheti az előzőleg beállított vágó keretet. A képminőség romlása árán is felgyorsíthatjuk a raszter képek megjelenítését, ha a Map menü Image>Options menüpont kiválasztása után a General fülön a megjelenítés minőségét (Display Quality) Draft-ra állítjuk. A előbb említett két beállítás a megjelenítés sebességét gyorsítja, de a raszer képek által foglalt memória méretét nem módosítja. A raszter képek számára fenntarott memória mérete a raszter bővítés paraméterei között beállítható. Ezt szintén a Map menü Image>Options menüpont kiválasztása után állíthatja be a Memory fülön (11. ábra). Maximum a memória limit mezőben megadott méretű memóriát használ az AutoCAD Map a raszter képek számára. Amennyiben az itt megadott értéknél több memórai szükséges a rajzhoz rendelt raszterek kezeléséhez, akkor a háttértárolót is igénybe veszi a program, ami lelassítja a megjelenítést és a kép betöltést. Minél több fizikai memória áll rendelkezésre annál nagyobbra állíthatja a memória korlátot, de figyelembe kell venni, hogy minden határon túl nem érdemes növelni ezt az értéket, mert akkor a számítógép átlagos teljesítményét csökkenthetjük le ezzel. A memória méret megváltoztatása csak az AutoCAD Map újraindítása után lép érvénybe.


10. ábra Poligonnal határolt kivágat a képből


11. ábra Raszter képekhez fenntartott memória méretének beállítása

A munka során, ha huzamosabb ideig nincs szükségünk egy-egy raszter képre, akkor a raszter képet elrejtheti. A raszter kép kiválasztása után a jobb gomb menüből válassza a Show Image menüpontot. Az elrejtett raszter képnek csak a kerete jelenik meg, a kép által foglalt memóriát viszont nem szabadítja fel az AutoCAD Map. A képet a menüpont újbóli kiválasztásával jelenítheti meg újra. Az egyes képek által lefoglalt memóriát is felszabadíthatja az Insert menü Image Manager menüpontja segítségével. A megjelenő párbeszéd ablakban valamennyi a rajzba beillesztett raszter kép adatai láthatók (7. ábra). A jobb oldali Unload nyomógomb segítségével nem csak a képet rejtheti el, hanem az általa foglalt memória területet is felszabadíthatja. A képet az újbóli megjelenítés előtt be kell tölteni a memóriába (Reload gomb). A memóriából kitett képeknek szintén csak a kerete jelenik meg a rajzban.

Sor Leírás
1. A raszter egy pixelének x irányú kiterjedése térképi egységekben
2. Elfordulás
3. Elfordulás
4. A raszter egy pixelének y irányú kiterjedése térképi egységekben, negatív előjellel
5. A bal felső sarokba levő pixel középpontjának x koordinátája
6. A bal felső sarokba levő pixel középpontjának y koordinátája
minta 0.25
0.00
0.00
-0.25
524750.125
182999.875

1. táblázat World fájl formátum

Típus Raszter fájlkiterjesztése Georeferencia
fájl kiterjesztése
Leírás
BMP .bmp, .rle, .dib .bpw Windows és OS/2 bitmap formátum
FLIC .flc, .fli .fiw Autodesk animáció formátum
GeoSpot .bil .blw SPOT űrfelvétel formátum
GeoTIFF .tif - Georeferencia adatokkal kibővített TIFF formátum
JFIF-JPEG .jpg .jgw JPEG fájl adatcsere formátum, tömörített
PCX .pcx .pxw PC Paintbrush formátum
RLC .rlc .rcw Run length coding, tömörített
TIFF .tif .tfw Tagged Image Fájl Formátum

2. táblázat Az AutoCAD Map által támogatott fontosabb raszter fájl formátumok