Presentación

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Presentación

Recreación virtual 3D de vuelos de drones
con Cesium.js y Oculus Rift
M. Di Paolantonio, C. González Fernández, M. José Latorre, F. Pedrera García y A. Roldán París
Matteo Di Paolantonio
9as JORNADAS DE SIG LIBRE Girona 26 Marzo 2015
Elecnor Deimos es un nombre comercial que engloba a las sociedades del Grupo Elecnor que operan en el área de Tecnología y Sistemas de Información: Deimos Space S.L.U., Deimos Imaging S.L.U., Deimos
Castilla La Mancha S.L., Deimos Engenharia, S.A., Deimos Space UK Ltd., Deimos Space S.r.L. (Romania).
DMS-DQS-SUPSC03-PRE-14-S
© DEIMOS Space S.L.U.
1
Tabla de contenidos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Introducción
Datos
Back-end
Front-end
Simulador
Conclusiones
Trabajo futuro
2
Introducción
3
Introducción
 Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) herramienta para la
captura de imágenes de la superficie terrestre:
• Aplicaciones:



Agricultura de precisión
Monitorización de infraestructuras
Estudios geológicos
• Datos obtenidos:



Mosaicos georeferenciados
Modelos digitales del terreno (MDT)
Nubes de puntos (telemetría)
 Trabajo:
• recreación virtual de vuelos de drones empleando tecnologías
de visualización 3D en navegadores Web con Cesium.js y
realidad virtual inmersiva con OculusRift
4
Datos
5
Datos
 Telemetría:
• Dos tipos de ficheros .dat / .csvs
• Contienen los mismos campos fundamentales (tabla)
Timestamp
Latitud
Longitud
Altura
Pitch
Roll
Yaw
[milisegundos]
[grados]
[grados]
[metros]
[grados]
[grados]
[grados]
…
[Imagen]
[string]
 Imágenes:
• Ficheros .jpg geolocalizados
• Resolución 3000x4000 pixeles
6
Back-end
7
Back-end: Arquitectura
 Raster Data Storage: instancia del file system (almacén de
imágenes)
 Vector Data Storage: base de datos implementada a través de
PostGIS (almacén de telemetrías)
 Geoserver: instancia del servidor que proporcionar los datos a
través de los estándares WMS y WFS
8
Back-end: procesamiento, carga y
distribución de telemetrías
 Procesamiento: conversión de
las telemetrías a ficheros .shp
a través del software QGIS
 Carga: creación de una nueva
tabla en el Vector data storage
por cada fichero .shp de
telemetría

shp2pgsql -W LATIN1 -s 23030 -I
fileName.shp name | psql -d
databaseName -U postgres
 Distribución: publicación de
cada capa de telemetría a
través del servicio WFS de
GeoServer(petición GeoJSON)
Timestamp
Latitud
Longitud
Altura
Pitch
Roll
Yaw
…
[Imagen]
…
…
…
…
…
…
…
…
…
{
"type": "FeatureCollection",
"totalFeatures": … ,
"features": [
{
"type": "Feature",
"id": “…",
"geometry": { "type": "Point“, "coordinates": […, …] },
"geometry_name": "geom",
"properties": { "image_name":“…", "lat": … , "lon": … , "height": … ,
"roll": … , "pitch": … , "yaw": … , "timestamp":“…“ }
}, {}, … … … …
] };
9
Back-end: procesamiento, carga y
distribución de imágenes
 Procesamiento: creación de
mosaicos y pirámides de
mosaicos a través de GDAL
 Carga: almacenamiento de los
mosaicos en el Raster data
storage
 Distribución: publicación de
cada capa de imágenes a
través del servicio WMS de
GeoServer
10
Front-end
11
Front-end: tecnologías
 Cesium: librería javascript para la
creación de globos 3D y maps 2D
•
•
•
•
Core: álgebra lineal, test de intersección,
interpolación
Renderer: abstracción sobre WebGL
Scene: representa todos los objetos
gráficos
Dynamic scene: actualiza automáticamente
las variables de entorno de cada frame
mediante el procesado de CZML (formato
ligero basado en JSON que describe
elementos gráficos y su variación en el
tiempo)
 Oculus Rift: visor de realidad virtual
•
•
•
Resolución pantalla:1920×1080
Tasa de refresco: 75 Hz
Tecnología: AMOLED
12
Front-end: arquitectura
 User Input:
•
procesa los inputs del usuario
(teclado, botones de la
interfaz)
 Profile:
•
dibuja el gráfico que representa
la altura del UAV con respecto
al nivel del mar
 Scene:
•
devuelve al main un objeto
scene (de Cesium)
 Telemetry:
•
•
Coge desde GeoServer los
datos de telemetría (GeoJSON)
Los procesa y devuelve al Main
un objeto que contiene: CZML,
Array de altura, GeoJSON, etc.
13
Front-end: flujo de trabajo
14
Front-end: CZML 1/2
 Inicialización CZML:
•
•
{
representa la telemetría como
una polilinea a través de la
propiedad path, con su ciclo de
vida definido por la propiedad
clock, y con sus valores
position y orientation
específicos para cada momento
Las propiedades se rellenan con
los campos fundamentales del
GeoJSON:
"path" : { … },
"position" : {
…,
"cartographicDegrees" : [Timestamp, Longitude, Latitude,
Height, ...]
},
"orientation":{
…,
"unitQuaternion": [Timestamp, q0, q1, q2, q3, ...]
},
"clock" : {
…,
"currentTime" :startTime
}
}
 Timestamp
 Longitud, latitud y altura
 Roll, pitch yaw
(en forma de cuaternión)
15
Front-end: CZML 2/2
 CZML y renderizaccion:
•
sincronización entre la
renderizaccion de los frames y la
animación temporal (Clock escena
= Clock CZML)


•
Cada frame actualización de los
modelos 3D de UAV y Sensor :


Cesium.requestAnimationFrame(callback)
Cesium.Clock.tick()


property.getValue(clock.currentTime)
POSITION  matriz Mt de
transformación 4x4 desde el frame
de referencia con ejes north-eastdown centrados en la posición dada,
al frame de referencia fijo del
elipsoide que representa la tierra en
la escena
ORIENTATION  matriz Mr de
transformación 3x3 volviendo a los
ángulos de Euler
Mt X Mr  conjunto de traslación y
rotación
16
Simulador
17
Simulador: modalidad Viewer
 Ratón:
•
•
•
Vista panorámica: Botón izquierdo + deslizar
Ampliar o alejar vista: Botón derecho + deslizar, o deslizar rueda del ratón
Rotar vista: Botón medio + deslizar
18
Simulador: modalidad Oculus
 Teclado:
•
•
•
•
•
W / S: movimiento cámara adelante / atras en la dirección mirada
D / A / Q / E: movimiento cámara derecha/izquierda/arriba/abajo
Shift: con presión continua duplica la velocidad del movimiento
Space Bar: nivela el punto de vista según la línea de horizonte.
J: mantiene la cámara posicionada en el mismo punto de telemetría actual
del UAV; el usuario se encuentra en el lugar de un hipotético piloto
19
Conclusiones
20
Conclusiones 1/2
 Cesium: fundamento del front-end
PROS
(3D/desarrollo/capacidades cartográficas)
CONTRAS
(tecnología nueva)
Enfoque cartográfico
(mapas, proyecciones, terrenos, funciones de
conversión de datos, widgets)
Falta de algunas capacidades
(gestión de cuaterniones / ángulos de Eulero)
Escena dinámica / CZML
Propiedades CZML reducidas
(no datos time-tagged como simples informaciones)
API detalladas
Pocos tutoriales
Plugins / comunidad de desarrolladores /OpenLayers 3
Desarrollo plugins de investigación mas que de
integración
21
Conclusiones 2/2
 GeoserverTerrainProvider (Cesium plugin)
 Modelo de elevación digital: 5 y 90 metros servidos por WMS
•
Original Geotiff
TESELAS EXTRA (fila) 90m
•
Styled Geotiff
•
Converted Geotiff
ESCALONES 5m
PICOS
5/90m
22
Trabajo futuro
23
Trabajo futuro
 Añadir modelos de elevación digital:
•
•
Cesium.CesiumTerrainProvider({....}) método que a partir de teselas de
elevación crea el modelo
Teselas servidas por GeoServer en formato quantized-mesh-1.0 o
heightmap-1.0
 Añadir funcionalidades de planificación de vuelos:
•
•
•
trayectos
modelo de UAV
modelo de la cámara
24
Muchas gracias
 Agradecimientos:
•
Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el gobierno español a través
del proyecto ADAM con referencia IPT-20111026 bajo el programa INNPRONTA
y por DEIMOS Space S.L.U.
http://www.deimos-space.com

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