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Capas de Escena y la especificación I3S para trabajar a través de la plataforma ArcGIS

Por Chris Andrews en 18 de Septiembre 2016


Nuevas capacidades de distribución y visualización para datos 3D a través de la plataforma

Autores: Chris Andrews, Pascal Mûller, Johannes Schmid, Tamrat Belayneh, Dragan Petrovic, Sud Menon.

Uno de los desarrollos más impresionantes vistos en la Conferencia de Usuarios Esri 2016 es el aumento de la importancia de desplegar las capacidades 3D en los usuarios y en la comunidad SIG a partir del éxito en los esfuerzos logrados a través de la plataforma ArcGIS. En la UC, los usuarios y colaboradores vieron que un solo ciclo de lanzamiento anual se dio a conocer la posibilidad de compartir y visualizar un nuevo tipo de dato, con mallas integradas. Aun se continúa mejorando la capacidad de una capa de malla integrada, permitiéndoles a los usuarios visualizar e interactuar con información de texturas a través de la web, Runtime, aplicaciones de escritorio, y programas empresariales fueron un paso integral para ayudar a la comunidad SIG a usar datos desde drones, aeronaves, y satélites en 3D.

La posibilidad de entregar la nueva capacidad de malla integrada fue posible porque al framework 3D subyacente de la infraestructura WebGIS de Esri soporta patrones comunes para crear nuevos tipos de capas. Juntos con los Scene Layers y la especificación I3S (Indexed 3D Scene Layer) se ha vuelto habilitadores para los lanzamientos de Esri en nuevas capacidades 3D tales como la capa de mallas integradas. Después de muchos años de investigación y desarrollo, Esri lanzó I3S bajo licencia de Creative Commons como una especificación abierta en abril el año 2015. El logro para I3S fue crear un mecanismo de distribución a través de la plataforma para visualización y análisis de contenido 3D que satisfaga campo, web, y uso de casos empresariales.

Para lanzar I3S como especificación abierta, colaboradores y usuarios pueden explorar como los datos y los servicios implementando estas especificaciones son usados por aplicaciones cliente a través de la plataforma ArcGIS. Se está trabajando con los socios de negocio quienes pueden dar una retroalimentación e ideas que puedan contribuir al desarrollo de las Capas de Escenas y se espera más colaboración e interacción por parte de la comunidad para direccionar el desarrollo de I3S en el futuro. Se espera que, por exponer I3S como una especificación abierta, los proveedores de datos puedan crear contenido que sea usable de forma inmediata para los usuarios por medio de la plataforma ArcGIS en cualquiera de sus formas.

Capas de Escenas y I3S al alcance de su mano.

Con algunos clics en cualquier navegador web o con la aplicación gratuita de escritorio ArcGIS Earth puede acceder y explorar las Capas de Escena. Por ejemplo, buscando “scene layer” en ArcGIS Online, un usuario descubrirá escenas web y capas de escenas disponibles al público, compartidas por la comunidad de ArcGIS Online que puede ser inmediatamente visualizado por cualquier navegador moderno. Estas Capas de Escenas son basadas en la transmisión de servicios web que siguen las especificaciones I3S y pueden ser accedidas desde navegadores web, aplicaciones y dispositivos móviles.



En ArcGIS Earth, un usuario puede buscar una escena usando la interfaz de navegación de la aplicación y buscando el contenido en ArcGIS Online. El visor de escenas web en ArcGIS Online o en ArcGIS Earth puede ser usado para rápidamente combinar escenas con otro contenido que le permita contar una historia o realizar un análisis.



Capas de Escena y I3S son esenciales en el Web GIS

La plataforma ArcGIS es un sistema integrado para crear, curar, y distribuir datos a través de las compañías y organizaciones de cualquier tamaño y complejidad. La plataforma le permite a los usuarios trabajar con productos de información con mayor valor, tal como lo mapas web, escenas web, capas web, que pueden ser usados ya sea de forma individual o combinarse y reusarse con otras aplicaciones incluyendo las de escritorio y realizar navegación sobre dispositivos móviles.



I3S fue concebido porque el contenido 3D es a menudo más pesado que el contenido 2D. Los modelos de construcciones 3D, por ejemplo, puede ser en gran manera más complejos y ocupar más espacio de almacenamiento que las huellas de construcciones 2D de las mismas construcciones.

En la arquitectura Web GIS, las capas de escena basadas en I3S representan un patrón para almacenamiento y acceso a la memoria cache de las entidades, geometría y atributos de información específicamente diseñados para transmitir grandes, y heterogéneos grupos de datos y tener acceso rápido ya sea desde la web, localmente o en un dispositivo. Las capas de escenas capturan las geometrías, las texturas, los atributos, o la variedad de campos los cuales están representados, Las capas de escenas también permiten la captura a lo largo de múltiples niveles de detalles (Levels of Detail LOD) con sistema de gráficos de información de instrucciones tales como índices espaciales, información de sistemas de coordenadas (Global, Cartesiano y Vertical), e incluso visualización explicita de los Niveles de Detalle de la información basado en parámetros de visualización de pantalla.





Las escenas web y las capas de escenas fueron introducidas conceptualmente a finales del año 2014 con el lanzamiento de ArcGIS Pro 1.0 y la correspondiente actualización de ArcGIS Online, así que estos son relativamente nuevos en el ecosistema de Esri.

En implementación de I3S en la plataforma ArcGIS y en las capas de escenas, se ha trabajado activamente para seguir permitiendo a que este tipo de capas tengan la misma equivalencia que otras capas del Web GIS. Las capas de escena,  deben ser capaces de ser simbolizadas, analizadas, vistas, combinándolas en aplicaciones y mapas, e incluso dar la posibilidad de ser modificadas. Mientras los patrones para el mantenimiento y administración de capas de escenas y su cache asociado están todavía implementándose incrementalmente a través de la plataforma, el rumbo está claro. Se reconoce, por ejemplo, que las actualizaciones son incrementales y vincular las capas de escenas de forma más directa a las fuentes de datos es clave para permitirles a los usuarios quienes trabajan con amplios volúmenes de datos trabajar con datos 3D.

Dentro de una capa de escena

La transmisión de capas de escenas está basada en la especificación I3S. El servicio I3S representa todos los aspectos de una capa de escena incluyendo geometría, atributos y opcionalmente las texturas en una manera que le permite a las aplicaciones acceder rápidamente a partes de la capa que necesitan ser desplegadas y analizadas. Las capas de la escena son elementos en el modelo de información del portal web que hacen referencia a servicios y I3S añade información adicional para personalizar estilos. El modelo de información proporciona un repositorio para explorar y buscar capas de escena y otros elementos.

I3S fue diseñado específicamente para visualizar y acceder rápidamente a grandes cantidades de contenido 3D. Dentro de un cache I3S, los datos son organizados en un orden jerárquico en nodos basados en la estructura que subdivide el contenido acorde a los patrones que mejor se adapten al tipo de dato representado. La jerarquía del nodo padre-hijo captura relaciones de progreso en la representación de los datos desde los más bajos hasta los más altos niveles de detalle, los cuales pueden representar capas de entidades o caracterizar localizaciones (mallas o nubes de puntos). Por ejemplo, en el caso de integrar una gran superficie con una malla derivada de la fotogrametría, los datos pueden proporcionar un gran número niveles de detalle con nodos padres para un almacenamiento de una versión generalizada de la malla los cuales tanto la textura de la imagen como la geometría de tipo vector de la malla son representados de forma generalizada a lo largo de cada nivel de detalle generado por los nodos.

La jerarquía de los nodos puede ser heterogénea. Basado en una agrupación espacial dentro de un conjunto de datos altamente distribuido, algunas áreas dispersas pueden necesitar menor nivel de detalle a diferencia de otras, esto se encuentra delimitado en la especificación. I3S fue construido para grupos de datos extremadamente grandes – millones de puntos globalmente distribuidos, grandes ciudades con gran cantidad de texturas, o gigabytes de información de mallas y textura - y la flexibilidad de los nodos basados en jerarquías además de la definición de índices que se acomodan en gran manera a la variación de la distribución de datos. El contenido puede proporcionar ventajas de capacidades adicionales para sintonizar los niveles de detalle con el despliegue y visibilidad que mejor se ajuste al comportamiento de los datos.

Cada nodo I3S contiene información incluyendo la referencia a los nodos hijos, la geometría, atributos, y textura de las imágenes. La geometría de la información o carga útil, representa modelos 3D, integrada a mallas de datos, puntos o nube de puntos, pueden ser especificados ya sea en un formato simple JSON o en un formato binario dependiendo del volumen y el uso destinado. La carga útil de la información incluye variaciones que le permitirán a la capa de escenas verse mejor en diferentes plataformas y dispositivos. Normalmente I3S soporta de forma opcional texturas de compresión S3, por ejemplo, permite una visualización más rápida de la información de la textura de las imágenes en los dispositivos de Microsoft Windows.

Múltiples tipos de capas

I3S permite la definición de múltiples tipos de capas con perfiles asociados que pueden ser usados para representar diferentes categorías de datos. Normalmente, la especificación I3S describe los tipos capas de escenas y perfiles asociados para objetos 3D, puntos, y mallas integradas.

Capas de Objetos 3D representan una amplia colección de modelos 3D que representan entidades como construcciones o vehículos.

Capa de Puntos representa puntos de tipo vector ya sea en coordenadas de dos dimensiones como en tres dimensiones. Los puntos en una capa de escena pueden ser simbolizados usando algún símbolo 2D, incluso usando marcadores de imágenes, o usando una simbología 3D donde cada símbolo es un modelo 3D.

Capa de Malla Integrada puede ser usada para representar un dato como una textura a partir de una malla triangular, son usados típicamente para representar superficies. A menudo son derivadas del procesamiento de imágenes capturadas con drones, aeronaves, o vía satélite. Las mallas integradas pueden representar pequeñas zonas y construcciones de la misma forma que ciudades y países completos.



A futuro se planea que los tipos de capas I3S se incluyan tipos de datos como nubes de puntos, y 3D para líneas y polígonos. Esto para anticiparse a tipos de datos sugeridos por la comunidad SIG 3D.

Sistemas de coordenadas flexibles

Una de las áreas en las cuales se ha podido responder a las necesidades de los usuarios es en los rangos y tipos de sistemas de coordenadas de la información en los cuales se captura la capa de escena. I3S es capaz de acomodarse a la mayoría de formas de representación visual que los usuarios requieren incluyendo la visualización globa,l así como la representación Cartesiana 3D en el cual la superficie de la tierra es “plana” pero los elementos verticales obtienen un valor de altura. En una aplicación cliente de ArcGIS, las vistas globales son siempre desplegadas en el sistema de coordenadas WGS84. Recientemente se ha definido un mecanismo para declarar el conjunto de coordenadas verticales de los datos, incluyendo unidades de medición vertical y ajustes para declarar sí o no los valores de altura se definen con respecto a un modelo elipsoidal de la superficie de la Tierra o con respecto a una superficie definida por gravedad ("nivel medio del mar ').



Usable donde sea a través de una interfaz REST o como un Paquete de Capas de escena

Otra característica importante de las capas de escena es que pueden ser distribuidas en la web, en dispositivos móviles y en clientes de escritorio a lo largo de la plataforma usando un número de patrones diferentes.

La mayoría de los usuarios interactuarán con capas de escena que se muestran desde ArcGIS Online desde una implementación en ArcGIS Server. En este caso el cache de la capa de escena reside en el servidor y es retornado hacia el cliente a través de la interfaz REST que expone los recursos direccionándolos a la web para la capa de escena, sus nodos, y sus recursos asociados (geometrías, atributos, texturas).

Algunos usuarios incluso interactúan con capas de escenas entregadas como un solo archivo de paquete de capas de escena que puede ser localmente almacenado y accedido. Usualmente desde ArcGIS Earth y el nuevo producto de Esri Drone2Map, estos son capaces de visualizar los paquetes alojados localmente y desplegar cientos de gigabytes de información almacenados en el formato de paquete de capas de escena.

Se planea evolucionar los paquetes de capas de escenas web teniendo en cuenta la necesidad de almacenar nuevos tipos de datos y optimizar el despliegue en dispositivos móviles. Se espera recibir una retroalimentación acerca de los aspectos de I3S por parte de la comunidad de socios de Esri y los usuarios.

Publicar Capas de Escenas como un usuario SIG estándar

Cualquier usuario con licencia de ArcGIS Desktop concurrente puede crear y compartir capas de escenas basadas en las especificaciones I3S. Los requisitos de configuración mínimos que se deben tener son la versión más reciente de ArcGIS Pro y una suscripción activa de ArcGIS Online. Por ejemplo, un usuario de ArcGIS Pro podría tomar las huellas de los edificios que tiene en su contenido para incluirlas dentro del contenido dispuesto al público, puede extrudir las huellas usando ArcGIS Pro y así crear objetos 3D (almacenados en un feature class multipach) y luego crear un paquete de una capa de escena desde los resultados de la extrusión. El proceso de crear paquetes de capas de escena genera todos los recursos necesarios que son parte de una capa de escena en caché y los empaqueta en un solo archivo que admite el acceso directo a los sub recursos individuales dentro el mismo. El paquete de capas de escena puede ser cargado en ArcGIS Online y publicado como un elemento de tipo capa de escena, haciendo las construcciones accesibles inmediatamente en el visor de escena web, Web AppBuilder, Story Maps y ArcGIS Earth.



Más allá de este patrón básico del uso de ArcGIS Pro y ArcGIS Online, a través de la creación inicial de los paquetes de capas de escena en ArcGIS Pro, los usuarios ArcGIS también pueden publicar información 3D directamente de su ArcGIS Server con la generación de un caché que se produce en el servidor. Los usuarios Desktop también pueden usar el Script de Python y automatizar el proceso de publicación de I3S. Se está a la expectativa de ver formas adicionales de crear capas de escena dentro de la plataforma ArcGIS basados en los diferentes patrones de creación y uso de contenido 3D. Por ejemplo CityEngine recientemente hizo el lanzamiento de la capacidad de crear paquetes de escenas y también se está explorando la habilidad de crear capas de escena desde los Feature layes SIG que ya están alojados en ArcGIS Online.

El consumo de I3S a lo largo de la plataforma

Las capas de escena han sido diseñadas para el consumo mediante clientes web, móvil y de escritorio. Esri ha construido tres distintas tecnologías de implementación para el consumo de capas basadas en I3S dentro de la plataforma ArcGIS y ha movido estos dentro de las diferentes aplicaciones ArcGIS 3D. Estas implementaciones les permiten a los clientes consumir contenido I3S en cualquier lugar en su organización dependiendo de su experticia y la experiencia de los usuarios final que se desee. ArcGIS Pro además de ser la principal herramienta para la creación de contenido 3D, es el principal lugar para consumir este tipo de contenido. Un usuario de ArcGIS Pro puede conectarse a ArcGIS Server o ArcGIS Online, buscar las capas de escena que se encuentren privadas dentro de la organización o las que se encuentren compartidas de manera pública y usar dichas capas para crear escenas, layouts e incluso animaciones.

Las capas de escena se pueden usar para enriquecer los flujos de trabajo de escritorio tales como la creación de videos de alta calidad en ArcGIS Pro.



El API de JavaScript de ArcGIS también incluye capacidades para acceder y desplegar contenido 3D desde capas de escena. El API de JavaScript esta tanto para ArcGIS Server como para ArcGIS Online. Las capas de escena pueden ser usadas con el visor de escena web, en Story Maps y en Web AppBuilder, los cuales se basan en este API. Actualmente el acceso de JavaScript es solo de lectura, pero está entre los planes implementarlo para el acceso de lectura y escritura de servicios de features y otros tipos de capas.



También se implementó la capacidad de consumir capas de escena en las librerías de ArcGIS Runtime. ArcGIS Earth y Drone2Map están construidos con el ArCGIS Runtime SDK para .NET, en versión 10.2.7 y son unos muy buenos ejemplos de aplicaciones 3D construidas en Runtime que trabajan con I3S, KML y otros tipos de contenido 2D y 3D. Los desarrolladores pueden explorar el ArcGIS Runtime para ver como agregar capas de escena dentro de sus propias aplicaciones 3D personalizadas, incluyendo aplicaciones en iOS y Android que están en versiones beta del ArcGIS Runtime y que ahora están disponibles.

ArcGIS Earth y Drone2Map son aplicaciones completamente soportadas que trabajan de manera nativa con contenido I3S. Cualquier usurario ArcGIS con acceso a Drone2Map puede procesar imágenes recolectadas con drones y generar mallas integradas SPKs que pueden ser cargadas y publicadas en ArcGIS Online. ArcGIS Earth puede ser usado para visualizar las capas de escena resultantes desde ArcGIS Online o los paquetes de capas de escena pueden ser arrastrados dentro de ArcGIS Earth y ser visualizadas como archivos locales.



Los creadores de contenido y I3S

Una de las razones por las que I3S fue lanzada como una especificación abierta fue para potencializar a los creadores de contenido a generar contenido de salida que trabaje a través de la plataforma ArcGIS. Somos conscientes que muchos de los nuevos formatos de datos 3D y métodos de recolección están siendo adoptados rápidamente en la industria de los SIG.Proporcionar herramientas que permitan a los proveedores de contenido compartir con certeza su contenido a nuestra comunidad de usuarios SIG es parte esencial de cualquier modelo de negocio basado en contenido. Esta primavera hemos logrado trabajar con tres diferentes proveedores de datos. Vricon, Bentley Systems, y Pix4D, los cuales comenzaron a crear contenido I3S que pueda ser consumido por los usuarios finales.

Vricon

Vricon usa imágenes de satélite y algoritmos de Machine Learning para crear mallas con texturas detalladas de grandes áreas del globo. Normalmente trabajan en fragmentos de datos que pueden cubrir 10.000 Km2 y pueden tener decenas de gigabytes en tamaño. Vricon necesita formatos de datos que le ayuden a entregar datos rápidamente a una variedad de dispositivos y que puedan ser usados de manera inmediata en un gran segmento del mercado de los SIG. Con I3S Vricon está ahora habilitado para entregar mallas de capas de escena como paquetes y como contenido de ArcGIS Online.



Pix4D

Pix4D crea y licencia software para la creación de datos de mallas de textura y nubes de puntos desde imágenes. La tecnología Pix4D crea mallas 3D a partir de imágenes tomadas por drones y proporciona sus propios productos como software OEM para sus socios.

Bentley Systems

Es emocionante escuchar que el equipo de Bentley Systems’ ContextCapture ha incluido I3S en el lanzamiento de su producto este año. ContextCapture es un producto de software que permite a los usuarios con grandes volúmenes de imágenes basadas en sensores remotos, procesar dichas imágenes y crear mallas de texturas detalladas.



Estamos ansiosos de trabajar con muchos más socios, que ya han empezado a investigar las capas de escena y anticipamos que algunas de las futuras capas escena que estamos planeando para compartir ampliarán las oportunidades de nuestros miembros aún más.

Como encontrar más información

Como usuario la mejor manera de encontrar más información acerca de I3S es iniciara con la exploración de las capas de escena en ArcGIS Online o descargar ArcGIS Earth y agregar capas de escena desde ArcGIS Online o desde Living Atlas. Nosotros hemos compartido muchos ejemplos de este tipo de capas las cuales están disponibles en Living Atlas en este blog.

Alguno enlaces para explorar datos compartidos con I3S que recomendaríamos que incluyen

Para los proveedores de datos interesados, así como cualquier persona interesada en los detalles técnicos de las capas de escena y I3S, hemos actualizado el acceso público para la especificación abierta de I3S.

Animamos a los proveedores de datos y creadores de contenidos a explorar esta especificación, dar su opinión y hacernos saber cómo podemos mejorarla con el fin de satisfacer las necesidades de los clientes. Los desarrolladores también pueden buscar acerca de I3S en el sitio web de desarrolladores.

Para donde vamos

Una mirada hoy a las capacidades de I3S a lo largo de la plataforma ArcGIS revela que tenemos que enfocarnos inicialmente en la visualización y distribución. A medida que avanzamos hacia el futuro, tenemos planeado introducir nuevos tipos de datos 3D así como mejorar las capacidades de las capas de escena ya existentes para así gradualmente agregar capacidades analíticas, administrativas y de visualización. El mercado del SIG 3D está creciendo rápidamente y tenemos la intención de evolucionar I3S para apoyar las nuevas tecnologías, los flujos de trabajo e incluso la manera en que se interactúa con la realidad virtual, la realidad aumentada y la impresión 3D.

Este artículo fue publicado originalmente el 14 de septiembre de 2016.

Fuentes

Blog ArcGIS

https://blogs.esri.com/esri/arcgis/2016/09/18/i3s-scene-layers/

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