2 Mapy pro orientační běh |
![]() ![]() ![]() ![]() |
Prvním krokem rozpoznávání objektů je přesná definice dokumentu a jeho komponent - v mém případě mapy pro orientační běh. Výsledkem seznámení je jednak přesný popis mapy, dále pak návrh struktury digitálního modelu terénu (model terénu je vstupem druhé diplomové práce a jeho strukturu jsme stanovili společně s autorem druhé diplomové práce hned na počátku).
Pro seznámení s mapami jsem použil publikaci [10] a především mapy samotné. Přestože objekty na mapách podléhají standardu, v některých mapách (zejména starších), které jsem měl k dispozici, se vyskytly drobné odlišnosti. V popisu se proto snažím postihnout různé varianty zakreslení objektů, ale zcela jistě se mi nepodařilo postihnout všechny varianty.
Kromě samotného popisu objektů také uvádím návrh způsobu uložení v digitálním modelu terénu a důležité znaky objektů, na nichž by mohlo být založeno rozpoznávání. Rozpoznávání samotné jsem ale neimplementoval, takže uvedené návrhy nemusí být použitelné.
2.1 Měřítko a orientace mapy
Mapy pro orientační běh jsou standardně orientovány horní stranou směrem na sever. V tomto se všechny mapy shodují. Odlišnosti se vyskytují v měřítku a intervalu vrstevnic (tj. po kolika metrech jsou vrstevnice zakresleny, interval vrstevnic se označuje jako ekvidistance). Měřítka se používají v rozsahu od 1:5 000 do 1:20 000 (běžnou hodnotou je 1:15 000), ekvidistance v rozsahu od 1 m do 10 m (běžnou hodnotou je 5 m).
Z výše uvedeného textu vyplývá, že orientace mapy na sever je samozřejmá, měřítko a ekvidistanci je nutné zadat jako parametr rozpoznávání.
I bez předchozího návrhu uložení mapy je zřejmé, že bude nutné stanovit datový typ pro uložení souřadnice (ten bude použit i pro výškové rozložení). Při návrhu je nutné vzít v úvahu následující kritéria:
Protože se podmínky odkazují na rozlišení, ve kterém budou mapy digitalizovány, je nutné nejprve stanovit rozlišení. Pro účely rozpoznávání je nutností, aby nejtenčí čáry vyskytující se v mapě měly po digitalizaci tloušťku minimálně 3 - 4 pixely. Na druhou stranu by rozlišení mělo být co nejmenší, aby digitalizované mapy nebyly neúnosně veliké. Oběma podmínkám vyhovuje rozlišení 600 x 600 dpi.
Jeden pixel v takto digitalizované mapě odpovídá ve skutečnosti vzdálenosti 64 cm. Za předpokladu maximální reálné vzdálenosti dvou vrstevnic 1 km (vzdálenost krajních bodů v běžné mapě je zpravidla okolo 5 km) lze snadno spočítat, že budou-li vrstevnice po 4 metrech, znamená to pokles na 1 pixel o 2,5 mm. Pro uložení souřadnic objektů a výšek bude tedy postačovat přesnost na milimetry. Pokud použijeme celočíselný typ velikost 32-bitů, hodnoty budou stačit na popis oblasti velikosti 4295 x 4295 km.
2.2 Tiskové barvy a způsob tisku
Mapy jsou vytištěny na bílém, zpravidla kvalitním lesklém papíře. Pro tisk map se používá celkem pět tiskových barev. Všechny barvy se vyskytují jako syté, u některých barev se používají také 25% a 50% odstíny. Odstíny bývají obvykle vytištěny jako rastr syté barvy o příslušné hustotě (způsob tisku rastru se ale liší). Přehled barev a jejich použití je uveden v tabulce 2.1. RGB hodnoty jsou pouze informativní, u různých map jsou tyto hodnoty mírně odlišné.
tisková barva | sytá barva | 25% odstín | 50% odstín | RGB hodnota |
žlutá | ano | ne | ano | [100,0; 75,0; 0,0] |
zelená | ano | ano | ano | [0,0; 75,0; 0,0] |
modrá | ano | ne | ano | [0,0; 0,0; 100,0] |
hnědá | ano | ne | ano | [50,0; 25,0; 0,0] |
černá | ano | ne | ne | [0,0; 0,0; 0,0] |
Tabulka 2.1
Tiskové barvy.
Barvy se tisknou postupně od nejsvětlejší k nejtmavší - tj. v pořadí uvedením v tabulce. Skutečné tiskové barvy nekryjí dokonale, to znamená, že např. zelená barva přetištěná přes žlutou není shodná se zelenou barvou bez podkladu. Tuto vlastnost je nutné vzít v úvahu při klasifikaci barev.
2.3 Objekty na mapách
Objekty na mapách je možné rozdělit do třech základních kategorií: na bodové (např. pramen), liniové (např. silnice) a plošné (např. pole). Symboly jsou zakresleny v měřítku 4:1 v porovnání se skutečnou mapou. U každého symbolu je uvedena barva a odstín, u liniových útvarů také tloušťka čáry.
2.3.1 Bodové objekty
Bodové objekty jsou symboly s přesně definovaným tvarem a velikostí, většinu z nich není možné ani otáčet. Výjimku tvoří pouze budovy (tvar symbolu a velikost je shodný se skutečnou budovou) a skály (skály se značí shodně jako kameny, ale jejich tvar a velikost je shodná se skutečnou skálou) - z tohoto důvodu by měly být tyto speciální varianty bodových objektů zahrnuty spíše do kategorie plošných objektů. Pro jejich ] tisk se používá všech tiskových barev kromě žluté.
Bodové objekty mají při tisku přednost před liniovými objekty. Pokud je tedy např. jáma na místě, kudy prochází vrstevnice, vrstevnice je na tomto místě přerušena. Překrytí dvou těsně sousedících bodových objektů stejné barvy je možné (a dokonce běžné). Umístění bodového objektu na ploše shodné barvy je prakticky možné pouze v případě zelené (výrazný strom) a to pouze na zelené ploše světlejšího odstínu.
název objektu | symbol | barva | odstín | otáčení | poznámka |
kříž | ![]() | černá | 100% | ne | |
posed | ![]() | černá | 100% | ne | |
krmelec | ![]() | černá | 100% | ne | |
hraniční kámen | ![]() | černá | 100% | ne | |
budova | ![]() | černá | 100% | ano | symbol má tvar a orientaci skutečné budovy |
jiný umělý objekt | ![]() | černá | 100% | ne | |
malá kupka | ![]() | hnědá | 100% | ne | skupina těchto symbolů značí rozbitý povrch |
kámen | ![]() | černá | 100% | ne | skupina těchto symbolů značí kamenné pole |
skupina kamenů | ![]() | černá | 100% | ne | |
jáma | ![]() | hnědá | 100% | ne | |
kamenná jáma | ![]() | černá | 100% | ne | shodný symbol značí také jeskyni (lze jej otáčet) |
jáma s vodou | ![]() | modrá | 100% | ne | |
jeskyně | ![]() | černá | 100% | ano | shodný symbol značí také kamennou jámu (nelze jej ale otáčet) |
malá prohlubeň | ![]() | hnědá | 100% | ne | |
pramen | ![]() | modrá | 100% | ano | pramenící potok vytéká vždy směrem ven z půlkruhu |
studna | ![]() | modrá | 100% | ne | |
vývrat | ![]() | hnědá | 100% | ne | |
výrazný strom | ![]() | zelená | 100% | ne |
Tabulka 2.2
Bodové objekty.
Pro uložení bodových objektů v digitálním modelu terénu bude postačovat pouze informace o umístění (bez vertikální složky, tu lze dopočítat z vertikálního rozložení) a druh objektu. Objekty, které je možno otáčet budou navíc ještě vyžadovat údaje o otočení. Speciální bodové útvary (budova, jeskyně) by měly být uloženy jako plošné objekty.
Pro rozpoznávání bodových objektů by bylo výhodné použít nějakou metodu založenou na porovnávání vzoru a obrazu. Metody založené na segmentaci budou působit potíže při překrytí několika symbolů, bylo by je ovšem možné využít pro rozpoznání symbolů, které je možné otáčet. Obtížné bude rozpoznání budov a skal - oba tyto druhy objektů jsou zakresleny pomocí černé oblasti závisle na tvaru skutečného objektu, u budov lze předpokládat, že mají pravoúhlé rohy.
Dále je nutné rozlišit bodové objekty od součástí plošných symbolů. Např. pole je zakresleno jako žlutá plocha s pravidelnými černými tečkami, pomocí stejné černé tečky se značí také kámen.
2.3.2 Liniové objekty
Liniové symboly představují buď skutečné liniové objekty, vodicí linky (svislé čáry ve směru sever - jih), nebo rozhraní mezi plošnými objekty (viz níže). Pro tisk liniových objektů se používají černá, hnědá a modrá. Linie jsou přerušeny v místech, kde jsou umístěny bodové symboly stejné barvy.
Liniové symboly používají čáry čtyř různých tlouštěk - tyto jsem označil písmeny A (nejtlustší čára) až D (nejtenčí čára).
A 0,4 mm 9 pixelů při rozlišení 600 x 600 dpi B 0,3 mm 7 pixelů při rozlišení 600 x 600 dpi C 0,2 mm 5 pixelů při rozlišení 600 x 600 dpi D 0,1 mm 3 pixely při rozlišení 600 x 600 dpi
Tloušťka některých liniových objektů (např. silnice nebo vodního toku) závisí na jejich skutečné velikosti, v tomto případě je v tabulce uvedena tloušťka *. Následující tabulka obsahuje popis liniových symbolů:
název objektu | symbol | barva | odstín | tl. čáry | poznámka |
vodicí linky sever-jih | ![]() | modrá | 100% | D | přerušeny na místech obsahující jiné modré objekty |
brodný potok/řeka | ![]() | modrá | 100% | * | |
nebrodný potok/řeka | ![]() | modrá | 100% | * | ohraničena plnou černou barvou tl. D |
meliorační příkop | ![]() | modrá | 100% | C | |
úzká bažina | ![]() | modrá | 100% | C | |
schůdný skalnatý sráz | ![]() | černá | 100% | C/D | podélná čára je tloušťky C, příčné tloušťky D |
neschůdný skal. sráz | ![]() | černá | 100% | A/D | podélná čára je tloušťky A, příčné tloušťky D |
železnice | ![]() | černá | 100% | A | |
zpevněná cesta | ![]() | černá | 100% | A | |
vozová cesta | ![]() | černá | 100% | A | |
cesta | ![]() | černá | 100% | B | |
pěšina | ![]() | černá | 100% | C | |
průsek | ![]() | černá | 100% | D | |
elektrické vedení | ![]() | černá | 100% | D | příčné čáry označují sloupy |
zeď | ![]() | černá | 100% | D | |
překonatelný plot | ![]() | černá | 100% | D | |
nepřekonatelný plot | ![]() | černá | 100% | D | |
vrstevnice | ![]() | hnědá | 100% | B, D | každá pátá vrstevnice je zvýrazněna |
pomocná vrstevnice | ![]() | hnědá | 100% | D | slouží pro zjemnění detailů |
hluboká rýha | ![]() | hnědá | 100% | B | |
mělká rýha | ![]() | hnědá | 100% | C | |
sráz | ![]() | hnědá | 100% | C/D | |
kupka | ![]() | hnědá | 100% | D | |
prohlubeň | ![]() | hnědá | 100% | D | |
hráz | ![]() | hnědá | 100% | D | |
silnice | ![]() | hnědá | 50% | * | ohraničena plnou černou čarou tl. D |
silnice | ![]() | hnědá | 100% | * | méně obvyklá varianta, ohraničena plnou černou čarou tl. D |
Tabulka 2.3
Linové objekty.
Kromě samotných liniových symbolů je ještě pro cesty značené čárkovanou čarou zaveden způsob značení křížení cest a cesty s vodním tokem:
název objektu | symbol | poznámka |
nezřetelná křižovatka cest | ![]() | symbol slouží pouze pro cesty vyznačené čárkovanou čarou, u ostatních cest křižovatka vždy zřetelná |
zřetelná křižovatka cest | ![]() | symbol slouží pouze pro cesty vyznačené čárkovanou čarou, u ostatních cest křižovatka vždy zřetelná |
přechod brodem | ![]() | symbol slouží pouze pro cesty vyznačené čárkovanou čarou, u ostatních cest přechod vždy lávkou nebo mostem |
přechod lávkou nebo mostem | ![]() | symbol slouží pouze pro cesty vyznačené čárkovanou čarou, u ostatních cest přechod vždy lávkou nebo mostem |
Tabulka 2.4
Křížení liniových objektů.
Liniové symboly je možné rozdělit podle významu do třech kategorií:
Rozpoznávání liniových objektů bude pravděpodobně nejproblematičtější. Většinu symbolů lze rozlišit pouze pomocí tvaru, tloušťky a barvy, ale význam některých symbolů určuje až kontext (např. vrstevnice a rýhy). Další komplikací je přerušování linií v místech bodových symbolů a jiných objektů (např. v místě skalnatého srázu nebo lomu). Jednou z možností je využít zeštíhlování linií a zkoumat jejich strukturu (základy zeštíhlování a strukturální analýzy lze nalézt v [4]).
2.3.3 Plošné objekty
Plošné objekty jsou značeny buď souvislou barevnou plochou, nebo plochou vyplněnou vzorkem, nebo kombinací plochy a vzorku. Při rozpoznávání bodových a liniových symbolů je třeba tuto vlastnost vzít v úvahu, protože je možné zaměnit vzorek plošného objektu a samostatný bodový či liniový objekt. Pro tisk plošných útvarů se používají všechny tiskové barvy.
název objektu | symbol | barva | odstín | poznámka |
otevřený prostor | ![]() | žlutá | 100% | |
pole | ![]() | žlutá | 100% | obsahuje tečky černé barvy odstín 100% |
sad | ![]() | žlutá | 100% | obsahuje tečky zelené barvy odstín 100% |
neprůchodný hustník | ![]() | zelená | 100% | |
průchodný hustník | ![]() | zelená | 50% | |
průchodný les | ![]() | zelená | 25% | |
řídký les | ![]() | papír | ||
paseka | ![]() | žlutá | 50% | |
hustý podrost | ![]() | zelená | 100% | |
řídký podrost | ![]() | zelená | 100% | |
vodní plocha | ![]() | modrá | 50% | ohraničena plnou černou čarou tloušťky D |
vodní plocha | ![]() | modrá | 100% | méně běžný způsob, ohraničena plnou černou čarou tloušťky D |
průchodná bažina | ![]() | modrá | 100% | |
neprůchodná bažina | ![]() | modrá | 100% | ohraničena plnou černou čarou tloušťky D |
bažinatý les | ![]() | modrá | 100% | |
zpevněná plocha | ![]() | hnědá | 50% | např. parkoviště, ohraničena plnou černou čarou tloušťky D |
zastavěná plocha | ![]() | černá | 100% | ohraničena plnou černou čarou tloušťky D |
zakázaný prostor | ![]() | černá | 100% | ohraničen plnou černou čarou tloušťky D |
Tabulka 2.5
Plošné objekty.
Plošné objekty mohou být ohraničeny několika různými způsoby. Buď je na mapě pouze přechod mezi plošnými objekty, potom je hranice nevýrazná. Druhou možností je zvýraznění objektů dělící čarou (a to buď plnou nebo tečkovanou) - v tomto případě se jedná o zřetelnou hranici. U některých objektů je ohraničení plnou čarou povinné, v takovém případě je uvedeno v tabulce přímo u liniového či plošného objektu. Pravidla vyznačení hranice jsou zřejmá z následující tabulky:
název objektu | symbol | barva | odstín | tl. čáry | poznámka |
nevýrazná hranice porostů | ![]() | ||||
výrazná hranice porostů | ![]() | černá | 100% | D | |
nevýrazná hranice lesa | ![]() | ||||
středně výrazná hranice lesa | ![]() | černá | 100% | D | méně časté |
výrazná hranice lesa | ![]() | černá | 100% | D | na některých mapách jsou takto označeny všechny hranice lesa |
Tabulka 2.6
Hranice plošných objektů.
Uložení plošných objektů v digitálním modelu terénu je možné v zásadě dvojím způsobem, podobně jako u liniových objektů:
Rozpoznávání plošných objektů je závislé na ostatním rozpoznávání, v konečné fázi by mohlo využít skutečnosti, že bodové i liniové objekty již byly rozpoznány a v mapě zbyly pouze plošné objekty.
2.3.4 Dodatečně doplněné objekty
Do map určených pro závod někdy pořadatel ještě dotiskává další informace - např. polohu startu a cíle, zakázané prostory apod. Dodatečné doplnění se provádí zásadně červenou barvou. Dotištěné objekty nesouvisí s terénem a není nutné je rozpoznávat, je ovšem nutné je z mapy odstranit. Fakticky se jedná o zavedení šesté tiskové barvy, která je tištěna naposledy.
Při rozkladu na tiskové barvy působí potíže množství odstínů a zavedení další barvy situaci dále komplikuje. Proto, je-li to možné, je lepší použít mapu bez dotisku.
2.4 Digitální model terénu
O možnostech uložení jednotlivých druhů objektů jsem se již zmínil. Po dohodě s autorem prohlížeče terénu jsme společně zvolili následující variantu:
Obrázek 2.1
Konverze vrstevnic a plošných objektů do digitálního modelu.
Obrázek 2.2
Konverze liniových objektů do digitálního modelu.
Přesný formát souboru je uveden v kapitole o implementaci.
Převod rozpoznaných objektů do tohoto digitálního modelu je relativně samostatnou a obtížnou úlohou. Z této oblasti bych chtěl upozornit na některé komplikace související s generováním výškové sítě (předpokládám korektní rozpoznání objektů):