2 Mapy pro orientační běh Obsah Předchozí kapitola Následující kapitola Titulní strana

          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:

Konverze vrstevnic a plošných objektů do digitálního modelu.

Obrázek 2.1
Konverze vrstevnic a plošných objektů do digitálního modelu.

Konverze liniových 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):