Satelita w ogródku

Od 2 dni cała Polska wyczekuje na zapowiadany upadek amerykańskiego satelity zwiadowczego. Wszyscy zachowują się tak, jakby miał on spaść ze 100% prawdopodobieństwem właśnie na ten kraj "w środku Europy, gdzie ciągle samochody są kradzione, a waluta to polski złoty". Sytuacja jest naprawdę poważna "w Gdyni zbiera się pospiesznie sztab kryzysowy". Oczywiście jak już spadnie, to trafi prosto komuś w przydomowy ogródek (na dodatek w gromadkę bawiących się tam niewinnych dzieci... ach, kolejna okazja na żałobę narodową), choć niektórzy woleliby Sejm/Pałac Prezydencki/kancelarię premiera* (*niepotrzebne skreślić)

Media rozpisują się nad nad wyposażeniem satelity - czy jest tam może reaktor atomowy (nie widzą różnicy miedzy reaktorem a RTG - ważne, że w nazwie ma coś związanego promieniotwórczością), czy może jedynie "500 kilogramów hydrazyny, silnie trującego i łatwopalnego związku [...] grozi silną eksplozją". Cokolwiek by nie było, to i tak czekają nas "niewyobrażalne szkody" (wg gazet oczywiście...). Zatem szykujmy się na Armageddon.

Specjalnie na tę okazję Dziennik.pl przygotował ładną ilustrację: kilkusetkilometrowej wysokości grzyb unoszący się nad Warszawą. Gazeta.pl utrzymuje podobny poziom - artykuł ilustruje zdjęcie rosyjskiego statku transportowego Progress. Zaś TVN24 kilkukrotnie pokazywał planszę, na której zaznaczono 53 równoleżnik. Jakoś się dziwnie złożyło, że przebiegał on niedaleko na południe od Warszawy... polecam sprawdzić w dowolnym atlasie jego rzeczywiste położenie.

Nie lepiej jest i z tzw. ekspertami. Jeden z nich (również na TVN24) mówił coś o przeznaczeniu owego satelity, że szpiegowski, że robi zdjęcia itp. No i tu pan "ekspert" wspomniał o zdjęciach satelitarnych, które może kupić zwykły człowiek - o rozdzielczości 2m (taa... chyba w 1999r.), oraz tych supertajnych, robionych przez amerykański wywiad - w tym miejscu poleciał standardowy przykład o czytaniu gazety z orbity.

Wolałbym jednak, aby eksperci nie czerpali swojej wiedzy nt. satelitów obrazujących z hollywoodzkich filmów z Willem Smithem. Nie sądzę, aby tajne służby USA były w stanie pokonać prawa fizyki. Rozdzielczość kątowa każdego teleskopu zależy od dwóch rzeczy: długości fali świetlnej oraz średnicy lustra/soczewki. Interesujące nas wzory to kryterium Rayleigha R=1,22*lambda/d (to akurat dotyczy wzroku ludzkiego) oraz R=lambda/d (w przypadku współczesnych instrumentów z cyfrowymi sensorami). R oznacza tu rozdzielczość kątową w radianach, lambda to wspomniana długość fali, a d - średnica.
Zobaczmy co nam wyjdzie dla teoretycznego lustra o średnicy 10m i fali długości 450nm: 0,000000045 radiana czyli około 0,009 sekundy łuku. Umieśćmy teraz nasz teleskop na orbicie 200km nad Ziemią , gdzie otrzymana rozdz. kątowa przekłada się na 0,009m na poziomie gruntu. 9mm! Nieźle, nie? Tylko w teorii...

10m dla lustra to naprawdę dużo, w ziemskich teleskopach rzadko można spotkać aż tak wielkie pojedyncze zwierciadło, w kosmosie optyka jest o wiele mniejsza - teleskop Hubble'a ma lustro "zaledwie" 2,5m. Wybraliśmy pojedyncza falę (barwa niebieska), a przecież chcielibyśmy mieć cały zakres światła widzialnego (400-700nm). Orbita o wysokości 200km z pewnością nie należy do stabilnych - tarcie atmosfery po pewnym czasie wyhamowałoby satelitę i doprowadziło do jego upadku na powierzchnię planety (taki Quickbird, z którego pochodzi większość zdjęć w Google Earth, krąży na wysokości 450km). A skoro mowa o atmosferze, to właśnie ona ma największy wpływ na rzeczywiste osiągi - wszystkie te cząsteczki i turbulencje na drodze między satelitą a gruntem kilkukrotnie zmniejszają rozdzielczość. Dla porównania: teoretyczne osiągi ziemskich teleskopów wynoszące ~0,05 sekundy (lustro 2,5m) są redukowane 10-20 krotnie (tj. do 0,5-1 sekundy) własnie przez obecność atmosfery.

Ostatecznie z otrzymanego przez nas niecałego centymetra robi się nam tych centymetrów 10 albo i 20. Ciężko będzie w ten sposób przeczytać nie tylko gazetę (1cm również by nie wystarczył... patrz obrazek obok), ale też i numery samochodu (drugi najchętniej przywoływany w rozważaniach o super-satelitach przykład)... poza tym raczej ciężko o tablice rejestracyjne umieszczane na dachu i skierowane do góry ;)

Jeśli wierzyć Wikipedii, to rozdzielczość 15cm posiada seria wywiadowczych satelitów Keyhole: KH-11, 12 i 13. Wciąż to jest jednak zdolność teoretyczna, bez uwzględnienia wpływu atmosfery.
Najlepsze omercyjne satelity mogą się pochwalić rzeczywistymi rozdzielczościami w okolicach 50cm: wspomniany już Quickbird - 60cm, WorldView-1 oraz jeszcze nie wystrzelony GeoEye-1 - 50cm (50cm będą miały zdjęcia dostępne publicznie, 40-45cm przeznaczone są dla rządu USA).
Podane wielkości odnoszą się do zdjęć panchromatycznych (w uproszczeniu: czarno-białych), zdjęcia multispektralne (kolorowe) są ~4x mniej dokładne. Możliwe jest złożenie dwóch takich zdjęć (pansharpening) - z jednego zdjęcia bierzemy informację o jasności (luminancja), a z drugiego o kolorze (chrominancja). Wzrok ludzki jest o wiele bardziej wrażliwy na zmiany jasności niż samej barwy, więc i tak nie zauważymy różnicy...

Wracając jeszcze do spadającego satelity: oznaczony jako USA-193 (NRO L-21) należy do NRO, wyposażony prawdopodobnie w radar wysokiej rozdzielczości, wystrzelony został w grudniu 2006, początkowo poruszał się po orbicie o wysokości ok. 350km, obecna orbita jest o ~100km niższa, jego aktualną pozycję można zobaczyć na stronie Heavens Above.

Do tej pory z nieba spadło wiele setek starych statków (w tym masywne stacje kosmiczne Skylab i Mir), ofiara była tylko jedna - australijska krowa zabita przez szczątki Skylaba...


Na deser naga pani w oszałamiającej rozdzielczości 15cm/px - prosto z KH-12!Jak widać (a raczej: nie widać), opalającym się nago w ogródku ze strony satelitów nic nie grozi, obawiać się raczej trzeba sąsiada na drzewie... lub nisko przelatujących samolotów :P

Nadrabianie zaległości

Sesja skończona, więc można się zabrać za ciekawsze rzeczy... np. za dema Crysisa i Wiedźmina (a w gry nie grałem od... hohoho lat). W przypadku tego pierwszego cała frajda sprowadza się do łażenia po wyspie i podziwiania pięknych widoków, natomiast fabuła i sama rozgrywka nie robią już takiego wrażenia (choć i tak jest 10x lepiej niż w Far Cry); jeśli chodzi o Wiedźmina, to niesamowicie mnie wciągnął - tak bardzo, że chyba kupię pełną wersję...


Wracając do tematyki bloga - kilka krótkich i chaotycznych informacji z ubiegłego miesiąca (kolejność mocno przypadkowa):

• nowa wersja (1.5.0) kosmicznego symulatora Celestia - długa lista zmian na forum programu


• nowa wersja globusa ESRI ArcGIS Explorer (build 450)


• z serii "nieznane, specjalistyczne wirtualne globy" - GooberEarth - ciągle w fazie rozwoju, w porównaniu do Google Earth czy NASA World Wind wygrywa przynajmniej pod jednym względem - nie ma problemów z wyświetlaniem obszarów podbiegunowych (wystarczy porównać to z tym)


• kolejny (hmm... który to już z kolei?) geoportal - geoportal.org stworzony został przez ESA, FAO i GEO; wywodzi się z innego portalu eoportal.org; w przyszłości możliwe będzie nawet ściągnięcie programu na dysk (obecna informacja na stronie pobierania jest trochę enigmatyczna)


• 27 terabajtów dodanych w aktualizacji do Virtual Earth - dane obejmują modele 3D (kilkanaście miast w USA), zdjęcia lotnicze (też USA) i Bird's Eye (kilkadziesiąt miast w USA i Europie - głównie Niemcy, Hiszpania i Szwecja) - pełna lista


• aktualizacja dla Google Earth - brak nowych zdjęć, zmiany obejmują jedynie dodatkowe warstwy (National Geographic, USGS Earthquakes, drogi i nazwy geograficzne)
  

• Mateusz Łoskot poinformował o newsie na LinuxNews dot. projektu OpenAerialMap - OAM opiera się na podobnych zasadach co OpenStreetMap, tyle że zamiast tracków GPS gromadzi zdjęcia satelitarne i lotnicze (oczywiście wszystko na wolnych licencjach); jak na razie projekt korzysta głównie z danych NASA i USGS; podstawowa różnica - o ile każdy może zarejestrować ślad GPSem i dodać do OSM, to w przypadku OAM nie jest już tak łatwo - trzeba się wznieść w powietrze, zrobić zdjęcie, poddać je ortorektyfikacji i jeszcze odpowiednio umieścić w układzie współrzędnych (pewnym ułatwieniem mogą być systemy takie jak Pict'Earth czyli zdalnie sterowane modele samolotów wyposażone w kamery/aparaty cyfrowe, odbiornki GPS + odpowiednie oprogramowanie)


• zacząłem od Crysisa i na nim skończę - twórca blogu Digital Urban zaimportował do Crysisa model Londynu oraz modele ze Sketchup 3DWarehouse - na razie można pooglądać kilka filmików
  

World Wind WiiMote VR

Od kilkunastu dni po sieci krąży filmik, na którym amerykański student Johnny Chung Lee przedstawia technikę śledzenia ruchów głowy z wykorzystaniem kontrolera od konsoli Nintendo Wii. Zmiana położenia użytkownika powoduje odpowiednią zmianę obrazu wyświetlanego na ekranie. Być może ciężko to opisać słowami, ale od czego w końcu jest Youtube... kilka chwil pozwala bez trudu pojąć całą ideę. Jak widać w ten sposób można uzyskać iluzję prawdziwej trójwymiarowości i głębi na płaskim ekranie.

Co to ma wspólnego z wirtualnymi globusami? Odpowiedź jest prosta: od dziś każdy może przetestować identyczną technikę w NASA World Wind, a to dzięki Nigelowi Tzeng, który dodał do WW specjalny plugin:

Do samodzielnego wypróbowania potrzebny będzie kontroler Wiimote i sensorbar (ten ostatni może być zastąpiony przez dwie diody LED) oraz World Wind z wbudowanym pluginem (można pobrać z repozytorium SVN i skompilować lub skorzystać z gotowego builda).

Polskie miasta w Google Earth

Wygląda na to, że włodarze polskich miast odkryli w końcu Google Earth. Welcome to 2006...

Jak donosi Gazeta Wyborcza "Katowice mogą być pierwszym w Polsce miastem, które będzie miało kompletną trójwymiarową mapę w serwisie Google Earth". Jest to o tyle ciekawe, bo nieco wcześniej w tej samej gazecie można było przeczytać "Szczecin jako pierwszy w Polsce współpracuje z Google przy tworzeniu trójwymiarowej mapy miasta". Katowice muszą się więc spieszyć, bo na razie pojawił się jedynie pomysł:
"Objectlab już przekonał do swojego pomysłu firmę Google, pokazał też projekt katowickim urzędnikom. Teraz czeka na odpowiedź z ich strony [...] Uważam, że propozycja jest niezwykle interesująca, ale o szczegółach będziemy mogli rozmawiać, gdy poznamy dokładny kosztorys projektu, bo jest to pomysł bardzo kosztowny - zastrzega Waldemar Bojarun, rzecznik katowickiego UM."
tymczasem w Szczecinie prace już trwają - urząd miasta razem z firmą Google ogłosił konkurs Pokażmy Szczecin Światu, w którym do wygrania jest wiele atrakcyjnych nagród (laptopy, odtwarzacze MP3, nawigacja GPS, aparat cyfrowy). Wystarczy do końca stycznia przesłać stworzony w programie Sketchup model dowolnego budynku. Jak na razie nagród jest więcej niż prezentowanych prac, ale może po prostu ktoś zapomniał umieścić w galerii pozostałe... (update: były 3, teraz tj. 11.01 jest ich aż... 7)
"W połowie lutego modele 3D szczecińskich obiektów powinny znaleźć się w Googlach"

Jednak Szczecinowi nadal daleko do takiego Berlina, Drezna czy też Hamburga - wszystkie te niemieckie miasta opublikowały w ubiegłym roku modele 3D, składające się dziesiątek i setek tysięcy pojedynczych budynków.
W obu wymienionych artykułach pełno jest słów "pierwszy", "jedyny", "byłaby to pierwsza taka realizacja na świecie" (no tak, rzeczywiście byłaby to pierwsza wizualizacja aglomeracji śląskiej w GE na świecie ;) oraz zachwytów nad opisywanymi projektami. I choć na papierze wszystko robi wrażenie, a samo przedsięwzięcie godne jest pochwały, to należy pamietać, że w przypadku Katowic mamy jedynie pomysł, a szczeciński konkurs nie sprawi, że w Google pojawi się całe miasto (co najwyżej kilkadziesiąt-kilkaset budynków).

I jeszcze jedna rzecz - dziennikarze jak zwykle nie mają zielonego pojęcia o sprawach technicznych/komputerowych. Nie potrafią nawet odróżnić programu od strony internetowej:
"...jeśli do wyszukiwarki na stronie serwisu wpisze się nazwę Katowice..." huh?

Model 3D posiada też Warszawa - w 2006 opracowano dzielnicę Śródmieście, a w 2007 już całe miasto (około 487 km^2). Do jego stworzenia wykorzystano zdjęcia lotnicze z maja 2005 (z tych samych zdjęć powstała ortofotomapa stolicy). Jednak zwyczajny internauta raczej sobie go nie poogląda (dostępna jest jedynie namiastka obejmująca Plac Zamkowy i Stare Miasto), na dzień dzisiejszy można o nim tylko poczytać.
Podobnie ma się sprawa z Wrocławiem (na zlecenie urzędu miasta firma TeleAtlas stworzyła liczący niemal 80 tysięcy budynków model) i zapewne także z inymi miastami - modele istnieją, ale nie są (jak na razie?) publicznie dostępne. A szkoda, w końcu to wszystko z naszych podatków...

Dane, dane, dane...

Na początek uaktualnienie w Google Earth. Na blogu Lat Long znowu mamy kolejną porcję zagadek. Niektóre z nich dotyczą terenów Polski (2. - zamek w Ogrodzieńcu, 6. - katedra w Poznaniu), GEarthBlog wspomina jeszcze o Warszawie (powołując się na niemieckie forum), ale wg mnie zdjęcia stolicy nie zmieniły się od czasu październikowej aktualizacji.

Najważniejsze jest jednak dodanie danych LIMA (Landsat Image Mosaic Of Antarctica), przedstawiających Antarktydę w 15m/px (dotychczasowe zobrazowania nie przekraczały kilkuset m/px). W takiej rozdzielczości nie zobaczymy jednak całego kontynentu, a jedynie jego część (tę zewnętrzną poniżej 82° S). Wynika to z parametrów orbity satelity Landsat, z którego pochodzą zdjęcia. Poza tym GE nie za bardzo nadaje się do przegladania obszarów polarnych - im bliżej bieguna, tym zdjęcia bardziej zniekształcone (kwadratowe 'cegiełki' są ściskane, by przy samym biegunie stać się wydłużonymi trójkątami); do tego dochodzi jeszcze sprawa ściągania zupełnie niepotrzebnych danych (stojąc na biegunie w polu widzenia mamy całe 360° cegiełek do pobrania). Podobny problem występuje również w World Wind.

Google dość szybko uwinęło się z dodaniem mozaiki, która opublikowana została na początku grudnia. Dane LIMA można oglądać też przez mapowy interfejs na stronie projektu lub w dowolnym kliencie WMS - mamy wtedy dostęp do kilku wersji mozaiki różniących się kolorem i kontrastem, do tego jeszcze dane Radarsat i MODIS Mosaic of Antarctica (już bez dziur;)

Z pustyni lodowej przenieśmy się na pustynię z piasku... W lecie 2006 amerykańskie agencje NRL oraz USGS wykonały ponad 32000 zdjęć lotniczych Afganistanu. Zbiór ten (Rampant Lion Data) udostępniono w ubiegłym miesiącu. Ortofotografie można obejrzeć przez przeglądarkę OpenLayers na stronie, WMS lub plik kml dla Google Earth. Jest też dodatek dla NASA World Wind.

Serwer OnEarth od początku grudnia ma nową warstwę o nazwie MODIS Daily Planet. Jest to mozaika niemal całej planety w rozdz. 250m/px, uaktualniana na bieżąco (od zrobienia zdjęcia do pokazania go na mozaice mija 6-24 godzin; dostępne od dawna warstwy Aqua i Terra składały się z pojedynczych scen-wysepek zebranych poprzedniego dnia). Do jej tworzenia wykorzystuje się 80 GB danych (dziennie!) z satelity Terra.
Dostęp przez WMS, KML dla GE oraz dodatek dla WW.


Brazylijski Geoportal - daje dostęp do kilkuset (kilku tysięcy?) miast ze szczegółowymi mapami, zdjęciami, wyszukiwaniem adresów i tworzeniem tras. Istnieje zarówno wersja 2D (mapa OpenLayers na stronie internetowej) jak i 3D (aplikacja), którą oparto na NASA World Wind.
Co ciekawe, oprócz przetłumaczenia na portugalski, zmiany obejmują również wygląd - twórcy postanowili upodobnić program do GE: znajdziemy tam boczny panel podzielony na 3 części i kompas wraz z suwakami do nawigacji.
Chwali się wykorzystanie open source - oprócz WW i OL mamy tam też WMS+TileCache. [Ciekawe dlaczego u nas tak nie mogą? Wyszło by taniej i lepiej... :P]


Skoro mowa o geoportalach, to francuski dorobił się 3 wymiaru. Co prawda sama możliwość nawigacji 3D pojawiła się już w lipcu tego roku, ale dopiero w grudniu dodano kolekcję budynków 3D. Geoportail.fr zapowiadany był jako odpowiedź na amerykańskie Google Maps/Earth i pierwszy taki serwis w Europie, a mimo tego wersja 3D opiera się na amerykańskiej technologii ;) tj. na pluginie SkylineGlobe wraz z jego wadami (Windows only) i zaletami (hmm... to są takowe?). Trochę obrazków można pooglądać na francuskim blogu.
[Jak widać francuzi podobnie jak my lubią ograniczać dostęp do danych, za które obywatele płacą w podatkach...]


Na koniec jeszcze krótko o ortofotmapie Warszawy - jeszcze chyba w lecie do zdjęć z 2005 i 1945 roku doszedł również fotoplan z 1935 oraz zwykły plan z 1939. Niestety, od kilku dni serwis nie działa (przeglądarka jeszcze się ładuje, ale dane już nie...)


PS I jeszcze o starych danych, ale w nowej formie - użytkownicy Google Maps API mogą już korzystać z map Marsa, Księżyca oraz nieba (Google Sky).


Update [20.12.07]:
Odpowiedzi do pozostałych zagadek oraz lista wszystkich odświeżonych obszarów pojawiły się już na blogu LatLong.
W tym samym czasie Microsoft opublikował 36TB zdjęć (lotnicze - 44+5 lokacje, satelitarne - 17 i Bird's Eye - 26+36; poza tym uaktualniono zdjęcia w Wielkiej Brytanii oraz dodano zdjęcia Holandii) dla Virtual Earth/Live Maps - szczegóły tutaj.

Cienie i blaski cieniowania

Jak przedstawić na mapie (obiekcie dwuwymiarowym) ukształtowanie terenu (a więc trzeci wymiar)? Zapewne większość z nas zaproponowałaby metodę hipsometryczną - niziny na zielono, wyżyny na żółto, a góry na czerwono... Co zrobić jednak, gdy chcemy na tej samej mapie umieścić również elementy krajobrazu? Jak wyglądałaby np. zielone lasy na zielonej nizinie? W mapach topograficznych mamy po prostu poziomice, ale również i ta metoda ma swoje wady: przede wszystkim na pierwszy rzut oka (bez wczytywania się w opisy warstwic) ciężko stwierdzić czy coś jest 'górką' lub 'dołkiem'.

Rozwiązaniem może być zastosowanie cieniowania - na mapę nanosi się cienie rzucane przez obiekty terenowe. Źródło światła znajduje się zazwyczaj w lewym górnym rogu (północny-zachód jeśli mówimy o kierunkach), co na naszych szerokościach geograficznych jest niezbyt zgodne z rzeczywistością (w końcu Słońce świeci od południa), ale zastosowanie takiego samego umiejscowienia na wszystkich mapach pozwala uniknąć dwuznaczności typu góra/krater. Końcowy efekt jest niezwykle estetyczny, a płaska mapa się uplastycznia, zyskując dodatkowy wymiar (no, może pół...:)

Cieniowania nie stosuje się wyłącznie na tradycyjnych mapach z papieru. Można go stosować do map elektronicznych. Od pewnego czasu robi to Microsoft w serwisie Virtual Earth, a od wczoraj także Google Maps, gdzie pojawiła się nowa zakładka Terrain (zniknął za to tryb Hybrid, jest on teraz dostępny jako opcja Show Labels pod Satellite). W VE cieniowanie jest subtelne, w GM cienie są ciemniejsze, a źródło światła jest umieszczone niżej, dzięki czemu można dostrzec nawet najmniejszy pagórek.
Cieniowanie w GM uwidacznia różnice w szczegółowości danych wysokościowych dla różnych obszarów - dla Szwajcarii rozdzielczość DTM wynosi 10m, dla przyległych krajów (i większości świata poza USA) jedynie 90m - wystarczy rzut oka na mapę:

View Larger Map

Oczywiście metodę można też stosować tam, gdzie 3D mamy z definicji. W NASA World Wind bez problemu dodamy cienie do dowolnej mapy (zarówno topo jak i orto, choć efekt jest najbardziej widoczny dla tych pierwszych), możemy też zmienić kierunek i wysokość Słońca.
(na obrazku cieniowanie 'tradycyjne' NW + wys. 45° oraz SE + Słońce tuż nad horyzontem)