Tutorial: WebODM

Site: OpenCourseWare for GIS
Course: Processamento de imagens de Drones com WebODM (Web Open Drone Map)
Book: Tutorial: WebODM
Printed by: Guest user
Date: Monday, 22 April 2024, 5:42 AM

1. Introdução

Neste tutorial aprenderás como utilizar  WebODM.

WebODM é uma interface web amigável de OpenDroneMap (ODM). ODM é um motor de processamento de código aberto para o processamento de imagens de drones, criação de nuvens de pontos, modelos 3D e ortofotos.

Objetivos de aprendizagem

Depois de realizar este tutorial serás capaz de:

  • Usar  WebODM instalado no servidor
  • Cargar as imagens de drones no WebODM
  • Avaluar as opções das tarefas mais importantes
  • Gerar nuvens de pontos
  • Gerar Modelos Digitais de Superficie
  • Gerar Ortofotos
  • Visualizar e avaliar resultados no  WebODM
  • Visualizar e avaliar resultados no  QGIS
  • Comparar resultados de diferentes tempos no QGIS

2. Teoria

Olhe este vídeo para conhecer a teoria e uma vista geral deste tutorial.


3. O que podemos fazer com o WebODM?

WebODM é uma interface web amigável de Open Drone Map (ODM)

Estas são as características do WebODM:

Features of WebODM.
Source: WebODM website

Fonte: website WebODM

Neste tutorial abordaremos os temas:

  • ortomosaicos;
  • nuvens de pontos;
  • modelos de elevação;
  • medições;
  • exportar;
  • compartilhar.

4. Começar com o WebODM

WebODM é um software de código aberto e você pode instalá-lo em seu próprio computador ou servidor. Você pode obter serviços pagos que tornam as atividades mais fáceis.

Você pode revisar as diferentes opções no site WebODM website. Não explicaremos como instalar o WebODM em seu computador, mas se estiver interessado, você pode revisar las instructiones.

1. Em um navegador da Internet, vá para a página WebODM.

2. Use suas credenciais para fazer o login.


3. Click em Log in

Agora que você se conectou ao WebODM, olhe a página Dashboard:


No próximo capítulo, criaremos nosso primeiro projeto.


5. Adicione um novo projeto

A primeira etapa é adicionar um novo projeto à sua conta.

1. Dê um Click em  Add project.


2. Na janela que aparece, insira um nome e uma descrição.

3. Dê um Click em Create Project.

Agora olhe para o projeto que você adicionou ao painel:


Você ainda pode alterar o nome e a descrição com um clique no ícone Editar.

 

No próximo capítulo, adicionaremos as imagens do drone.


6. Selecione as imagens de drones

Neste capítulo, adicionaremos a filmagem do drone.

Preparamos um conjunto de dados de voo sobre uma área de cultivo em Moatize, Moçambique para este tutorial. O conjunto de dados contém:

Primeiramente, trabalharemos com as imagens de 19 de dezembro de 2019. Em seguida, repita o procedimento com as imagens de 22 de janeiro de 2020.


1. Baixe as imagens de 19 de dezembro de 2019: Moatize_Flight_20191219.tar.gz

2. Os dados são compactados em um formato chamado tarball. Extraia o arquivo tarball usando o software de descompactação. Uma ferramenta de descompactação de código aberto é o 7-Zip.

Certifique-se de extrair a pasta para o seu disco rígido (por exemplo, D: \ Moatize_Flight_20191219).


3. No painel WebODM, selecione  Select Images and GCP.



4. Na janela Upload de arquivo, selecione todas as imagens (Ctrl-A é um atalho para selecionar todas) e clique em Open.


Como alternativa, arraste e solte os arquivos no WebODM. Você pode adicionar de diferentes pastas com um Clique em Selecionar Imagens e CGP novamente.


Agora observe que o Dashboard mostra os 32 arquivos selecionados.


No próximo capítulo, revisaremos as configurações na janela de diálogo.


7. Revisão da configuração

Agora, selecionamos 32 imagens do Drone, precisamos revisar a configuração com a criação de uma nova Tarefa (Tarefa) em seu Projeto (Project).

  

O WebODM lê os metadados das imagens. Os arquivos são armazenados como tags EXIF ​​e arquivos JPG. EXIF é a sigla para Exchangeable Image File Format. As marcas podem incluir informações sobre o local onde a imagem foi tirada. Esta informação vem do GPS do drone.

  

Imagens com informações de geolocalização em tags EXIF ​​podem ser usadas para produzir ortofotos e modelos de elevação georreferenciados. Se a informação de localização não existir, você ainda pode criar uma nuvem de pontos e um modelo 3D, embora sem georreferenciamento. Posteriormente, discutiremos brevemente como adicionar Pontos de Controle (GCP) no WebODM que permite a produção de ortofotos georreferenciadas e modelos de elevação.

 

Vamos rever as diferentes configurações da janela de diálogo


Name

É o nome padrão da Tarefa (Tarefa) gerada pelo WebODM usando a localização EXIF ​​e dados temporários. As coordenadas são utilizadas na busca pelo nome de um lugar.

Você pode editar o nome, se necessário. Mantenha o nome por padrão.

Processing Node

Este é o nó onde o cálculo é executado. Sua conta está configurada com um nó de computação específico (você pode ver isso ao usar o menu suspenso), você pode mantê-lo em Auto. Em outra configuração onde você tem vários nós disponíveis, você pode escolher um que deseja ou usar Auto para selecioná-lo automaticamente com o menor número de tarefas de processamento.

Options

Esta opção permite que você controle o algoritmo que é usado no processamento de imagens Drones, você pode escolher uma lista predefinida de configurações. Se você mover o ponteiro do mouse sobre as predefinições, ele mostrará opções que podem ser usadas, mas são um pouco enigmáticas.

  • Padrão: crie uma nuvem de pontos, uma ortofoto e um DMS
  • Alta resolução: fornece saída de alta resolução, mas o tempo de processamento será longo.
  • Ortofoto rápida: se você está interessado apenas em uma ortofoto
  • DSM + DTM: gerar um DTM mais o DSM
  • Floresta: Haverá um grande número de pontos e uma alta qualidade que melhor representa as Florestas
  • Ponto de Interesse / Edifício: Melhor representação de malhas que realçam estruturas feitas pelo homem.
  • Modelo 3D: otimizar a malha
  • Análise de volume: otimize o DTM e DSM para cálculo de volume.
  • Multiespectral: inclui parâmetros para imagens multiespectrais, como calibração radiométrica

 

Você pode alterar manualmente as opções de muitas tarefas disponíveis com um clique em Editar. Por enquanto, mantenha as opções padrão Padrão.



Redimensionar imagens

Você pode reduzir o tamanho das imagens alterando as configurações aqui. É útil diminuir a quantidade de memória usada e aumentar a velocidade de processamento. É uma compensação, é claro, com a qualidade dos resultados. Neste caso, não iremos redimensionar as imagens porque isso já foi feito para os fins deste tutorial.


1. Selecione para Resize Images No.

Agora, configure os parâmetros conforme a tela abaixo se parece com:



2. Dê um Click em Review para executar.

No próximo capítulo, iremos processar as imagens.


8. Início do processamento

Neste capítulo, iniciaremos o processamento das imagens.

1. Verifique se a configuração é mostrada na imagem abaixo. Clique em Click a Cancel para fazer correções, se necessário.

2. Se a configuração estiver correta, clique em Iniciar processamento.

 Agora a tarefa foi executada, o que demorará um pouco.

 Enquanto isso, explicaremos o que acontece agora.

 Primeiro, suas imagens são carregadas para a pasta correta no servidor. As imagens são então enviadas para o nó de renderização selecionado. Essas duas etapas são necessárias, porque os nós de processamento podem ser distribuídos em computadores remotos e as imagens precisam estar disponíveis no nó para processamento futuro. Em seguida, a tarefa é executada no nó e no Dashboard observaremos o andamento, inclusive o tempo decorrido.



Quando a tarefa de processamento for concluída, prosseguiremos para o próximo capítulo do tutorial.


9. Ver resultado no WebODM em 2D

Assim que a tarefa de processamento for concluída, podemos ver os resultados no WebODM. Então vamos baixar os resultados e visualizá-los no QGIS.

Primeiro, vamos olhar nossos resultados em 2D.




9.1. Observar a ortofoto

Vamos primeiro dar uma olhada na ortofoto produzida

1. Dê um Click em View Map.

A interface WebODM agora exibe ortofotos com o mapa de base híbrido do Google Maps:


2. Revise os resultados da seguinte forma: 

  • Altere a opacidade com o controle deslizante na parte inferior da tela.
Compare os resultados com mapas base diferentes usando o ícone   no painel à direita da tela.

Observe que a imagem do satélite ESRI não está disponível para esta área e o OSM Mapnik (OpenStreetMap) também não possui muitas informações. Portanto, basta comparar com a camada híbrida do Google Maps.


3. Aumente o zoom e compare a resolução do mapa base com a ortofoto derivada do drone. Qual deles tem mais detalhes?

Na próxima seção, adicionaremos um polígono com nossa área de interesse.




9.2. Adicionar dados vetoriais

Podemos adicionar dados vetoriais no formato GeoJSON ou Shapefile. Adicionaremos o limite de nossa área de interesse.


1. Baixe os limites de nossa área de interesse: bdry.zip

2. Extraia a pasta para o seu disco rígido. Você obterá os arquivos de um Shapefile:

O WebODM só aceita arquivos compactados.

3. Compacte os arquivos Shapefile no formato Zip e nomeie-os como maize_plot.zip


4. Volte ao WebODM em seu navegador e clique no ícone  do painel, à direita da tela, assim adicione o arquivo zip compactado.
5. Selecione o arquivo maize_plot.zip e clique em Open.

Agora, olhe para o polígono do Shapefile que está sobreposto à sua ortofoto.





Na próxima seção, derivaremos as linhas de contorno do DSM.

9.3. Derivar linhas de contorno

A criação de linhas de contorno é possível.


1. Clique no ícone    do painel do lado direito da tela.

Aqui você pode indicar:

  • Intervalo (equidistância) das curvas de nível.
  • A camada da qual é derivado. No nosso caso, escolhemos um DSM, porque o processamento padrão que usamos não usa o DTM.
  • Grau de simplificação
  • Projeção de saída
2. Mantenha as configurações padrão e clique em Preview.

Depois de algum tempo, o resultado aparecerá:



  • O que você pode dizer sobre a forma da área de interesse?

É possível exportar os resultados para diferentes formatos:


3. Salve os contornos como um Geopacote e guarde-o para uso futuro, quando trabalharmos com QGIS.

4. Click no ícone   para remover a visualização.

Na próxima seção, faremos medições com o mapa.



9.4. Medição da longitude, área e volume

Também podemos realizar medições de volume, área e comprimento em vista 2D.


1. Click no ícone   no painel do lado direito da janela.
2. Selecione "Criar uma nova medição"


3. Crie um polígono que segue a forma do nosso campo de interesse, colocando dois nós no mapa.

4. Click em Finish measurement.

Após o cálculo, o resultado da medição é exibido no mapa:




Na próxima seção, visualizaremos a vista do DSM em 2D.


9.5. Visualização do modelo de superfície em 2D

Na visualização 2D, podemos visualizar o DSM derivado.

1. Na parte superior direita da tela, clique em  Surface Model.

Isso exibirá o DSM para a área:

Agora, parte de nossa visão é coberta pelo polígono de nossa região de interesse. Vamos esconder isso.

2. Click sobre o ícone  .

Desta forma, controlaremos as camadas que iremos visualizar. Por exemplo, podemos desativar o polígono (maize_plot.zip) e adicionar os locais das câmeras onde o drone tirou as fotos.

Isso também mostrará as elevações em um histograma de frequência.

Em Cor, você pode escolher diferentes rampas de cores. Com o valor de Shading, você pode alterar o sombreamento da elevação. Exporte também a imagem do tipo GeoTiff para uso em um GIS.

3. Experimente outras configurações de cor e sombreamento.

4. Exclua o polígono de medição que criamos anteriormente com um Clique nele e selecione excluir no PopUp.


5. Se o resultado for do seu agrado, pode clicar em   para compartilhar o link com outras pessoas. Pessoas com o link só verão o resultado de forma interativa.

No próximo capítulo, exploraremos a visualização 3D.

10. Visualização dos resultados em 3D

No capítulo anterior, exploramos a visualização 2D do WebODM. Agora, revisaremos a visualização 3D.

1. Vamos para a visualização 3D. Isso pode ser feito de diferentes maneiras:

  • Se você ainda estiver na visualização Visualização 2D, clique no ícone   para alternar para Visualização 3D.
  • Se você estiver no painel, clique em View 3D Model.

Agora, olhe para a visualização 3D com a nuvem de pontos da área:




2. Aumente o zoom, usando a rolagem do mouse para ver os pontos da nuvem. Mude de lugar com o mouse e obtenha uma cena familiar com a navegação.

 

Na seção Navegação, existem diferentes opções para navegar com as opções 3D:


3. Explore as diferentes opções de navegação.

 

Na próxima seção, exploraremos as diferentes ferramentas na visualização 3D.



10.1. Características da vista em 3D

A visualização 3D possui recursos interessantes para visualizar os dados em 3D.

Primeiramente, visualizaremos a posição da câmera do drone quando as fotos forem tiradas.

1. Em  Cameras verificamos a caixa de seleção Show Cameras e inspecionamos o resultado.

Também podemos visualizar a textura, ao invés da nuvem de pontos com cores RGB.

2. Desative as câmeras.

3. Em Textured Model marque a caixa de seleção Show Model.

Pode demorar um pouco para implantar.

4. Revise o resultado. O que você observa nos limites da imagem?


Também podemos alterar a aparência da nuvem de pontos.

5. Desative  Show Model em Textured Model, para que você possa ver a nuvem de pontos novamente.

6. Em Appearance você pode alterar diferentes configurações, como:

  • Orçamento de pontos: número de pontos a serem exibidos
  •  O campo de visão determina o tamanho da cena visível do ponto de vista
  • Você pode desativar Eye-Dome-Lighting para observar os pontos sem o efeito de sombreamento
  • Mude o plano de fundo para Skybox para obter um céu dramático sobre a cena



Na próxima seção, exploraremos as medições na visualização 3D.


10.2. Medições em vista 3D

A visualização 3D possui várias ferramentas de medição.

1. Expanda a seção Tools.

Explore as seguintes ferramentas para diferentes medições no espaço 3D:

 Medição de ângulo entre diferentes pontos 3D que você seleciona na cena

 A medição do ponto retorna as coordenadas x e z de um local selecionado

 Medindo a distância entre os pontos selecionados

 Medição de altura: diferença de altura de dois pontos selecionados

 Medição circular

Medindo o ângulo entre dois pontos em graus de bússola

 Medindo áreas de polígonos

 Medição de volume

 Medição de volumes

 Desenhe um perfil de altura

 Adicionar anotações

 Exclua medições

2.Experimente essas ferramentas para fazer medições em visualização 3D.

Na próxima seção, vamos cortar áreas.


10.3. Recortes

Às vezes, não estamos interessados ​​em uma cena completa. No nosso caso, estamos interessados ​​apenas na área de interesse. Existem diferentes ferramentas de corte disponíveis.

1. Expanda a seção Clipping.

Os diferentes métodos são:

 Clip um volume

 Recorte um polígono

 Desenhe uma caixa de seleção. Neste método, você precisa alterar a vista Orthographic em Navigation.

Em Clip Task indique se você precisa destacar Highlight os pontos dentro do polígono, mostre os pontos apenas dentro (Inside) do polígono ou mostre apenas os pontos (Outside) do polígono.

2. Use esta ferramenta para mostrar apenas os pontos dentro da safra de milho que são de nosso interesse.

No próximo capítulo iremos exportar os dados que usaremos no GIS.

11. Downloads ativos

Embora o WebODM tenha algumas ferramentas interessantes para visualização e medição de dados, pode ser necessário fazer o pós-processamento em um GIS.

Você pode baixar os dados de diferentes lugares no WebODM:

  • Se ainda estiver na visualização 3D, você pode clicar em  na parte inferior direita da janela.
  • Se você estiver no Dashboard, pode clicar em  Download Assets

1. Baixe o Orthophoto

2. Baixe o modelo de superfície

Ambos os arquivos GeoTIFF podem ser abertos no QGIS, que revisaremos no próximo capítulo. Recomenda-se salvar os arquivos na mesma pasta que o shapefile do limite. 

Desde QGIS 3.18 você pode abrir o arquivo de pontos Point Cloud (LAZ). No momento, a versão do QGIS ainda é experimental e não a cobriremos neste tutorial.


12. Utilize os resultados no QGIS

Agora que baixamos os dados do WebODM, podemos visualizar e processar os resultados no QGIS.

Na próxima seção, iremos:

  • Carregue as camadas no QGIS e compare-as com as imagens de satélite.
  • Visualize o DSM em 2D e 3D.

12.1. Observe a visualização 2D no QGIS

Vamos visualizar nossa ortofoto e modelo de superfície digital no QGIS.

1. Inicie o QGIS Desktop

2. Adicione as camadas odm_orthophoto.tif, dsm.tif e maize_plot.shp à tela do mapa



Vamos adicionar um mapa básico para examinar o contexto em torno de nossa área de estudo. Então vamos instalar o plugin

QuickMapServices.

3. No menu principal, vá para Plugins | Manage and Install Plugins...

4.Instale o plugin QuickMapServices

5. No menu principal, vá para  Web | QuickMapServices | Settings

6. Selecione a guia More services 

7. Click em Get contributed pack

8. Click em Save

9. No menu principal, vá para  Web | QuickMapServices | Google | Google Satellite


10. Da mesma forma, adicione a camada Bing Satellite e compare a ortofoto com as duas imagens de satélite.

Qual é a projeção dos produtos criados no WebODM?

Qual é a resolução espacial dos produtos?

11. Agora, você pode adicionar as linhas de contorno da seção 9.3 do arquivo GeoPackage à tela do Mapa.




Na próxima seção, veremos mais detalhadamente o DSM.


12.2. Observe a visualização em 3D no QGIS

Vamos revisar o DSM.

1. Certifique-se de que pode ver o DSM movendo-o para o topo e / ou desligando as outras camadas.

2. Selecione a camada dsm no painel Camadas e clique em  para abrir o painel Estilo de camada.

3. Escolha a renderização de pseudocolor de banda única e estilize a camada com a rampa de cores Viridis.

O resultado é semelhante à imagem abaixo:

Agora, vamos visualizar a elevação na vista 3D no QGIS.

4. No menu principal, selecione View | New 3D Map View


5. Click sobre   para acessar a configuração.

6. Preencha a janela de diálogo como a imagem abaixo e clique em OK.

Agora vamos observar a cena em 3D:

7. Habilite a ortofoto no painel de camadas, a visualização 3D será atualizada e a ortofoto será vista em 3D.

8.Salve o projeto QGIS. Agora, processaremos as imagens de 2020. Em seguida, compararemos os resultados no QGIS.

13. Processe as imagens do ano de 2020

Agora repita o processo de geração da ortofoto e do DSM para as imagens do ano 2020 que você pode baixar aqui: Moatize_Flight_20200122.tar.gz

  • Descreva as diferenças que você notar.


14. Compare os resultados no QGIS

Agora que processamos as imagens para o ano de 2019 e 2020, vamos comparar os resultados no QGIS.

1. Inicie o QGIS Desktop

2. Abra o projeto que você salvou na seção 12.2

3. Adicione o DSM e a ortofoto do ano 2020 ao projeto.

4. Compare as 2 ortofotos e DSMs.

Para tornar a comparação mais fácil, instalaremos o plugin MapSwipe.

5. No menu principal, vá para Plugins | Manage and install plugins...

6. Instale o plugin MapSwipe

7. Certifique-se de que as ortofotos estão no topo da lista de camadas. Você pode renomear, desta forma, a qual ano ela corresponde, conforme mostrado na imagem abaixo.

8. Selecione a ortofoto de 2020


9. Click sobre o ícone   na barra de ferramentas para ativar a ferramenta MapSwipe.

10. Clique na tela do mapa e arraste o mouse da esquerda para a direita ou de cima para baixo.


  • Descreva as diferenças.