لماذا تكون وحدات البكسل في الصورة التقويمية الحقيقية - كما تسمى الصورة الجوية ذات المرجعية الجغرافية بشكل صحيح - في مكانها الصحيح؟ كيف يتم إنشاء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد للمدينة من الصور المسطحة ثنائية الأبعاد؟

ليس سراً أن الصور تأتي من طائرة. ربما تكون قد لاحظت الأزيز الرنان للطائرة المصورة في يوم الاثنين الدافئ الصافي من الخريف (12 سبتمبر 2022)، والذي تصادف أنها كانت تحلق على ارتفاع منخفض جداً فوق مبنى البلدية في وقت الغداء. من الشرق إلى الغرب والعكس بالعكس، مراراً وتكراراً، فوق كامل مساحة المدينة.

وعلى فترات زمنية قصيرة جدًا (حوالي ثانية واحدة)، تلتقط الكاميرا الخاصة في الطائرة صورًا للمدينة بعدسة موجهة عموديًا إلى الأسفل عند نقاط إطلاق مخطط لها مسبقًا. وفي الوقت نفسه، يتم التقاط صور جوية مائلة (زاوية الهجوم 45 درجة) بواسطة أربع كاميرات أخرى. من المهم جداً أن يتم التقاط الصور بطريقة تجعلها متداخلة بشكل كبير.

هذا التداخل هو ما يجعل من الممكن الحصول على معلومات ثلاثية الأبعاد من الصور ثنائية الأبعاد. فكّر في العين البشرية: هنا أيضاً يتم الجمع بين صورتين متداخلتين منفردتين متداخلتين معاً، وبالتالي يمكننا إدراك العمق المكاني. إذا كانت الصور المتداخلة في كلتا العينين متراكبة بشكل شفاف، فإننا ندرك أن الأجسام نفسها بعيدة عن الراصد: الأجسام المتماثلة البعيدة عن الناظر تكون قريبة من بعضها البعض في التداخل (نقول أيضًا: إن المنظر المتشابه صغير)، والأجسام المتماثلة القريبة من وجهنا تكون متباعدة في التداخل (المنظر المتشابه كبير). لدينا إدراك "داخلي" لما يسمى بمعلومات العمق هذه.

وما يحوّله دماغنا إلى إدراك بديهي للعمق المكاني دون حساب، يمكن أن يُصاغ في صيغ رياضية. والعناصر الأكثر أهمية هنا هي المواضع الدقيقة واتجاهات الرؤية للعينين (أو الكاميرات) بالإضافة إلى الموضع الدقيق للجسم في الصور الفردية ثنائية الأبعاد. وينتج عن ذلك الحجم الدقيق للمنظر. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات لحساب إحداثيات الجسم ثلاثي الأبعاد.

وحدها الحواسيب الحديثة والتقدم في مجال المسح التصويري وعلوم الكمبيوتر في العقود الأخيرة جعلت من الممكن حساب نقطة جسم ثلاثية الأبعاد لكل بكسل صورة في الصور عالية الدقة.

وتكمن الصعوبة الأكبر، وبالتالي الجهد الحسابي الأكبر، في العثور تلقائيًا على وحدات البكسل المتطابقة في الصور المتداخلة (والتي قد تصل أحيانًا إلى 20 بكسلًا أو أكثر) - وهو ما يُعرف باسم مطابقة الصور. تم قياس الجهد الحسابي الخالص لنموذج ثلاثي الأبعاد لمنطقة مدينة بون من الصور الجوية في عدة أسابيع - تم استخدام عدة نوى حاسوبية ومئات الجيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي. في النهاية، استهلك نموذج المدينة والمنتجات الثانوية الأخرى التي تم إنشاؤها أثناء العمليات الحسابية ما يقرب من 18 تيرابايت من الذاكرة (1 تيرابايت يساوي 1000 جيجا بايت)!