3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景

本文作者：貝爽

2020-09-17 18:34

導(dǎo)語(yǔ)：凝視一張城市舊照喚起懷舊的感覺(jué)？這個(gè)AI工具可以帶你“回到過(guò)去”。

記錄一座城市的歷史有幾種方式？

可能你會(huì)想到文字，圖片或者錄視頻，而谷歌卻提供了一種更具『穿越感』的方式—3D重建。

近日，谷歌研究團(tuán)隊(duì)利用3D重建了20世紀(jì)40年代的曼哈頓切爾西街景，而這一功能的實(shí)現(xiàn)利用的是一款名為Kartta Labs工具。

3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景

Kartta Labs是一個(gè)基于Google Cloud和Kubernetes的可擴(kuò)展系統(tǒng)，它可以根據(jù)歷史地圖和照片重建過(guò)去的城市面貌。

現(xiàn)在這項(xiàng)系統(tǒng)已經(jīng)被谷歌正式開(kāi)源，人人皆可使用它來(lái)記錄生活。

Kartta Labs：3D重現(xiàn)城市街景

在數(shù)字檔案館收集歷史地圖的嘗試一直存在，相比之下，Kartta Labs不僅是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)收集，而是在時(shí)空中呈現(xiàn)地圖，即利用人工智能創(chuàng)造3D視覺(jué)。

具體來(lái)說(shuō)，Kartta Labs系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：

時(shí)間地圖服務(wù)器（A Temporal Map Server）：用于顯示地圖隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
眾包平臺(tái)（ A Crowdsourcing Platform）：允許用戶上傳城市歷史地圖，并將其與真實(shí)世界的地圖坐標(biāo)相匹配（地圖校正和矢量化）。
3D平臺(tái)（3D Platform）：利用深度學(xué)習(xí)從相關(guān)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并重建建筑物，以實(shí)現(xiàn)3D視覺(jué)體驗(yàn)。

眾包平臺(tái)，其切入口是Warper，Warper是基于MapWarper的開(kāi)源Web應(yīng)用程序，它允許用戶上傳地圖的歷史圖像，并通過(guò)在歷史地圖上找到控制點(diǎn)，以及與基礎(chǔ)地圖相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行地理位置校正。

3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景

用戶上傳掃描的歷史地圖后，Warper會(huì)從地圖中提取文本信息，并對(duì)地圖的地理位置做出最佳猜測(cè)。（此猜測(cè)只是大致確定其位置范圍，允許用戶進(jìn)行參考和調(diào)整。）

在手動(dòng)放置歷史地圖和參考地圖上的成對(duì)控制點(diǎn)后，應(yīng)用程序使用地理參考點(diǎn)來(lái)調(diào)整圖像，使其與參考地圖對(duì)齊。

3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景

Warper使用許多開(kāi)源地理空間庫(kù)和技術(shù)作為Ruby on Rails應(yīng)用程序運(yùn)行，包括但不限于PostGIS和GDAL。它可以將生成的地圖導(dǎo)出為PNG，GeoTIFF或其他格式。

Warper還運(yùn)行柵格圖塊服務(wù)器，該服務(wù)器在URL處提供每個(gè)經(jīng)過(guò)地理校正的地圖。該柵格圖塊服務(wù)器用于編輯應(yīng)用程序中，將地理校正后的地圖加載為背景。

時(shí)間地圖服務(wù)器，其核心編輯器是開(kāi)源Web的另一個(gè)應(yīng)用程序，它是OpenStreetMap編輯器的自定義版本。該程序支持時(shí)間維度，并與Kartta Labs套件中其他應(yīng)用程序的集成。

編輯器允許用戶加載經(jīng)過(guò)地理校正后的歷史地圖，并支持跟蹤其地理特征（例如，以矢量格式構(gòu)造建筑，道路等）。

矢量格式提取的幾何圖形以及元數(shù)據(jù)（如：地址，名稱以及開(kāi)始或結(jié)束日期）都存儲(chǔ)在地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以對(duì)其進(jìn)行查詢，編輯，樣式化并呈現(xiàn)到新地圖中。

3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景

帶時(shí)間滑塊的曼哈頓切爾西鳥(niǎo)瞰圖

最后，時(shí)間地圖前端Kartta（基于Tegola）可視化矢量圖塊，可以使用戶在時(shí)空上瀏覽歷史地圖。

3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景

3D曼哈頓切爾西街景

Kartta的工作方式與常用的地圖應(yīng)用程序（如，Google Maps）一樣，不同的是，它還具有時(shí)間滑塊，因此，用戶可以選擇要查看的地圖年份，并通過(guò)移動(dòng)時(shí)間滑塊，查看地圖中的建筑或道路等要素如何隨時(shí)間而變化。

記錄世界歷史地圖，現(xiàn)已開(kāi)源

據(jù)了解，去年在國(guó)際人工智能地理知識(shí)發(fā)現(xiàn)研討會(huì)上，Kartta Lab系統(tǒng)的研發(fā)首次被提出。

需要說(shuō)明的是，Kartta Lab不僅用于提升個(gè)人“時(shí)間旅行”的體驗(yàn)，而其初心是為了讓世界歷史地圖更易于使用和呈現(xiàn)。

根據(jù)谷歌研究團(tuán)隊(duì)介紹，歷史地圖是一種查看不同時(shí)間狀態(tài)下谷歌地圖（Google Earth）圖像的方法，它有助于確定文化和社會(huì)趨勢(shì)，不僅是個(gè)人研究的寶貴資源，也是規(guī)劃和推廣的重要資源。

十多年前，美國(guó)前副總統(tǒng)阿爾·戈?duì)枺ˋl Gore）曾利用谷歌地圖歷史圖片展示了極地冰川的融化過(guò)程。

3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景

如前所述，Kartta Lab系統(tǒng)不僅局限于歷史地圖數(shù)據(jù)的收集，而是通過(guò)3D模型在時(shí)空中進(jìn)行呈現(xiàn)。

接下來(lái)，谷歌研究團(tuán)隊(duì)即將推出的3D模型將重建歷史建筑物更詳細(xì)、完整地3D結(jié)構(gòu)。該模塊將圖像與地圖數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并在存儲(chǔ)庫(kù)中進(jìn)行重組，最后在具有時(shí)間維度的歷史地圖上進(jìn)行渲染。

不過(guò)，Kartta Lab工具也存在很多需要完善的空間，如谷歌團(tuán)隊(duì)高級(jí)軟件工程師雷蒙德·基弗利斯（Raimondas Kiveris）在博客中寫(xiě)道，“我們開(kāi)發(fā)了上述工具，以眾包和開(kāi)源的形式對(duì)外呈現(xiàn)，希望可以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)不足的挑戰(zhàn)”。

3D重建曼哈頓街景！谷歌開(kāi)源Kartta Labs工具帶你重回“舊照”中的城市街景