что такое растровые карты и векторные карты
Растровые и векторные карты. Что это такое и в чём их отличие?
Всех приветствую! Вот и началась у нас настоящая осень. Холодно, льют дожди, а за окном темно уже чуть ли не в 6 вечера. А это значит, что настало время начинать писать о теории копа и картографии. Как раз о последнем в этой статье и пойдёт речь.
Рассмотрим растровые и векторные карты, их понятия, отличия и полезность для кладоискателя в поисках монеток и прочей старины. Ну что, поехали.
Растровые карты
Это такие карты, которые представляют собой цифровые изображения с привязкой к координатам. Обычно, они отсканированы и загружены в наши устройства, по которым мы смотрим дорогу к точкам копа или ищем места для поиска. Обычно, это топографическая карта генштаба, план генерального межевания (хотя практического смысла в их привязке я не вижу) или спутниковые снимки. Такую карту можно привязать даже своими руками, скачав изображение в сети или оцифровав бумажную карту из любого атласа.
Компьютер, навигатор или смартфон со специальной картографической программой не смогут распознать на таких картах отдельные объекты. К примеру, дороги, реки, населённые пункты. Всё это распознаётся софтом как набор пикселей, как у обычной картинки. В силу этого ни одна программа не сможет осуществить по таким картам динамическую навигацию: прокладка маршрутов, расчёт расстояний, и прочее. Это всё делать можно только вручную.
Изображения карт имеют довольно большой размер, которые серьёзно нагружают процессор устройства, ведь работа с изображениями требует довольно мощного технического оснащения. У меня при работе с картами Озик вылетал даже на планшете Samsung Galaxy Note 10,1, хотя он имеет четырёхъядерный процессор и 2 гб оперативной памяти.
Векторные карты
В отличие от растровых, это карты, состоящие не из пикселей, а из набора объектов, будь то дома, точки, дороги и прочее, а также информацию об их местоположении. Тут можно привести такие примеры, как “Яндекс. Карты”, “Навител” или “Garmin”. Обычно, на копе они используются лишь для того, чтобы по трассе добраться до какого-нибудь опорного пункта за городом, где переключаются уже на растровые карты.
Такие карты создать самостоятельно очень сложно и проблематично, однако существует огромное количество сервисов. Как платных, так и бесплатных. Ими удобно пользоваться в городах или на трассе, но никак не в полях и лесах, где не отмечено множество нужных нам объектов: грунтовые дороги, заброшенные населённые пункты. То есть, “вектор” отображает лишь современное состояние местности, к тому же упуская многие детали.
Векторные карты имеют намного меньший вес и не требуют высоких вычислительных мощностей навигационного оборудования. Программа лишь “раскидывает” географические объекты на экране компьютера или навигатора в нужных местах, не прогружая миллионы пикселей.
Что лучше?
Как я уже и писал выше, у растровых и векторных карт свои функции. Вторые использует огромное количество людей для быстрой и удобной навигации по населённым пунктам. Те же самые таксисты. Приложения со встроенными картами можно установить практически на каждый телефон и легко смотреть дорогу к интересуемым адресам. Но Большинство программных продуктов требует подключение к интернету.
Некогда бумажными картами, переведенными в «цифру» уже пользуются туристы, кладоискатели, рыбаки и охотники. Их серьёзнейшее достоинство – они работают офф-лайн, даже при полном отсутствии связи. Нужно лишь соединение со спутниками. Я и сам являюсь активным пользователем как одного, так и другого типа карт. Растровые карты для копа я смотрю на телефоне под управлением Android в приложении OziExplorer, а вот для векторных хватает и айфона.
Навигационные карты 1
При выборе GPS навигатора в первую очередь следует обратить внимание не на технические характеристики того или иного устройства, а на программное обеспечение и используемые навигационные карты.
Конечно, следует учитывать основные параметры и дополнительные возможности автонавигаторов, но карта, с помощью которой пользователь получает возможность ориентироваться на незнакомой местности, является первостепенным элементом.
Базовые навигационные карты, которые входят в комплект навигатора определенной модели чаще всего не отвечают требованиям автолюбителя. Поэтому единственным правильным решением остается приобретение дополнительных карт. Но прежде чем приобрести новую навигационную карту необходимо разобраться, что же именно подойдет именно вам.
Рассмотрим подробнее форматы представления электронных навигационных карт автомобильных устройств GPS.
Электронные карты GPS могут быть представлены в двух форматах:
1. Растровые карты
Растровая навигационная карта – это набор большого количества пикселей (точек), которые располагаются в определенном порядке, создавая полноценное изображение. Такое изображение можно хранить в памяти компьютера, а также на внешних накопителях. Растровое изображение можно сохранять в различных форматах, что позволяет работать с навигационными картами данного типа в любом графическом редакторе. К основным форматам растровых карт относятся:
Однако, несмотря на такое обилие используемых форматов, поставляемое программное обеспечение большинства GPSнавигаторов содержит только карту мира. Карты, необходимы пользователю для последующей работы, можно легко найти в сети Интернет, отсканировать самостоятельно или приобрести на компакт-дисках.
Одним из главных достоинств растровых навигационных карт является их общедоступность и возможность перевода в электронный вид путем обычного сканирования. В качестве оригинала может быть выбрана бумажная карта любого масштаба.
Также используя возможности программного обеспечения можно производить масштабирование и детализацию карты местности, корректировать расположение отдельных объектов, а также самостоятельно добавлять текстовую и графическую информацию.
Однако возможности компьютерных программ не позволяют распознавать отдельные объекты, выполненные в растровом формате – это леса, реки и дороги. Группу строений программа воспринимает как упорядоченный набор точек, при попытке увеличения масштаба которых резко ухудшается четкость изображения. Это и является основным недостатком растровых карт.
При использовании данных GPS приемника необходимо заранее откалибровать изображение карты, установив соответствие реальных координат земной поверхности с проекцией на растровой карте.
Самым простым способом калибровки является связка двух отдельных точек на противоположных сторонах карты. Это позволяет связать географическую широту и долготу пикселями, отобразив все на электронной карте.
При значительных размерах растровых карт, сдвигах и смещениях оригинала при сканировании количество калибровочных точек рекомендуется увеличить.
Для вычисления координат калибровочных точек можно использовать два способа:
Навигационная программа OziExplorer на сегодня является признанным лидером в работе с картами растрового формата представления. Специалисты Нави-С (Пермь) после проведения сравнительно тестирования программного обеспечения также пришли к данному заключению.
Существует два типа растровых карт для GPS навигации, классификация которых основана на способах получения исходника для картографической основы. Это:
1.1 Топографические растровые карты
Одной из разновидностей растровых карт являются топографические карты, представляющие собой точное изображение местности с учетом ее рельефа. Данный тип карт, взяв за основу обычную географическую карту, представляют собой детализированную и оформленную по единому принципу картографию.
Прежде чем загрузить топографическую карту в навигатор ее необходимо отсканировать с бумажного источника и привязать к координатам при помощи специальной программы.
При загрузке готового варианта электронной топографической карты на экране навигатора будет отображаться рисунок местности. Дороги, транспортные развязки, дома, гор и реки будут иметь определенные условные обозначения.
Рельеф местности обозначается при помощи горизонтальных линий. На других типах карт прорисовка рельефа выглядит не так детализировано.
Топографические растровые навигационные карты являются незаменимыми помощниками при передвижении по малонаселенной ли даже совсем дикой местности. Загрузка такой карты в GPS навигатор позволит водителю легко определить реальное месторасположение, требуемый маршрут и точные координаты конечного пункта.
Еще одной особенностью таких карт является то, что их можно использовать даже без подключения GPS. Это будет напоминать путешествие с помощью обычного атласа автомобильных дорог. Также такую карту можно просто распечатать и ориентироваться по ней с помощью обычной линейки и компаса.
Топографическая навигационная карта – это проверенное и надежное средство ориентирования для автолюбителей, туристов и путешественников.
1.2 Спутниковые растровые карты
Еще одной разновидностью растровых навигационных карт являются спутниковые карты, которые создаются на основе фотографий местности, сделанных со спутника. Такие карты имеют четкую детализацию, что позволяет видеть все типы объектов достаточно реалистично. Такая точность отличает спутниковую картографию от других типов навигационных карт.
Также заслуживают внимания пользователей широкие возможности масштабирования спутниковых изображений, которая составляет от 1 см до 20 метров. Поэтому построение и выбор оптимального маршрута с такой картой – это удовольствие для автолюбителя.
Однако такое изображение еще не является полноценной навигационной картой. Наложив поверх такого изображения слой векторной карты в итоге можно получить идеальное сочетание схематичности и детализации. Такой вариант спутниковых навигационных карт более удобен и информативен по сравнению с обычными топографическими картами.
2. Векторные карты
Векторные карты представляют собой скомпонованную базу данных всех типов объектов (дороги и развязки, водоемы, леса и строения), а также описания объектов в виде алгоритмов и специальных математических формул, которые позволяют определить геометрические формы, цвета, размеры и месторасположение объектов. Такой подход обеспечивает распознавание каждого отдельно взятого объекта на векторной карте.
Отличной альтернативой ручной прокладки пути на растровых картах является возможность автоматического расчета наиболее оптимального маршрута с учетом дорожных перекрытий, пробок и заторов. Использование векторных карт более эффективно в городах и густонаселенной местности, поскольку именно здесь обозначены названия даже самых неприметных улиц, выведено отображение объектов POI и нумерация домов вплоть до подъезда. Все это помогает найти требуемый объект в самые короткие сроки.
Отображение навигатора GPS на векторной карте происходит в оптимальном соотношении с объектами, передаваемыми на экране.
В отличие от растровых карт масштабирование векторных карт не приводит к ухудшению качества изображения.
GPS навигаторы с векторными картами в течение работы постоянно обновляют изображение, производя расчет соотношений реального месторасположения устройства, координат и масштаба. От масштабирования карты зависит отображение объектов на экране навигатора. Это могут быть как детально прорисованные объекты, так и условно схематичные обозначения.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что возможность самостоятельно изменять масштаб изображения – это одно из преимуществ векторной графики.
Также навигационная программа может самостоятельно изменять масштаб, в зависимости от скорости передвижения автомобиля. Кроме того, здесь реализована возможность самостоятельной регулировки плотности отображения объектов и сопутствующих подсказок.
Подсказки и подписи к объектам также находятся в информативной базе данных и генерируются на экране GPSнавигатора синхронно с объектом.
Еще одним немаловажным преимуществом, неоднократно подтвержденным тестированием специалистами компании Нави-С (Пермь) является небольшой размер векторных карт. Это связано с тем, что в векторной карте не заложены детализированные или обобщенные изображения местности и рельефа. Размер такой навигационной карты займет всего несколько Мб, в то время как объем спутниковых и топографических растровых карт может достигать 2Гб.
2.1 Форматы представления векторных карт
В отличие от растровых карт векторные навигационные карты не имеют единого формата представления. Большинство форматов векторных карт могут быть использованы различными графическими программами, которые предназначены для работы с векторными типами изображений. Также необходимо учитывать, что некоторые векторные форматы будут работать только в строго определенном ПО.
Отечественные разработчики современных навигационных программ предоставляют своим пользователям программное обеспечение, позволяющее самостоятельно редактировать карты определенной местности. К таким компаниям относится широко известный «Навител Навигатор».
Однако разработчики других, не менее популярных компаний, сотрудничая с такими поставщиками карт как «TeleAtlas» и «NavTech» продают свои карты, отличающиеся особо высокой точностью, значительно дороже. К компаниям, которые работают по данному принципу, относятся «Автоспутник», «iGo», «Destinator» и «TomTom».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассматривая работу навигационного программного обеспечения можно сделать вывод, что самой лучшей картой является карта оптимально подходящая под потребности каждого отдельного пользователя. А у каждого владельца GPSнавигатор наверняка найдутся личные предпочтения при выборе того или иного формата навигационной карты, каждая из которых обладает своими достоинствами или недостатками.
Интернет-магазин компании Нави-С предлагает профессиональную помощь в выборе и приобретении всех типов навигационных карт. Мы предлагаем подробную консультацию и выбор картографии идеально подходящей для определенного типа устройств и заданной местности. Обратившись в наш интернет-магазин вы станете обладателями не только удобных и детализированных карт, но и получите дополнительные скидки при каждом последующем обновлении навигационной карты.
Евгений Куршев
Erelen Laiquendi
Векторные и растровые карты
Точки над i для тех, кто не очень понимает или искренне заблуждается. Всё достаточно банально, никаких откровений.
С понятием векторной графики предлагаю ознакомиться самостоятельно. Совсем кратко: растровая графика — это когда у нас в файле записаны цвета каждой точки на картинке, а векторная — это когда у нас записано описание: «в таких-то координатах у нас синий круг радиуса 20 с красной каймой толщины 2, а из таких координат в такие идёт зелёная пунктирная линия». Далее речь пойдёт не о векторной графике в целом, а только о картах, в которых обычно применяются только два с половиной примитива: точка и ломаная (замкнутая и нет).
Терминология
С одной стороны, все современные карты изначально векторные (разумеется, к Генштабу и прочим анахронизмам это не относится) т.к. готовятся в современном цифровом мире, где рисовать карту как окончательную растровую картинку никому уже не придёт в голову (её будет крайне проблематично модифицировать). С другой, финально на экране компьютера/телефона любая карта является растром т.к. экраны на всех этих устройствах растровые (кто слышал о существовании векторных экранов — молодцы, возьмите пряник, но сейчас это к делу не относится).
Так что деление на векторные и растровые традиционно проводят по тому, в какой момент карта растеризуется (преобразуется из вектора в растр): если на пользовательское устройство загружается растр и устройство тупо его рисует на экране as is — это растровая карта. Если на пользовательское устройство загружаются векторные данные и растеризация выполняется уже силами пользовательского устройства в момент отображения карты — это векторная карта.
Далее термины «векторная / растровая карта» следует понимать именно в соответствии с таким делением.
Кто хочет доказывать, что OSM (или кто другой) всегда векторный потому что он изначально векторный — вам зачёт по софистике, пряника не будет.
Спутниковые снимки, как вы понимаете, растровые изначально и другими не бывают.
Преимущества
Недостатки — строго наоборот:
Историческое развитие
Все карты, которые начинали свою жизнь в Вебе изначально поставлялись пользователям растровыми т.к. расретизация на стороне пользователя прямо в браузере была технически невозможна (ну или неоправданно трудно реализуема). Таковы OSM, Я.Карты, Google Maps. Пользуясь последними достижениями веб-стандартов, некоторые из них смогли стать векторными даже в Вебе — в первую очередь это Google Maps, плюс не так давно стала развиваться векторная доставка OSM: то, что вы видите на openstreetmap.org — разумеется, ещё растр, а векторное представление можете пощупать, например, на openmaptiles.org
С некоторыми картами, которые шли в комплекте с отображающей их оболочкой, пользователи изначально знакомы как с векторными: таковы, например, карты Navitel и 2GIS (в те времена, когда это была только программа под Windows). Все эти карты, когда стали выходить в Веб, вынуждены были обзавестись server-side растеризацией (и то, что вы видите на 2gis.ru — это уже растровая карта).
Тайлы
В вебе растровые карты принято доставлять пользователю тайликами — небольшими квадратными картинками (чаще всего 256×256 пикселей). Этот формат подхватили все, под его отображение и работу с ним сделано много библиотек. Только благодаря этому мы можем цеплять к Locus`у много разных карт. С векторными картами так никогда не будет.
Векторные карты раньше всегда поставлялись «кусками территории» (город, область, страна) в одном файле. Но в современном мире перманентного онлайна назрела потребность поставлять карту пользователю очень маленькими кусками (зачем ему грузить всю область, если он только два ближайших квартала на экране телефона намерен пролистать?) и стали появляться векторные тайлы. Форматы у всех свои, отображение возможно только в родном софте. Повторю ещё раз, появление альтернативных программ для отображения векторных Яндекс.Карт / Google Maps и всех прочих крайне маловероятно.
Так кто векторный, а кто растровый?
Важно понимать, что в OSM очень много данных. Обычно ни в один формат доставки векторного OSM пользователю не упаковывают всё, что есть в OSM. Для LoMaps и для OpenAndroMaps набор упаковываемых в файл OSM-тегов различен (но у обоих представлено всё основное — разница в мелочах). Далее, не всё, что упаковано в файл, вы увидите на экране — это будет зависеть от используемой вами визуальной темы (что позволяет выбирать тему по вкусу / под конкретную задачу). Ну а все растровые представления OSM также показывают разный набор объектов по разным правилам — и именно тем, а не использованными цветами, в первую очередь и отличаются.
2GIS, Bing, Apple Maps и прочие-прочие-прочие — растровые в вебе и векторные в родном мобильном приложении.
Ах, да, ещё Garmin. Родные карты и тот OSM, который многие берут c GIS-Lab (или с прочих сайтов, берущих из этого первоисточника) — это векторные карты. Листая их на Garmin`е, каждый может проникнуться ресурсоёмкостью растеризации на пользовательском устройстве 😉 А вот, что пользователи готовят сами и заливают в формате jnx — это растр. То, что заливается в kml, несмотря на неспешность работы на устройстве — тоже растр.
Какие бывают электронные карты, векторные и растровые карты, свойства и отличия.
Наверняка читающему эти строки знакомы оба типа карт, векторные и растровые, и их изображения. Если отличия элементарных изображений в той и другой технологиях заметны сразу, то при просмотре изображений карт определить, к какому типу относятся электронные карты, не столь просто.
Какие бывают электронные карты, векторные и растровые карты, свойства и отличия.
Внешне векторные и растровые электронные карты могут выглядеть совершенно одинаково. Те же контура и линии, названия объектов и залитые цветом пространства суши и акваторий. Но стоит существенно изменить масштаб изображений, как картина радикально преобразится. На растровой карте появляется размытость линий и прочие дефекты. Обычно возникающие при сканировании изображений и фотографировании цифровой камерой с низким разрешением. А что же происходит при изменении масштаба на векторной карте, отображаемой соответствующей картографической программой?
Во-первых, появляются новые детали иобъекты нанесенные на электронные карты. Которых при мелком масштабе не было, потому что они находятся на другом информационном слое карты. Конечно, все линии и контуры остались. Но, как говорится, и это не все. При наведении курсора на объект всплывает окно с четким названием объекта и его характеристиками. Процесс этот, получивший название идентификации или опознавания объекта, очень важен для навигационного использования карты. Каждый объект векторной карты и его атрибуты имеют определенные коды, на которые соответствующим адекватным образом должна реагировать навигационная система при ее использовании.
На такие электронные карты может размещаться и привязываться к географическим координатам дополнительная информация, которой изначально не было на исходной бумажной карте. Например, о приливах, течениях, портах, прогнозе погоды и так далее. Иными словами, данные, связанные с электронной векторной картой, образуют картографическую и информационную базу данных, существенно расширяющую возможности автоматизации навигации в целом. Только в векторных картах возможна разгрузка карты от изображений некоторых физических объектов, не влияющих на безопасность движения. Благодаря чему карта становится наглядной и хорошо читаемой.
Растровая же карта является в большой степени просто «картинкой». Безусловно, полезной для наблюдения окружающей обстановки, но этим все ее достоинства и возможности исчерпываются. Диапазон ее масштабирования очень узок. Конечно, растровую карту можно использовать для навигации, пометив на ней текущее местоположение. Но ряд важных навигационных задач, таких например как выработка предупреждений при приближении к опасностям, решить в системах, использующих растровую карту невозможно. Затруднена стыковка растровых карт разных масштабов и преобразование проекций и так далее. Им присущи существенные ограничения по настройке отображения на экране. Так, в них невозможно изменить информационную нагрузку карты и получить приемлемую с эргономической точки зрения дневную и вечернюю палитру цветов.
Векторная карта с изменением масштаба в широких пределах позволяет реализовать динамическую электронную навигацию с выдачей пользователю многих текущих автоматических предупреждений, например, при подходе к опасности или достижении пункта назначения. В системах с векторными картами имеется уникальная функция предупреждения судоводителя об опасном курсе и вычислении безопасных курсовых секторов. Именно благодаря широким функциональным возможностям векторных карт в настоящее время все современные навигационные системы используют только их. За новые возможности векторных электронных карт приходится расплачиваться сложностью логической структуры их данных и возросшей трудоемкостью создания векторных карт.
Если получение растровой карты путем ее сканирования доступно массовому пользователю, то создание векторных карт осуществляется профессионалами: картографами, гидрографами и программистами. Поскольку первым историческим носителем в недалеком прошлом всех картографических данных являлись бумажные карты, то электронные карты создаются, как правило, на их основе как электронные версии. Но это не электронные копии бумажных карт, поскольку в электронные карты включается дополнительная информация из разных источников. При создании электронных карт используются сканирование и оцифровка бумажных карт с последующей полуавтоматической обработкой.
В связи с высокой трудоемкостью производства электронных карт, создание коллекции карт на всю сухопутную территорию и Мирового океана пока далеко от завершения. В качестве примера рассмотрим элементы технологии создания морских электронных карт компании С-МАР. Исходный фрагмент морской растровой карты приведен ниже, там показан первый этап процесса, когда скопированы лишь береговая черта и линии рекомендованных путей.
Затем создаются индивидуальные слои для других объектов, например для буев и отметок глубин. Выделяется отдельный слой для контуров глубин (изобат), непрерывные контуры глубин заливаются цветным оттенком. Вводится и привязывается к объектам текстовая информация, например характеристики средств навигационного оборудования.
Специальный слой создается для портовой информации, другой слой для информации о приливах. В итоге получается окончательная карта, в черно-белом цвете представленная на рисунке ниже.
Надо отметить, что С-МАР поддерживает свою коллекцию электронных карт регулярной корректурой, которая без дополнительной оплаты поставляется всем подписчикам по различным каналам связи в любое время суток.
По материалам книги Все о GPS-навигаторах.
Найман В.С., Самойлов А.Е., Ильин Н.Р., Шейнис А.И.