如何製作展望模擬圖－成大山協OB&成大登山薪傳協會

前言

今(99)年3月13日，首次參加山協OB鵝公髻山登山活動，於觀雲亭連續拍攝涵蓋方位角約240度的多張重疊照片，回到山下以AutoStitch軟體製作全景照片，再利用自行開發的”從照片認山頭”程式解算山頭位置並一一標示，

公開之後反應不惡。隨後高爺學長來電提供構想，何不試試模擬山頭展望圖呢？如果能在事前預先了解登頂後周遭山頭之相對關係，相信對山友們又多了一項樂趣。稍加思索，決定以鷹頭學長設計的觀景台程式試作觀雲亭的展望模擬圖。

製作原理簡介

　　首先，需有360度或涵蓋所有展望角度之全景照片，觀景台程式可以設定展望點位置，以水平方向對任意方位連續無縫觀察，但須轉換成照片方能進行後續應用。方法是利用抓取螢幕之功能，存成影像檔，就相當於現地拍攝照片一般，只要旋轉鏡頭位置，保持適當之重疊，即可以AutoStitch自由軟體自動接圖而成。

其次，以影像處理軟體(本文以PhotoImpact為例)開啟全景模擬照片，並於Google Earth(以下簡稱GE)載入全台三角點及台灣百岳之.kmz檔，再執行觀景台程式，然後放大縮小或上下左右平移以讀取山頭名稱，即可予以加註。

此外，如果於照片上方附加方位角尺規，更易於對照與檢查正確性，這只須事先製作尺規，再對準某一已知山頭方位角，經調整尺寸後對齊另一個已知方位角之山頭即可。

詳細步驟

1.調高螢幕解析度

例如1280*1024，以提高模擬圖之細緻度。

2.求定展望點之WGS84坐標

因GE係採用WGS84坐標系統，若只有TWD67坐標，則以Mapsource軟體、上網下載坐標轉換程式或利用GPS裝置內建功能轉換。

3.開啟觀景台程式

將展望點移至GE畫面中央，參考http://gemvg.com/archives/126之操作說明，進入其畫面，並取消左側位置項目之"中心校準點"勾選，若因GE的數值地形模型(DTM)誤差，致使山頭並非位於最高點，則增加視角海拔高度避開遮蔽，或改以GE的3D模型最高點為山頭，例如燦光寮山即有此情形。

4.調整地形品質至最高

於GE之工具/選項/3D檢視之頁籤下，調整地形品質至最高(即最右側)，使山形更為逼真。以合歡山頂看中央尖山死亡稜線為例，使用預設值只看出較圓之形體，調至最高後即可顯示與實地所見接近之金字塔山形。

5.製作模擬照片

a.關閉三角點及台灣百岳圖層，自北方或有展望之起始方位，順時鐘方向移動畫面，並需有適量之重疊。

b.以鍵盤右上方Prt Scr鍵抓取螢幕。

c.以PhotoImpact開新檔案，影像大小設定同螢幕解析度，貼上後存成jpg檔，先以標準選取工具框選不含側欄與外圍註記之畫面中段 (建議避開兩側1公分之範圍)，再執行剪裁指令，以降低接圖失敗率。

d.重複a至c步驟至完成360度或所有展望之角度。

6.以AuotoStitch軟體拼成全景照片

a.調整Edit/Options下Output Size之Height(pixels)與步驟5c 之jpg檔高度相當。

b.須注意所有影像檔名皆為全英數字元，所屬目錄亦同。

此為軟體之限制，否則將無動作。

c.執行File/Open選取所有影像檔，自動進行接圖。

7.編修影像

a.於PhotoImpact載入全景照片並存成.ufo檔。

b.以魔術棒工具刪除黑邊。

c.以剪裁指令去除外圍不整齊部分，成為長方形影像。

8.加註山名

a.開啟三角點及台灣百岳圖層，以觀景台程式之放大縮小及上下左右平移功能查詢山頭名稱，再以PhotoImpact之文字工具加註。

b.可利用Mapsource TOPO Taiwan地圖將無三角點之山頭列入。

9.加註方位角尺規

a.以調整/擴大底框，將上、左、右各擴大1000pixels。

b.以物件/插入影像物件/從檔案，於照片上方插入方位角尺規az.png檔。

c.移動尺規，將方位角標記對準左側已知方位角之山頭。

d.以編輯/旋轉與翻轉/使用變形工具，對尺規右側伸縮長度，使其方位角標記對準右側已知方位角之山頭。

e.因物件會整體伸縮，前2步驟須重覆使用，直到兩已知山頭均對準方位角標記為止。

f.如尺規過大，致兩側超出範圍無法伸縮，則先將az.png另存新檔，適當剪裁後再進行步驟b、c、d。

10.利用方位角尺規檢查各山頭位置

a.將展望點TWD67坐標輸入"計算各山頭方位角.xls"檔，將自動計算各山頭方位角。考量接圖難免造成伸縮，及指北針定向之偏差，3~5度的方位角誤差約為可接受值。

b.以PhotoImpact調整山頭名稱至正確位置。

註：步驟9亦可與步驟8對調，在進行步驟8時，利用步驟10a 確定後再加註山名。

範例

觀雲亭與燦光寮山之展望模擬圖、現場實拍之全景照片及其他輔助檔案置於下列網址：http://docs.google.com/leaf?id=0B-dkUcqTN_TENTBhOWQ1NWUtOGUyMC00ODFhLTlkZmYtMzYwZGUxY2VkNjEy&hl=en。

失真原因分析

　使用GE模擬展望圖，畢竟與現場真實照片有所差異，主要因素有四：

1. DTM品質

GE使用的DTM，是由美國太空梭SRTM任務，製作全球陸地面積80%的表面高度資料(如有植被，則測到樹頂)，NASA提供網路下載，網格間距90公尺，美國本土30公尺

http://www.gearthblog.com/blog/archives/2007/11/new_terrain_mode_for_google_maps.html，也就是每90公尺才有一個標高值，且平面與標高誤差各約數十公尺。以有限的規則網格點模擬連續的地球表面，不可能所有地形特徵點均落在格點上，所以山形難免失真，從鷹頭學長製作的燦光寮山360度環景kmz檔 http://gemvg.com/ge/panorama/tsanguanliaoshanPano.kmz 即可比較二者之差異，其中GE的燦光寮3D最高點與三角點應有之位置亦有約60公尺的差距，除非使用更精密之DTM(如ASTER衛星的30公尺間距、林務局農林航空測量所的40公尺間距、內政部近幾年製作的5公尺間距)才能改善，但僅ASTER資料提供網路下載，其餘卻是管制使用，或被列為國家機密不得外流。

其實，若能收集全台影像資料及更精密的DTM，利用GIS軟體功能，以高效能電腦單機處理，就能模擬出最好之效果。但收集資料的難度極高，只能期待GE採用更精密的DTM，不過ASTER資料的間距雖然較SRTM密，但精度卻較差，詳見「ASTER與SRTM產製DTM資料融合之研究」論文，因此GE只會於部分地區使用它(參考http://www.gearthblog.com/blog/archives/2009/07/nasajapan_release_terrain_data_-_go.html)。

此外，DTM資料亦缺少人工構造物等資訊(如五分山的氣象雷達)，而這卻是辨識特定山頭所必需。

2. 衛星(或航照)影像品質

在燦光寮山範例中，GE的影像有雲層覆蓋而出現許多白斑，致使模擬效果不佳，其次，山區影像解析度與更新頻率均較市區低，大概是較少人使用，Google不太可能投資於此的緣故。

3. 網路環境限制

由於地形模擬運算量極為龐大，如果不分遠近一視同仁，既對server負載過重，大量的時間延遲也讓user無法忍受，又對模擬的逼真性助益不大，因此GE會對遠處地形加以簡化，而當鏡頭拉近時才顯示細節，以適應網路使用環境，造成山形失真就無法避免。

4. 接圖誤差

由於GE無法於螢幕中一次呈現360度環景影像，因此必須每隔若干角度擷取部分重疊影像，再以軟體接合，因為重疊區之大小及色調差異，接圖必然會扭曲變形與調色，因此模擬山頭與實際方位有些誤差，故方位角尺規僅能提供參考，但指北針亦有定向誤差，搭配使用影響不大。

以上都是無法解決的問題，造成模擬的結果會與現場拍的照片差距不小。此外，如果模擬對象植被茂密(如劍山)，就只能想像是站在樹上的結果。

結語

感謝高爺學長提供創新構想，更感謝鷹頭學長在GE上撰寫觀景台程式並且無私分享，讓學弟有機會貢獻所學，雖然模擬的效果不盡理想，但有比沒有好，動機主要是為了事前的資料準備，從傳統top view的2D地形圖進一步到3D的視覺模擬，還能印出來帶至現場比對，並有利於後續現場實拍全景照片之山頭辨識。然而製作相當耗時，深感一己之力有限，眾人力量無窮，希望藉由本文拋磚引玉，讓有志者共襄盛舉(提議以台灣百岳展望模擬圖為目標)，如果各位OB另有更好的方法與建議，歡迎多多指教。