探祕谷歌地球,它如何繪製全球98%的地圖?

全文共3319字,預計學習時長10分鐘

來源:bbs

 

薩魯·布里爾利與父母分離時才5歲。他和哥哥古杜從家鄉乘坐火車到了70公里以南的另一個城市。薩魯在車站的長凳上睡着了,醒來時哥哥已不見了。

五歲的弟弟以爲哥哥在另一列火車上。但當火車到站後,他發現自己身處一片全新而陌生的環境。薩魯是每天數百萬乘客中的一員,途經印度最大的鐵路樞紐——加爾各答市的豪拉車站,距離家鄉大概1500公里。在火車站露宿了一些日子後,他終於在一個政府的棄兒收容所安定下來。也就是在那,來自澳大利亞的布萊利一家收養了薩魯。薩魯的餘生都在離家1萬公里的澳大利亞度過,但他從未放棄過尋找自己親人的念頭。

 

谷歌地球:澳大利亞大沙沙漠的湖泊圖像 圖源: Pandotrip

 

薩魯耗費了很多時間在谷歌地球上尋找家鄉。他不記得故鄉的名字了,只能依靠其他提示來進行操作。他在地圖上畫了一個圓圈縮小搜索範圍,然後尋找記憶中模糊的細節:一個以字母B開頭的車站名稱、一座水塔、一座立交橋和附近的一條環城公路。

 

“就像超人一樣。你可以仔細查驗,在心中記下畫面並暗自比較‘這是否匹配?’”,薩魯說起谷歌,“如果不匹配,就繼續操作。”

 

2012年,在失去家人25年後,激動人心的是,薩魯終於與他們重逢了。他的故事受到了印度和澳大利亞媒體的廣泛關注,這一故事後來被製作成影片《獅子》(Lion),被奧斯卡提名。

 

 

谷歌地球是什麼?

 

薩魯的故事是谷歌地球衆多鼓舞人心的故事之一——Google Earth(谷歌地球)是地球的3D數字地圖,它使用戶可以遠觀整個地球,同時又可近距離查看街道和建築物。它讓你坐在沙發上參觀泰姬陵,下一分鐘就可以繞着迪拜的哈利法塔轉一圈。你可以攀爬澳州的艾爾斯巖,接着去大沙漠附近的湖泊觀光遊覽。還有其他選擇,但谷歌地球在這方面一直是黃金水準。

 

2019年12月,谷歌發表了一篇博文,披露了有關谷歌地球使用情況的統計數據,結果難以置信。谷歌地球使用戶可以瀏覽3600萬平方英里的高清圖像,覆蓋了超過98%的人口!

 

 

 

 

 

Keyhole——谷歌地球的前身

 

與許多其他著名的谷歌產品一樣,谷歌地球的核心技術並非源自谷歌公司。上世紀90年代,Intrinsic Graphics公司創建該技術,但主要專注於遊戲,該公司董事會創建了子公司Keyhole從事地圖項目,客戶來源有房地產、城市規劃、國防和情報等領域的公司。

 

最終,Keyhole微薄的盈利無法承擔購買衛星圖像的高昂成本。但這家陷入困境的公司在2003年出現了轉機,當時新聞媒體廣泛使用其圖像和標誌來報道入侵伊拉克的事件。與此同時,谷歌觀察到它的大部分搜索都涉及地圖和方向。因此,在2004年,谷歌收購了Keyhole。但傑裏·布羅頓(Jerry Brotton)在他的著作《十二張地圖上的世界歷史》(A History of the World in 12 Maps)中講述了谷歌地球的故事,他對英國《獨立報》(Independent)表示:“拉里·佩奇和謝爾蓋·布林只是覺得該地圖很酷。我想他們並沒有意識到他們贏得了多大的商機。”

 

 

幕後——谷歌地球圖像

 

來源:Pexels

 

谷歌地球依靠衛星和航空圖像繪製地圖,並在此基礎上增加其他數據。

 

谷歌地球(GoogleEarth)將數千萬張圖片拼接在一起,以在不同距離創建合成圖像。陸地衛星和哨兵衛星提供了主要圖像。由美國國家航空航天局(NASA)和美國地質調查局(US Geological Survey)共同發射的Landsat 8每兩週提供一次分辨率爲30米的圖像。前哨衛星是歐盟地球觀測計劃哥白尼的一部分。除了這些來源之外,谷歌還從世界各地的其他機構採購數據。這些數據可通過商業途徑獲得,但GoogleEarth以一種前所未有的方式將它們結合起來,易於訪問。放大時會看到一組不同的合成圖像,提供更多細節。爲此,谷歌主要依靠私營公司DigitalGlobe及其WorldView衛星提供的圖像,該衛星配備了攝像頭,該衛星配備的攝像頭可以捕獲距離地球表面僅25 cm的空間物體。

 

由於圖像來源不同,不同的區域和縮放級別具有不同的分辨率和時間戳。這些衛星每天只能進行有限的軌道飛行,考慮到各機構和公司對其攝像頭的巨大需求,因此,某些地區被優先考慮並有清晰的街景,而其他地區則是像素畫質。

 

當你放大到更接近表面時,谷歌開始使用航空攝影的圖像。這些圖像是用裝有多個攝像頭的專機收集的。這些特殊飛機在選定區域上呈鋸齒路線飛行,從各個角度獲得多個高質量重疊圖像。通過將多張航拍照片合併到一個叫做攝影測量的過程中,並利用NASA航天飛機雷達地形任務提供的高程和地形信息,谷歌地球可以實現了3D視圖。攝影測量包括使用不同相機的深度圖創建網格,並將單個結構的紋理添加到網格中。谷歌旗下的一個團隊整合了以下視頻,並附有谷歌地球團隊對成像過程的解釋。

 

 

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這個團隊每隔幾年更新一次全球圖像,放大觀察時,圖像更新的頻率會更高。對於一些城市,谷歌每年都會多次更新這些圖像。谷歌地球還爲用戶提供了一個時間滾動條,可通過一項名爲“歷史圖像”的功能查看地球的以往圖像。

 

 

谷歌地球的祕密武器

 

谷歌地球的關鍵技術不是圖像也不是結合,而是將所有圖像快速高效地傳送到我們設備的技術。

 

通過將高分辨率圖像分解成更小的塊,並按需提供給用戶,谷歌地球可以有效地將整個世界傳達給人們。

 

一幅地球圖像(其中一個像素代表地球每平方公里的表面)的像素是40,000 x20,000。這張圖片的大小至少爲2.4GB,足以讓普通電腦的顯卡窒息。即使是這樣的圖像也不足以顯示建築物、河流或其他重要的地標。谷歌地球慣常的高分辨率需要1600萬倍的存儲空間。但是谷歌地球並未受到上述任何挑戰的影響,因爲它的專利技術使用了映射(mip-mapping)和片段堆積(clip stacking)兩個功能。

 

當用戶縮小觀察範圍時,人眼無法分辨高分辨率的表面細節。Mip映射利用了這一因素,在用戶縮小圖像時將高分辨率圖像替換成不太詳細的。片段堆積以僅繪製用戶查看的當前區域方式放置這些映射圖像。當用戶移動地圖時,應用程序會流式顯示新焦點及其周圍環境的詳細信息。通過將多兆字節的高分辨率圖像分解成更小的規格,按需提供給用戶,谷歌地球可以克服用戶設備的限制,有效地將世界傳遞給人們。

 

 

谷歌地球=地圖+數據

 

來源:Pexels

 

除了圖像,谷歌地球還在地圖上疊加了其他不同層次的地理空間信息。這包括地表溫度、天氣數據、地形、土地覆蓋、水覆蓋、水深測量、農田、人口、收入和其他類型的地理空間數據。谷歌地球從數千個第三方來源收集了所有數據,爲研究人員和公衆提供了一個寶貴的研究工具。谷歌團隊連同它的合作伙伴,例如《國家地理》和《芝麻街》,也通過名爲“旅行者”的功能提出了教育計劃。這項功能允許用戶通過互動遊戲和文化之旅故事帶給世界各地的人們,並傳授新概念。

藉助谷歌地球可以在地球漫遊,瞭解更多關於我們生活的世界,或進行開創性的研究。但我們都知道你最有可能先做的事:搜索你的房子。但不要停滯在那裏。

你可以發揮創意,並用谷歌地球設計一條4450英里的路線,拼寫“Marry Me”向心上人求婚。或者可以用它來尋找隱藏的寶藏,就像這個英國人一樣。事實上,他找到了價值150萬英鎊的撒克遜硬幣。如果你厭倦了探索地球,那麼不要擔心。谷歌地球還允許您切換視圖並探索夜空及其所有恆星,或進入火星模式以查看紅色行星或進入月球模式以探索地球上唯一的自然衛星。

正如谷歌地球的產品經理Gopal Shah曾經說的,“谷歌地圖是爲了尋路,而谷歌地圖會讓你迷路。”

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