UM ESTUDO SOBRE META-ARQUIVOS VETORIAIS PARA VISUALIZAÇÃO DE MAPAS NA WEB

Transcrição

1 UM ESTUDO SOBRE META-ARQUIVOS VETORIAIS PARA VISUALIZAÇÃO DE MAPAS NA WEB Carla Cristina Fonseca Ferreira Orientador: Marcelo Gattass Co-Orientador: Luiz Henrique de Figueiredo Dissertação de Mestrado Maio 98

2 Tópicos Introdução Formatos de Arquivos de Imagens e Figuras Compressão TeCGraf Web Format Casos Testes Resultados Conclusão

3 Motivação: Imagem não atende requisitos Tráfego muito lento. Precisão cartográfica. Solução atual. Seleção. Arquivo CGM DWF PDF BR Vegetação (Kb)

4 Requisitos do W3C (World Wide Web Consortium) Facilidades gráficas: gráficos vetoriais: elementos curvos, texto escalável, truecolor, transparência, estilo de junção de linha e níveis de detalhe; dados raster. Interação: zoom e pan; seleção de elementos únicos e agrupamento de elementos em estruturas semânticas; menus ativados por seleção; links para outras vistas e para outras figuras no mesmo arquivo; links para mídia externa (URL) e acesso através de mídia externa.

5 Idéia Geral Netscape BD Servidor Web TWF Mediano 94, Derraik 97 Carla 98

6 Objetivo do Trabalho: Codificação Comprimida Eliminação de redundâncias perceptuais. Requisitos sobre precisão: zoom de 400% na tela sem erro de posicionamento dos vértices; zoom acima de 400% devem recorrer ao servidor; impressão e inserção em documentos.

7 Proposta: Codificação Comprimida de Mapas Conceito de atributo corrente. Ordem implícita das primitivas. Processo de codificação com compressão: Quantização com eliminação de repetições. Codificação. Compressão. Processo de decodificação: Descompressão. Interpretação dos comandos.

8 Formatos de Vetoriais Formato Codificação (B/T/C) Coordenadas poligonais Cores (I/RGB) Ordem Implícita Atributos Correntes Compressão EMF B 3 ou 16 bits I Gerais CGM B/T/C 8, 16, 4, 3 ou 64 bits I (8..3 bits) ou RGB (3, 4 int s/ sinal) CDM T 3 bits I ou RGB DXF T Reais (16 decimais) I (máximo 56) PLOT B 3 bits (int c/ sinal) Web DWF B/T Abs (31 bits sem sinal); Rel (16, 3 bits com sinal) SVF (camada) 1 a 8 bytes (Relativas) I (56 cores) ou RGB (padrões repetidos) ActiveCGM, PDF, DRA-CAD MPP

9 Compressão Etapas da compressão: Modelagem: estatística ou baseada em dicionário. Codificação. Huffman FGK E = B = A = C = 3 4 D = 3 LZW: Adaptativo e baseia-se em uma tabela de cadeias.

10 LZO Biblioteca de compressão e descompressão de dados em tempo real. Resultados tão bons quanto o LZW. Domínio público, enquanto o LZW é patente da Unisys. Portabilidade entre as plataformas. Arquiteturas 3 bits. Não apresentou problemas nos testes. Não utiliza muita memória. Vários algoritmos. O LZO1X é um algoritmo de uso geral. Modelagem do dicionário.

11 TeCGraf Web Format Ponto de partida - Canvas Draw Metafile: Texto. Atributos correntes. Ordem implícita das primitivas. Coordenadas vetoriais. Escolha da fonte de texto. Cores RGB. Primeira mudança: codificação clear text codificação binária.

12 TeCGraf Web Format Esquema de um arquivo TWF: TWF 0.8 (7 bytes). w (3 bits) e h ( 3 bits).... Id w h Função... Função Índice Parâmetro... Parâmetro 1 byte Variável

13 Duas Propostas para TWF Principal mudança: modo de codificação das poligonais. Quantização Criação Codificação Proposta 1 Codificação Proposta Compressão Descompressão Interpretação Decodificação Proposta 1 Decodificação Proposta

14 Poligonal no TWF Quantização Conversão das coordenadas. R N Eliminação de segmentos de tamanho zero. Codificação Compacta das Coordenadas Início Ponto... Ponto Fim Índice Modo Índice 9 0, 1, ou 3 10

15 TWF Proposta 1 - Codificação Simples Conceito de posição corrente é restrito a uma poligonal. Maior resolução = x Semiperímetro do Equador em Km (0 037 Km). Coordenadas relativas podem ser negativas. 10 Coordenada x = 15 bits Coordenada y = 15 bits 4 bytes Ponto Absoluto 11 Coordenada x = 7 bits Coordenada y =7 bits bytes Ponto Relativo

16 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Coordenadas: Absolutas. Relativas por x e y. Relativas por Direção Quantizada. Pontos com coordenadas relativas por direção sempre pertencem a uma cadeia de bits. Conceito de posição corrente é restrito a uma poligonal. Todos os pontos são sempre armazenados na menor codificação possível (de direção quantizada para absoluta).

17 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Pontos Absolutos e Relativos por x e y header coordenada x coordenada y footer Header Tamanho Enorme Grande Normal Pequeno Footer Próximo Fim de poligonal Ponto com coordenadas absolutas Ponto com coordenadas relativas x e y Cadeia de bits

18 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Pontos em Coordenadas Absolutas Ponto Absoluto Header (bits) Coord. x (bits) Coord. y (bits) Footer (bits) Total (bytes) Enorme Grande Normal Pequeno Maior resolução = 30 x x10 9 Semiperímetro do Equador em dm ( dm). Pontos em Coordenadas Relativas por x e y Ponto Relativo por x e y Enorme Grande Header (bits) Coord. x (bits) Coord. y (bits) Footer (bits) Total (bytes) 4 3 Normal Pequeno 6 6 1

19 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Coordenadas Relativas por Direção Uma cadeia de pixels é composta por um conjunto de pontos adjacentes no sentido 8-conexo. As cadeias de pixels são codificadas como cadeias de bits. Primeira direção é armazenada segundo a rosa dos ventos, as demais são relativas à direção anterior. NO N P i+1 NE direção... direção fim cadeia footer O P i L NO N SE SO S SE O SO P i S L SE = 4 5 P i = P i

20 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Coordenadas Relativas por Direção Valor absoluto da diferença entre as coordenadas quantizadas de dois pontos consecutivos menor ou igual a 1; Marcação de fim de cadeia = duas direções oeste consecutivas (não podem ocorrer duas direções oeste consecutivas no meio de uma cadeia). 001 P P P P P 0 010, 110, 001, 111, 100, 100, footer

21 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Coordenadas Relativas por Direção Número par de direções oeste consecutivas: não causa nenhum problema; n direções oeste consecutivas são descartadas , 110, 001, 101, 100, 100, 001, 100, , 110, 001, 101, 001, 100, 100

22 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Coordenadas Relativas por Direção Número ímpar de direções oeste consecutivas no meio da cadeia: apenas uma direção oeste é considerada; n direções oeste consecutivas são descartadas , 110, 001, 101, 100, 100, 100, 111, 100, , 110, 001, 101, 100, 111, 100, 100

23 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Problema com coordenadas relativas por direção Número ímpar de direções oeste consecutivas no final da cadeia 100 (dx,dy) (x 0,y 0 ) 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 101, 100, 100, 100, 100, 100, 10-10, (dx,dy), 00 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 101, 100, 100, 100, 10-10, (dx,dy), 00 + lixo

24 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Soluções possíveis (dx,dy) (x 0,y 0 ) 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 101, 100, 100, 100, 100, 100, 10-10, (dx,dy), 00 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 101, 100, 100, 100, 10-10, (dx,dy), 00 (a) 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 101, 100, 100, 10-11, (0,1), 10-10, (dx,dy), 00 (b) 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 100, , (dx,dy), 00 (c) aumentar o tamanho de cada direção para 4 bits (d) colocar no início de cada cadeia de bits o número de direções que essa possui

25 TWF Proposta - Codificação Adaptativa Análise das soluções possíveis (a) 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 101, 100, 100, 10-11, (0,1), 10-10, (dx,dy), pontos x 1 byte = 79 bytes (dx,dy) (b) 10, (x 0,y 0 ), , 110, 001, 100, , (dx,dy), 00 (c) aumentar o tamanho de cada direção para 4 bits 010 (x 0,y 0 ) (d) colocar no início de cada cadeia de bits o número de direções que essa possui Maior cadeia = 1063 direções 11 bits x cadeias 104 Kbytes = 47 Kbytes 6 bits x cadeias 57 Kbytes

26 TeCGraf Web Format Compressão Aplica-se o algoritmo LZO1X_1 da biblioteca LZO nos dados gerados na codificação compacta. O LZO1X é o algoritmo de uso geral da LZO. O LZO1X_1 é o nível mais rápido entre os algoritmos LZO1X e utiliza 64 Kbytes de memória para compressão. Na descompressão, todos os algoritmos apresentam bom desempenho. Descompressão Decodificação

27 Casos Testes

28 Casos Testes Arquivo Formato Tamanho (Kb) Número de pontos Número de poligonais Média de pontos por poligonal África BIN Madison BIN Anchorage BIN BR Municípios BIN BR Vegetação CGM BR Indígena CGM

29 Resultados: Quantização Arquivo Núm. pontos 51x51 104x x x4096 originais Núm. pontos % original Núm. pontos % original Núm. pontos % original Núm. pontos % original África Madison Anchorage BR Municípios BR Vegetação BR Indígena Quantização % dos Pontos Originais Resolução Africa BR Municípios Madison Anchorage BR Vegetação BR Indígena

30 Resultados: Comparação dos Formatos África TWF_P1 TWF_P DWF GIF KB Resolução DXF CDM CGM EMF BMP África 10 KB TWF_P1 TWF_P DWF GIF Resolução

31 Resultados: Comparação dos Formatos TWF, DWF e GIF 4 África Razão GIF 3 1 TWF_P1 TWF_P DWF GIF Resolução BR Municípios Razão GIF Resolução TWF_P1 TWF_P DWF GIF

32 Resultados: Comparação dos Formatos TWF, DWF e GIF 10 Madison Razão GIF TWF_P1 TWF_P DWF GIF Resolução Anchorage 4 Razão GIF 3 1 TWF_P1 TWF_P DWF GIF Resolução

33 Resultados: Comparação dos Formatos TWF, DWF e GIF 5 BR Vegetação Razão GIF TWF_P1 TWF_P DWF GIF Resolução BR Indígena Razão GIF TWF_P1 TWF_P DWF GIF Resolução

34 Resultados: Tipos de Pontos Gerados no TWF_P 3000 África Número de Pontos RN RP AN AP Resolução África África Número de Pontos RDr Número de Pontos DrO Resolução Resolução

35 Resultados: Número de Bits por Ponto no TWF_P Número Médio de Bits por Ponto Bits por Ponto Resolução África BR Municípios Madison Anchorage BR Vegetação BR Indígena

36 Resultados: Algoritmos de Compressão LZO África 1A 1B_1 % Compressão 100% 80% 60% 40% 0% 0% Resolução 1B_5 1B_9 1C_1 1C_5 1C_9 1F_1 1X_1 1X_1_11 1Y_1 100% BR Vegetação 1A 1B_1 1B_5 % Compressão 80% 60% 40% 0% 0% Resolução 1B_9 1C_1 1C_5 1C_9 1F_1 1X_1 1X_1_11 1Y_1

37 Conclusão Arquivos de imagem de baixa resolução não podem ser escalados, não suportam zoom nem seleção individual de entidades. Formatos de arquivos vetoriais existentes criam arquivos muito grandes. Técnicas cartográficas reduzem o número de pontos. Duas propostas de codificação: com e sem cadeias de bits. Quantização reduz o tamanho do arquivo e estabelece o conceito de vizinhança. Técnica de codificação vetorial que cria arquivos pequenos com uma resolução adequada para apresentação na web. Melhores resultados na resolução 4096.

38 Sugestões para Trabalhos Futuros Inclusão de dados raster. Inclusão de hyperlinks com agrupamento de elementos e estrutura semântica. Textura e sobreposição com o plano alfa. Criação de camadas (layers). Controle de estilo e junção de linha. Exibição progressiva. O TWF deve se tornar independente do CD. Estudar mais sobre compressão, para verificar se é possível obter um algoritmo melhor.