L’ambiente GIS 3D sta vedendo un sempre maggiore sviluppo con l’integrazione di vari modelli e dati. Tra i dati che possiamo appunto trovare all’interno del mondo 3D ci sono i Voxel. Ma cosa sono esattamente e quali vantaggi offrono nel contesto GIS? Scopriamolo insieme.
Il termine voxel si riferisce a un elemento volumetrico cubico e rappresenta una variabile o un insieme di dati all’interno di un file di dati multidimensionale. Analogamente a un’immagine raster caratterizzata da pixel di un dato valore e coordinate x e y, un cubo voxel contiene componenti x, y e una componente z, o un’altra dimensionalità, in base al tipo di dati e/o variabile. E’ il corrispondente volumetrico 3D di un raster.
La struttura dei Voxel
Nei voxel, x e y rappresentano le coordinate spaziali in un sistema di riferimento, mentre la terza dimensione, z, può assumere significati diversi a seconda del contesto. In alcuni casi la z indica un valore legato alla posizione, come l’altezza o la profondità, in altri rappresenta una variabile relativa a un livello specifico o persino una dimensione temporale.
A ciascun cubo che compone il voxel è associato un valore. Se la terza dimensione è z, il voxel descrive la variazione di una determinata variabile lungo l’asse verticale. Se il terzo asse rappresenta il tempo, il valore associato cambia nel corso del tempo. Nel caso in cui z indichi un livello relativo, ogni livello può corrispondere a una variabile differente: ad esempio, il livello 1 potrebbe rappresentare la temperatura, il livello 2 la salinità, il livello 3 la pressione, e così via.
Alcuni voxel multidimensionali possono includere il tempo come quarta dimensione separata e unica. A differenza di un cubo spazio-temporale, in cui la dimensione z corrisponde al tempo come una delle tre dimensioni rappresentate del livello voxel, in questo tipo di livello il tempo è rappresentato come una quarta dimensione completamente separata (x,y,z,t). In questo voxel abilitato al tempo, la dimensione z contiene una variabile z o una variabile Livello a ogni coordinata x,y, creando un cubo 3D separato per ogni passo o unità temporale completa.
Lavorare coi Voxel
I voxel permettono di visualizzare e analizzare interi volumi 3D, offrendo un livello di esplorazione dei dati impossibile con le tradizionali rappresentazioni 2D. Grazie a questi elementi tridimensionali, è possibile rappresentare sia variabili discrete, come la classificazione del suolo o gli acquiferi, sia variabili continue, come la temperatura o la concentrazione di inquinanti.
L’integrazione dei voxel layer in ambienti GIS 3D permette di analizzare le relazioni spaziali tra ad esempio il sottosuolo e altri elementi, come edifici o infrastrutture, facilitando la pianificazione di costruzioni e interventi di manutenzione. Inoltre, i voxel layer possono essere visualizzati sia come volumi che come superfici, con diverse modalità di esplorazione: l’uso di isosuperfici consente di evidenziare valori specifici di una variabile continua, mentre le slice e le section permettono di isolare aree di interesse e analizzare diverse sezioni del volume.
Attualmente, i soli dati netCDF sono accettati come fonte per un voxel. Il formato netCDF è un formato di file aperto e autodescrittivo per la memorizzazione di dati multidimensionali orientati ad array, progettato specificamente per variabili scientifiche, come temperatura, umidità, pressione e tipo di suolo. ArcGIS Pro fornisce diversi strumenti di geoprocessing e flussi di lavoro per creare fonti di dati adatte a un livello voxel. Diversi flussi di lavoro consentono di creare dati multidimensionali da input di punti 3D, da analisi geostatistiche o convertendo dati multidimensionali esistenti, come i dati raster, per visualizzarli come layer voxel.
I voxel sono utilizzabili in scene 3D sia di ArcGIS Pro che di un viewer web associato ad applicativi web e/o ArcGIS Portal/Online.
Qui alcuni esempi di voxel pubblicati da Esri:
- Esempio 1 (Analizzare più variabili)
- Esempio 2 (Area di interesse/Sezionare un volume)
- Esempio 3 (Voxel discreto)
- Esempio 4 (Isosuperfici)
Conclusione
In questo articolo abbiamo visto i dati Voxel, dati volumetrici rappresentati da una griglia regolare utile sia per eseguire analisi e che creare visualizzazioni 3D.
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