rayshaderでDEM+GPSデータ可視化 #1

GPSデータを3次元で可視化したい

以下のTwitterをみて、やりたくなった。

‼️New #rayshader release (v0.32.5)! This version brings 3rd person views to your maps, generated directly from a spatial path: turn your GPS bike rides/runs/hikes into cool 3D animations, directly in #RStats! You can even steady the camera or add rotation for a cinematic effect. pic.twitter.com/rYE2dG6n75

— Tyler Morgan-Wall @tylermorganwall@fosstodon.org (@tylermorganwall) December 13, 2022

Population within 20 km of Japan's Tōkaidō Shinkansen, the world's first high-speed rail line. I swear every time I share something, I get new ideas I wish I'd implemented.

But I need to fix the spelling error in my Germany map first.#rayshader adventures, an #rstats tale pic.twitter.com/WWJUthr8SF

— terence fosstodon (@researchremora) December 18, 2022

Rのrayshaderというパッケージで、3次元で可視化する、という物だ。
よくクロスカントリースキーやランニングをするため、その軌跡を3Dで視覚化できればな、と思っていたため、試してみることにした。Rにはすこしなじみがあったため、ちょっと触って、Twitterで自慢する、くらいの気持ちだった。

が、割とスタックした。その記録。

最初

以下の記事を見て、rayshaderanimateというパッケージ入れてコードパクればいけるやん、と思っていた。

3D GPS data animation – virtually climb the Alps | R-bloggers3D GPS data animation – virtually climb the Alps

ただこのパッケージは、元となるDTMをどこかのサイトからダウンロードしてくる。自分は日本の地理院のデータ、ゆくゆくはUAV-LiDARで撮影したデータを可視化したかった。

そのため、ビデオを作るという目的で上のパッケージ使用はあきらめ(後程GPSデータ変換では使う)、本家rayshaderを使うことにした。インストールはgithubにある最新版から行った方が良い。

Create Maps and Visualize Data in 2D and 3D

構築環境

• R 4.2.2

• Rstudio最新版（2023年1月16日時点）

• rayshader 0.34.2

• rayrender 0.29.0

• terra1.6-47

DTMの可視化

地理院の基盤地図情報をQGISに読み込み、描画したいエリアのみ切り取ってGeoTiffに保存した。
（これ以外の方法には、Rのみでやる方法（↓）もあるっぽい。こちらの方法に従うと、これから説明する問題は発生しない可能性ありだが未確認。）

Rと3Dプリンターで八ヶ岳のミニチュアを作る。 - 株式会社ホクソエムのブログ

DTM自体はすぐに読みこめ、あとはrayshaderHPのチュートリアルに従うとすぐに3次元にできた。

library(raster)
library(rayshader)

raster_path <- "path.tif"　#

r <- raster(raster_path)
elmat <- rayshader::raster_to_matrix(r)
#あとはチュートリアルのとおり

基盤地図情報を3次元で可視化できた。マウスで動かせる。

GPSデータの準備

手元にあったデータを使うことにした。なお、ここで上記使わないことにした、といったrayshaderanimateを使う。

library(rayshaderanimate)
gpx_path <- "path.gpx"

#緯度経度高度時間＋追加情報のリストを作る。自分の場合、追加情報には心拍数データが入った。
gpx_table <- rayshaderanimate::get_table_from_gpx(gpx_path)

#緯度経度高度に分けてリスト作成。もっと良い方法がある気が？
{
ski_track_lat = list()
ski_track_long = list()
ski_track_alt = list()

nrow <- NROW(gpx_table)

  for(i in 1:nrow) {
    ski_track_lat[[i]] = gpx_table$lat[i]
    ski_track_long[[i]] = gpx_table$lon[i]
    ski_track_alt[[i]] = as.numeric(gpx_table$ele[i])
  }
}

ぶち当たった問題

チュートリアルには、３次元で点およびラインを可視化する方法がある。ただ、いきなり「montereybay」というデータを使い始めるのだが、これの素性が分かりにくい。

要は、上記「elmat」、つまり

elmat <- rayshader::raster_to_matrix(r)

でrayshaderで扱うデータのスタイル？に変換したものだ。

これを元に、パスを以下のコードで描画しようと思った。

elmat %>%
  sphere_shade(texture = "desert") %>%
  #add_water(detect_water(elmat), color = "desert") %>%
  add_shadow(ray_shade(elmat, zscale = 3), 0.5) %>%
  add_shadow(ambient_shade(elmat), 0) %>%
  plot_3d(elmat, zscale = 10, fov = 0, theta = 135, zoom = 0.75, phi = 45, windowsize = c(1000, 800))

render_path(extent = attr(elmat,"extent"),  
            lat = unlist(ski_track_lat), long = unlist(ski_track_long), 
            altitude = unlist(ski_track_alt), zscale=10,color="white", antialias=TRUE)

すると無限に

Error in get_extent(extent) : 
#   class of extent (`NULL`) not one of supported types (`Extent`, `bbox`, `numeric`, `SpatExtent`)

というエラーが出てわけわからんくなった。

解決策

結論から言うと、montereybayには"extent"という属性が付されており、これは要はラスタの範囲を示すものだ（と思われる）。
自分が読み込んだelmatには属性がなく、そこでエラーが発生していた。

attr(elmat, "extent") <- terra::ext(r, cells=NULL)

以上のコードを実行、その結果きちんと描画出来た。

GPSデータを描画できた

コードの意味を理解せず実行したので、エラーが出るのも当然だっ
た。

以上!