TypeScript'te veri katmanlarını görselleştirme

Veri katmanları yanıtı bir GeoTIFF dosyasında gelir. İlgilendiğiniz verileri almak için kendi araçlarınızı kullanabilirsiniz. Örneğin, bir bölgedeki sıcaklık değerlerini gösteren bir GeoTIFF resminiz olduğunu varsayalım. TypeScript'i kullanarak, sıcaklık kalıplarını görselleştirmek için anında anlaşılır renkli bir resim oluşturmak üzere düşük sıcaklıkları mavi renklerle, yüksek sıcaklıkları ise kırmızı renklerle eşleyebilirsiniz.

Bu TypeScript kodu, GeoTIFF adlı özel resim dosyalarını alıp bir HTML kanvası (dijital resim çerçevesi gibi) kullanarak web sitesinde görüntülemek için tasarlanmıştır. Kod aşağıdaki bileşenleri kullanır:

  • GeoTIFF resimleri: GeoTIFF'ler birden fazla resim verisi katmanı depolayabilir. Bu sayede haritalar veya bilimsel analizler için kullanılabilir.
  • RGB Resimler: Bunlar en aşina olduğumuz resim türleridir (ör. fotoğraflar). Her pikselin rengi belirleyen kırmızı, yeşil ve mavi değerleri vardır.
  • Paletler: Bunlar boya setlerine benzer. Bu paletler, resimleri renklendirmek için kullanılabilecek önceden tanımlanmış renklerin bir listesini içerir.

Bu sayfada, piksel veri değerlerinin (renk değerleri ve diğer özellikler dahil olmak üzere dijital bir görüntünün tek tek piksellerinde depolanan bilgiler) nasıl alınacağı gösterilmektedir. Ayrıca, GeoTIFF'ten enlem ve boylam hesaplanır ve TypeScript nesnesinde saklanır.

Aşağıdaki kod snippet'inde, bu örnekte ilgilenilen verileri depoladığımız tür tanımı gösterilmektedir. Alanlar ve veri türü, TypeScript'te bir "tür"dür. Bu örnekte, tür kontrolüne izin vermeyi seçtik. Bu sayede tür hatalarını azaltabilir, kodunuza güvenilirlik katabilir ve kodunuzun bakımını kolaylaştırabilirsiniz. Piksel değerleri ve enlem/boylam sınırlayıcı kutusu gibi birden fazla değer döndürmek için bu verileri saklayacak bir tür tanımlayın.

export interface GeoTiff {
  width: number;
  height: number;
  rasters: Array<number>[];
  bounds: Bounds;
}
solar.ts

Temel işlevler

Kodda birlikte çalışan birkaç işlev vardır:

  • renderRGB: RGB GeoTIFF resmi ve isteğe bağlı olarak bir maske (şeffaflık için) alır, bir web sitesi tuvali öğesi oluşturur, GeoTIFF'in her bir pikseli arasında döngü yapar ve tuvaldeki ilgili pikseli renklendirir.
  • renderPalette: Tek bir veri katmanı ve renk paleti içeren bir GeoTIFF alır, GeoTIFF veri değerlerini paletteki renklerle eşler, palet renklerini kullanarak yeni bir RGB resim oluşturur ve resmi tuvalde görüntülemek için renderRGB işlevini çağırır.

/**
 * Renders an RGB GeoTiff image into an HTML canvas.
 *
 * The GeoTiff image must include 3 rasters (bands) which
 * correspond to [Red, Green, Blue] in that order.
 *
 * @param  {GeoTiff} rgb   GeoTiff with RGB values of the image.
 * @param  {GeoTiff} mask  Optional mask for transparency, defaults to opaque.
 * @return {HTMLCanvasElement}  Canvas element with the rendered image.
 */
export function renderRGB(rgb: GeoTiff, mask?: GeoTiff): HTMLCanvasElement {
  // Create an HTML canvas to draw the image.
  // https://www.w3schools.com/tags/canvas_createimagedata.asp
  const canvas = document.createElement('canvas');

  // Set the canvas size to the mask size if it's available,
  // otherwise set it to the RGB data layer size.
  canvas.width = mask ? mask.width : rgb.width;
  canvas.height = mask ? mask.height : rgb.height;

  // Since the mask size can be different than the RGB data layer size,
  // we calculate the "delta" between the RGB layer size and the canvas/mask
  // size. For example, if the RGB layer size is the same as the canvas size,
  // the delta is 1. If the RGB layer size is smaller than the canvas size,
  // the delta would be greater than 1.
  // This is used to translate the index from the canvas to the RGB layer.
  const dw = rgb.width / canvas.width;
  const dh = rgb.height / canvas.height;

  // Get the canvas image data buffer.
  const ctx = canvas.getContext('2d')!;
  const img = ctx.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);

  // Fill in every pixel in the canvas with the corresponding RGB layer value.
  // Since Javascript doesn't support multidimensional arrays or tensors,
  // everything is stored in flat arrays and we have to keep track of the
  // indices for each row and column ourselves.
  for (let y = 0; y < canvas.height; y++) {
    for (let x = 0; x < canvas.width; x++) {
      // RGB index keeps track of the RGB layer position.
      // This is multiplied by the deltas since it might be a different
      // size than the image size.
      const rgbIdx = Math.floor(y * dh) * rgb.width + Math.floor(x * dw);
      // Mask index keeps track of the mask layer position.
      const maskIdx = y * canvas.width + x;

      // Image index keeps track of the canvas image position.
      // HTML canvas expects a flat array with consecutive RGBA values.
      // Each value in the image buffer must be between 0 and 255.
      // The Alpha value is the transparency of that pixel,
      // if a mask was not provided, we default to 255 which is opaque.
      const imgIdx = y * canvas.width * 4 + x * 4;
      img.data[imgIdx + 0] = rgb.rasters[0][rgbIdx]; // Red
      img.data[imgIdx + 1] = rgb.rasters[1][rgbIdx]; // Green
      img.data[imgIdx + 2] = rgb.rasters[2][rgbIdx]; // Blue
      img.data[imgIdx + 3] = mask // Alpha
        ? mask.rasters[0][maskIdx] * 255
        : 255;
    }
  }

  // Draw the image data buffer into the canvas context.
  ctx.putImageData(img, 0, 0);
  return canvas;
}
visualize.ts

Yardımcı İşlevler

Kod, ek işlevleri etkinleştiren çeşitli yardımcı işlevler de içerir:

  • createPalette: Onaltılık renk kodları listesine göre resimleri renklendirmek için kullanılacak renklerin listesini oluşturur.
  • colorToRGB: "#FF00FF" gibi bir renk kodunu kırmızı, yeşil ve mavi bileşenlerine dönüştürür.
  • normalize, lerp, clamp: Görüntü işleme için matematiksel yardımcı işlevler.

/**
 * Renders a single value GeoTiff image into an HTML canvas.
 *
 * The GeoTiff image must include 1 raster (band) which contains
 * the values we want to display.
 *
 * @param  {GeoTiff}  data    GeoTiff with the values of interest.
 * @param  {GeoTiff}  mask    Optional mask for transparency, defaults to opaque.
 * @param  {string[]} colors  Hex color palette, defaults to ['000000', 'ffffff'].
 * @param  {number}   min     Minimum value of the data range, defaults to 0.
 * @param  {number}   max     Maximum value of the data range, defaults to 1.
 * @param  {number}   index   Raster index for the data, defaults to 0.
 * @return {HTMLCanvasElement}  Canvas element with the rendered image.
 */
export function renderPalette({
  data,
  mask,
  colors,
  min,
  max,
  index,
}: {
  data: GeoTiff;
  mask?: GeoTiff;
  colors?: string[];
  min?: number;
  max?: number;
  index?: number;
}): HTMLCanvasElement {
  // First create a palette from a list of hex colors.
  const palette = createPalette(colors ?? ['000000', 'ffffff']);
  // Normalize each value of our raster/band of interest into indices,
  // such that they always map into a value within the palette.
  const indices = data.rasters[index ?? 0]
    .map((x) => normalize(x, max ?? 1, min ?? 0))
    .map((x) => Math.round(x * (palette.length - 1)));
  return renderRGB(
    {
      ...data,
      // Map each index into the corresponding RGB values.
      rasters: [
        indices.map((i: number) => palette[i].r),
        indices.map((i: number) => palette[i].g),
        indices.map((i: number) => palette[i].b),
      ],
    },
    mask,
  );
}

/**
 * Creates an {r, g, b} color palette from a hex list of colors.
 *
 * Each {r, g, b} value is a number between 0 and 255.
 * The created palette is always of size 256, regardless of the number of
 * hex colors passed in. Inbetween values are interpolated.
 *
 * @param  {string[]} hexColors  List of hex colors for the palette.
 * @return {{r, g, b}[]}         RGB values for the color palette.
 */
export function createPalette(hexColors: string[]): { r: number; g: number; b: number }[] {
  // Map each hex color into an RGB value.
  const rgb = hexColors.map(colorToRGB);
  // Create a palette with 256 colors derived from our rgb colors.
  const size = 256;
  const step = (rgb.length - 1) / (size - 1);
  return Array(size)
    .fill(0)
    .map((_, i) => {
      // Get the lower and upper indices for each color.
      const index = i * step;
      const lower = Math.floor(index);
      const upper = Math.ceil(index);
      // Interpolate between the colors to get the shades.
      return {
        r: lerp(rgb[lower].r, rgb[upper].r, index - lower),
        g: lerp(rgb[lower].g, rgb[upper].g, index - lower),
        b: lerp(rgb[lower].b, rgb[upper].b, index - lower),
      };
    });
}

/**
 * Convert a hex color into an {r, g, b} color.
 *
 * @param  {string} color  Hex color like 0099FF or #0099FF.
 * @return {{r, g, b}}     RGB values for that color.
 */
export function colorToRGB(color: string): { r: number; g: number; b: number } {
  const hex = color.startsWith('#') ? color.slice(1) : color;
  return {
    r: parseInt(hex.substring(0, 2), 16),
    g: parseInt(hex.substring(2, 4), 16),
    b: parseInt(hex.substring(4, 6), 16),
  };
}

/**
 * Normalizes a number to a given data range.
 *
 * @param  {number} x    Value of interest.
 * @param  {number} max  Maximum value in data range, defaults to 1.
 * @param  {number} min  Minimum value in data range, defaults to 0.
 * @return {number}      Normalized value.
 */
export function normalize(x: number, max: number = 1, min: number = 0): number {
  const y = (x - min) / (max - min);
  return clamp(y, 0, 1);
}

/**
 * Calculates the linear interpolation for a value within a range.
 *
 * @param  {number} x  Lower value in the range, when `t` is 0.
 * @param  {number} y  Upper value in the range, when `t` is 1.
 * @param  {number} t  "Time" between 0 and 1.
 * @return {number}    Inbetween value for that "time".
 */
export function lerp(x: number, y: number, t: number): number {
  return x + t * (y - x);
}

/**
 * Clamps a value to always be within a range.
 *
 * @param  {number} x    Value to clamp.
 * @param  {number} min  Minimum value in the range.
 * @param  {number} max  Maximum value in the range.
 * @return {number}      Clamped value.
 */
export function clamp(x: number, min: number, max: number): number {
  return Math.min(Math.max(x, min), max);
}
visualize.ts

Önceki
GeoTIFF dosyaları hakkında