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Modelo de Dados de GDAL

Este documento descreve o Modelo de Dados implementado pela bilbioteca GDAL, os tipos de informação que GDAL pode conter e a sua semântica.

# Dataset

Um dataset (representado pela classe GDALDataset) é um agrupamento de bandas "raster" e um conjunto de informação comum a estas bandas. Em particular, um dataset possui o conceito de tamanho (em pixels e em linhas) que se aplica à todas as bandas. O Dataset também é reponsável pelas definições de referência geográficas e sistema de coordenadas comum a todas as bandas. O Dataset também pode possuir metadado, representado por uma lista de strings no formato de pares nome=valor.

Note que o GDALDataet e o modelo de bandas "raster" em GDAL são ligeiramente baseados na especificação do "Grid Coverage" do OpenGIS (OGC).

## Sistema de Coordenadas

O sistema de coordenadas de um dataset é representado por uma string no formato "Well Kown Text" que contém:

- Nome geral para o sistema de coordenadas.
- Nome do sistema de coordenadas geográficas.
- Nome do datum.
- Nome da Elipsóide, semi-eixo maior e o inverso do achatamento.
- Nome do meridiano de origem e sua distância de Greenwich.
- Nome da projeção (ex. Transverse Mercator).
- Lista de parâmetros de projeção (ex. central_meridian).
- Nome das unidades e fator de conversão para metros ou radianos.
- Nome e order dos eixos.
- Códigos para relacionar a maioria dos items acima com tabelas de autoridades tais como EPSG.

Para maiores informações sobre o sistema de coordenadas OpenGIS WKT, e seu o mecanismo de manipulação, refira-se ao documento osr_tutorial e/ou a documentação da classe OGRSpatialReference.

O sistema de coordenadas retornado pelo método GDALDataset::GetProjectionRef() descreve as coordenadas geo-referenciadas que devem ser usadas na transformação afim retornada pelo método GDALDataset::GetGeoTransform(). O sistema de coordenadas retornado pelo métido GDALDataset::GetGCPProjection() descreve as coordenadas geo-referenciadas dos GCPs (Ground Control Points ou ponto de controle na superficíe) retornados pelo método GDALDataset::GetGCPs().

Note que a string do sistema de coordenada retornado for "" isto indica que nada se sabe sobre o sistema de coordenadas do referido dataset.

## Transformacao afim

GDAL datasets tem duas formas de descrever o relationamento entre poisição em raster (coordenadas de pixel) e coordenadas geográficas. O primeiro e mais usado é a transformação afim (o outro usa os GCPs).

A transformação afim consiste em seis coeficiente retornados por GDALDataset::GetGeoTransform() que mapeiam coordenadas de pixel/linhas em coordenadas referenciadas spacialmente usango o seguinte relacionamento:

        Xgeo = GT(0) + Xpixel*GT(1) + Yline*GT(2)
        Ygeo = GT(3) + Xpixel*GT(4) + Yline*GT(5)

No caso de imagens orientadas em direção ao norte, os coeficientes GT(2) e GT(4) são igual a zero, o GT(1) é a largura en pixels, e GT(5) é a altura en pixels. A posição (GT(0), GT(3)) é o canto superior esquerdo do pixel no canto superior esquerdo da imagem.

Note que a coordenada pixel/linha neste formato se extendem de (0.0, 0.0) no pixel do canto superior esquerdo localizado no canto superior esquerdo da imagem até o canto inferior direito do pixel localizado no canto inferior direito da imagem. Consequentement, a coordenada do pixel no canto superior esquerdo é (0.5, 0.5).

## GCPs

Um dataset pode possuir um conjunto de pontos de controle relacionando uma ou mais posições no raster com coordenadas geo-referenciadas. Todos os GCPs compartilham o mesmo sistema de coordanadas (retornado pelo GDALDataset::GetGCPProjection()). Cada GCP (representado pelo classe GDAL_GCP) contén as seguintes estrutura:

    typedef struct
    {
        char   *pszId;
        char   *pszInfo;
        double dfGCPPixel;
        double dfGCPLine;
        double dfGCPX;
        double dfGCPY;
        double dfGCPZ;
    } GDAL_GCP;

A string pszId deve conter um único (e geralmente, mas nem sempre, numérico) identificador para cada GCP dentro do conjunto de GCPs do dataset. A string pszInfo é usualmente vazia mas pode conter qualquer texto associado ao GCP que o usuário defina. Potencialmente pszInfo poderá conter informação, decodificável automaticamente, sobre o estado do GCP. O que no entando ainda não tem sido feito até o momento.

Os campos (Pixel, Line) contém a localização do GCP no raster. Os campos (X,Y,Z) estão associados com a localixação geo-referenciada sendo que Z é normalmente zero.

O modelo de dados de GDAL nao impõe nenhum mecanismo de transformação para que deve ser generado a partir dos GCPs... Isto é deixado para o applicação. No entanto polinomios de primeiro a quinto grau são comument utilizados.

Normalmente um dataset ira conter transformações afins (geotransform), GCPs or nenhum dos dois. É incomum encontrar os dois e neste caso não existe uma definição de qual deve ter precedência.

## Metadados

O metado do GDAL é um formato auxiliar de dado textual específico para cada aplicação que contém uma lista de pares nome=valor. É requerido que os nomes sejam chaves facilmente distintas (sem espaço e caracteres especiais). O valor pode ser de qualquer tamanho e pode conter qualquer coisa, exceto um caracter núlo (zero ASCII).

O sistema de manipulação de metadas não é apropriado para suportar grandes volume de metados. Mais de 100K bytes de metada para um dataset provavelmente causará degradação na performance.

Com o tempo espera-se que nomes bem conhecidos sejam identificados e bem estabelicidos semanticamente, no entanto isto ainda não tem ocorrido até o momento.

Alguns formatos suportam metados genéricos (definidos pelo usuário), enquanto outros formatos supportam nomes specificos. Por exemplo o TIFF driver retorna algumas de suas "tags" na forma de metadas tais como data e hora:

    TIFFTAG_DATETIME=1999:05:11 11:29:56

O matado é dividido em grupos chamados domínios (domains). O domínio default tem o nome em branco (NULL ou ""). Existem alguns domínios specificos para propósitos especiais. Note que correntement não existe uma forma de enumerar todos os domínios disponíveis para um dado objeto mas as aplicações podem testar a existência de domínios conhecidos.

### Dominio de SUBDATASETS

Os domínios SUBDATASETS podem listar uma hierarquia de datasets filhos. Normalmente isto é usado para prover endereços para várias imagens (ou datasets) internas à um único arquivo de images (como HDF ou NITF). Por exemplo, um arquivo NITF com quatro imagens pode ter a seguinte lista de subdataset:

      SUBDATASET_1_NAME=NITF_IM:0:multi_1b.ntf
      SUBDATASET_1_DESC=Image 1 of multi_1b.ntf
      SUBDATASET_2_NAME=NITF_IM:1:multi_1b.ntf
      SUBDATASET_2_DESC=Image 2 of multi_1b.ntf
      SUBDATASET_3_NAME=NITF_IM:2:multi_1b.ntf
      SUBDATASET_3_DESC=Image 3 of multi_1b.ntf
      SUBDATASET_4_NAME=NITF_IM:3:multi_1b.ntf
      SUBDATASET_4_DESC=Image 4 of multi_1b.ntf
      SUBDATASET_5_NAME=NITF_IM:4:multi_1b.ntf
      SUBDATASET_5_DESC=Image 5 of multi_1b.ntf

O valor de _NAME é a string que pode ser usada em uma chamada à GDALOpen() para acessar o arquivo. O valor de _DESC tem a intensão de apresentar uma descrição ao usuário no caso da seleção de subdataset.

### Dominio IMAGE_STRUCTURE

O domínio defult do metadata ("") está relacionado à image e não particularmente a forma como a image é organizada no arquivo. Isto significa que este domínio é apropriado para se copiar junto com o dataset quanto a image é copida para um novo format. Alguma informações pertence somente a um particular format de arquivo e sua forma de armazenamento. Para que esta informação não seja copiada inadvertidamente este tipo de informação é colocado num domínio especial chamado IMAGE_STRUCTURE que não normalmente não deve ser copiado de um formato para outro.

Um item que aparece no domínio IMAGE_STRUCTURE é o esquema de compressão usado pelo formato. O nome deste item no metada é COMPRESSION mas o valor dele pode ser específico para cada formato.

### Dominio xml:

Qualquer domínio cujo o prefix do nome é "xml:" não é um item de metada normal mas sim um único documento XML armazenado numa string longa.

# Banda de Imagem Raster

Uma banda de image raster é representada em GDAL pela classe GDALRaseterBand. Ela representa uma única banda, canal ou camada. Em GDAL, uma banda não representa necessáriamente uma imagem inteira. Uma imagem 24bit RGB, por exemplo, é normalmente representada por um dataset com três bandas, uma para vermelho, uma pra verde e outra para azul.

Um banda raster tem as seguintes propriedades:

- Altura e largura em número de pixels e linhas. Pode ser o mesmo valor definido para o dataset, caso seje uma banda de resolução total.

- Um tipo de dato. Podendo ser Byte, UInt16, Int16, UInt32, Int32, Float32, Float64, and the complex types CInt16, CInt32, CFloat32, and CFloat64.

- Um tamanho de bloco, que seria o valor preferido (eficiente) para se acessar um pedaço do arquivo. Para imagens dividida em "tiles" este seria o tamanho de um bloco. Para image organizadas por linha de varredura (scanLine), tamalho de bloco seria normalmente uma "scanline".

- Lista de pares nome/valor do metada, no mesmo formato que o dataset mas com informações que sejam potencialmente especificas da banda.

- Um string com uma descrição opcional

- Uma lista de nomes de categorias (efetivamente, nome de classe numa imagem temática)

- Opcionalmente, mínimos e máximos valores de pixel.

- Opcionalmente, o valor do deslocamento e da escala para transformar os valores de banda raster em valores significativoes (ex. para traduzir altura para metros).

- Opcionalmente, o nome da unidade do raster. Indicando, por exemplo, a unidade linear para um dado de elevação.

- A tipo de interpretação das cores da banda, que pode ser:

  - GCI_Undefined: O default, Nada ou desconhecido
  - GCI_GrayIndex: Image em toms de cinza independente
  - GCI_PaletteIndex: A banda representa índice para tabela de cores
  - GCI_RedBand: A banda representa a proção vermelha de uma image RGB ou RGBA
  - GCI_GreenBand: A banda representa a proção verde de uma image RGB ou RGBA
  - GCI_BlueBand: A banda representa a proção azul de uma image RGB ou RGBA
  - GCI_AlphaBand: A banda representa a proção alpha de uma image RGBA
  - GCI_HueBand: A banda representa a proção intensidade de uma image HLS
  - GCI_SaturationBand: A banda representa a proção saturação de uma image HLS
  - GCI_LightnessBand: A banda representa a proção luz de uma image HLS
  - GCI_CyanBand: A banda representa a proção ciano de uma image CMY ou CMYK
  - GCI_MagentaBand: A banda representa a proção magenta de uma image CMY ou CMYK
  - GCI_YellowBand: A banda representa a proção amarelo de uma image CMY ou CMYK
  - GCI_BlackBand: A banda representa a proção preto de uma image CMYK

- Uma tabela de cores. A ser detalhada porteriormente.

- Indicação da existência de versões reduzida de banda (piramides).

# Tabela de cores

A tabela de cores consiste de zero ou mais items decritos em C na seguinte estrucura:

    typedef struct
    {
        /- gray, red, cyan or hue -/
        short      c1;

        /- green, magenta, or lightness -/
        short      c2;

        /- blue, yellow, or saturation -/
        short      c3;

        /- alpha or blackband -/
        short      c4;
    } GDALColorEntry;

A tabela de cores também possiu um valor de interpretação (GDALPaletteInterp) com um dos seguintes valores, que indica como os valores de c1/c2/c3/c4 dos item da tabela devem ser interpretados.

- GPI_Gray: Usa c1 como valor de tom de cinza.
- GPI_RGB: Usa c1 como vermelho, c2 como verde, c3 como azul e c4 como alpha.
- GPI_CMYK: Usa c1 como ciano, c2 como magenta, c3 como amarelo e c4 como preto.
- GPI_HLS: Usa c1 como intensidade, c2 como saturação, c3 como luminosidade.

Para associar a cor com o pixel, o valor de pixel deve ser usado como um &iacute&ndice dentro da tabela de cores. Isto significa que as cores devem ser sempre aplicadas começando do zero em diante. Não existe provisão para macanismo de calcular escala antes de se buscar valores na tabela de cores.

# Overviews

Uma banda pode ter zero ou mais overviews. Cada overview é representada por um banda GDALRasterBand independente. O tamanho (em pixels e linhas) de um overview é diferente do raster que ela representa, mas a região geográfica covertida pela overview é a mesma da image de resolução total.

As overviews são usadas para mostrar uma image de resolução reduzida de forma mais rápida do que se acessar todos os dados da resolução total da imagem e depois reduzir-la por amostragem.

Bandas podem também a propriedadde HasArbitraryOverviews que indica se, caso seja verdadeira, o raster pode ser lido a qualquer resolução mas sem nenhuma distinção de overviews. Isto se aplica a algumas images codificadas tipo FFT, ou imagens capturadas via servidores (como OGDI) onde a amostragem pode ser executada mais eficentemente do que na máquina remota.

$Id: gdal_datamodel_br.dox $

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