98%覆盖率，谷歌地图如何映射全球实景？

来源/ONEZERO

作者/Sarvesh Mathi

翻译/王思宇

萨鲁在五岁时与父母分别，与哥哥一同乘坐乘火车前往70公里的以外大城市。

由于过度劳累，萨鲁在换乘的车站长椅上睡着了，他醒来之后，哥哥早已不见踪影。

慌乱之中，萨鲁凭记忆登上了一辆列车，以为哥哥可能在车厢里面。

遗憾的是，这辆列车将萨鲁带去了一个完全陌生的城市，自己也和家人们彻底失联。

在火车站度过了许多无家可归的日子后，萨鲁被带到了当地的一家儿童收容中心。在那里，来自澳大利亚布里尔利一家最终收养了他。

从那以后，萨鲁一直在澳大利亚生活，但他从未放弃寻找他的出生家庭。

他每天都会在谷歌地球上花费大量时间寻找自己的家乡。他不记的具体的名字，只是知道车站名称以字母B开头，附近有水塔和天桥。

2012年，在离开家人25年后，萨鲁终于在一次寻亲聚会中找到了他们。这一故事在印度和澳大利亚受到了媒体的广泛关注，后来被改编为奥斯卡提名的电影《雄狮》。

神奇的谷歌地球

萨鲁的故事是谷歌地球应用当中，最具代表性的案例之一。

它使用户可以放大到整个地球，直至街道和建筑物。用户可以在这一分钟参观泰姬陵，下一分钟就去鸟瞰迪拜的帆船酒店。你甚至可以在澳大利亚的乌鲁鲁岩攀登，然后参观大桑迪沙漠附近的湖泊。想要实现这些夸张的想法，谷歌地球可能是唯一的途径。

2019年12月，谷歌发布了一篇博客文章，揭示了有关Google地球使用情况的令人难以置信的统计数据。Google地球使用户可以浏览3600万平方英里的高清图像，覆盖了整个人口地图的98％以上。

Keyhole——谷歌地球的前身

与其他知名的谷歌产品一样，谷歌地球的核心技术并非源于自身。

一家叫做Intrinsic Graphics的公司，在90年代便开发这一技术。但当时Intrinsic Graphics主要应用于游戏领域，公司便在内部创建了一家名为Keyhole的子公司来从事地图项目。产品的客户来源于房地产、城市规划、国防和人工智能。

跟许多跨时代的技术产品一样，Keyhole并没有获得足够的客户。他们的业务难以获得足够的现金流来支付卫星图像传输的高昂费用，眼看就要面临破产的风险。

转机来自于2003年伊拉克战争的爆发。

彼时，新闻媒体大量使用Keyhole的图像和徽标报道战争实时情况。也是在这个时候，谷歌发现自己的搜索中很大一部分涉及地图和方位，看到了其中的机遇。

一年之后的2004年，谷歌收购了Keyhole。不过根据相关的报道，谷歌的CEO拉里·佩奇和谢尔盖·布林并没有做更长远的打算，当时仅仅觉得Keyhole这个技术这很「酷」而已。

卫星+航空影像——谷歌地球的背后

谷歌地球的核心在于依靠卫星和航空影像来绘制地图，并在此基础上附加其他数据。

通过将数千万张图像缝合在一起，谷歌地球可以创建不同距离的合成图像。Landsat和Sentinel卫星提供了主要图像。

由美国国家航空航天局和美国地质调查局发射的Landsat 8，可以提供每两周30米的高分辨率图像。其前哨卫星，来源于欧盟地球观测计划的哥白尼卫星。

除了这些来源外，谷歌地球还从其他机构那里采购世界各地的数据。这些数据都是可以从公开市场上买到得，但只有谷歌可以将它们组合在一起，并提供多种方式让数据易于访问。

当你将地图放大时，可以看到较为细致的多组合成图像。要达到这一标准，谷歌主要依靠数据星球公司的卫星图像，该公司卫星配备的摄像头可以捕获距离地球表面仅25厘米的空间物体。

由于图像多种来源，对于不同的区域和缩放级别，它们拥有不同的分辨率和时间戳。卫星每天只能绕有限的轨道运行，并且其他各机构和公司对摄像机的需求量也很大。因此，某些地区受到优先考虑，并在街道一级具有清晰的图像，而其他地区则显得要粗糙一些。

如果你将地图放大到建筑物级别，谷歌地球便会使用航空摄影中的图像，这些图像是使用装有多台摄像机的特殊飞机收集的。

要实现这一方式，需要飞机在选定区域上呈锯齿形飞行，从各个角度获得多个高质量的重叠图像。通过组合多张航拍照片，并使用美国航天飞机雷达提供的海拔和地形信息，谷歌地球便可以实现3D化视图。

谷歌地球的秘诀

看到这里，你也许会认为谷歌地球的关键技术是把多维度的图像组合起来，但这并不是地图技术的核心。

谷歌地球真正强大的地方，在于它可以将这些技术以快速和简单的方式提供给用户。

整个谷歌地球图像尺寸为4万像素宽，2万像素高。这样一张图片的大小为2.4GB左右，普通的计算机显卡和手机GPU根本无法支撑。

要知道，这还只是最远距离的地球图片，它的细节还无法显示建筑物、河流或其他重要地标。我们目前使用的高分辨率谷歌地球，需要2.4GB大小的1600万倍的显示存储空间，即便是顶级配置的个人电脑也无法完成这一运算。

但谷歌地球却将这一问题轻松解决了，这主要依靠是mip-mapping和clip-stacking两个技术。

当用户把地图缩小时，人眼便无法看清高分辨率的表面细节。Mip映射利用了这一特点，将高分辨率图像替换为类似的低分辨率物体，剪辑堆栈会在用户查看的区域内放置这些mipmap。

当用户四处移动地图时，谷歌地球便会将多TB的高分辨率图像分解成更小的块，并仅在需要时才将其提供给用户。这两个技术可以让用户克服设备的限制，并有效地将其传递给所有人。

谷歌地球=地图+数据

除了图像之外，谷歌地球还会在地图上叠加其他各种地理空间信息。

这些信息包括地表温度、天气数据、地形、土地覆盖、水覆盖、测深、农田、人口、收入和其他相关地理空间数据。谷歌地球从数千个第三方来源收集这些数据，并为研究人员以及广大公众提供了宝贵的研究工具。

谷歌团队及其合作伙伴（例如《国家地理》）也通过名为“旅行者”的功能提出了教育计划。通过此功能，用户可以使用互动游戏和文化之旅将故事带到世界各地，并讲述故事并教授新概念。

如果用户厌倦了探索地球，谷歌还可以让他们切换视图，并探索夜空及其所有恒星，或者进入火星模式。

正如谷歌地球产品经理Gopal Shah曾经说过的那样：「谷歌地图让你寻路， 谷歌地球（功能强大）让你迷路」。

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