Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel … · • Anwendungsfall #1: BIM nach...

Workshop „3D-Stadtmodelle“ 12. und 13. November 2019 in Bonn

Aktuelle Entwicklungen rund um

FME-Technologie am Beispiel

des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Thomas Hauenstein, Stadt Karlsruhe – Liegenschaftsamt

Christian Dahmen, con terra GmbH

Agenda

• Das 3D-Stadtmodell Karlsruhe

• Anwendungsbeispiele

• Aktuelle Arbeiten

• Ausblick

2

Aktuelle Entwicklungen

rund um FME

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe 3

Das 3D-Stadtmodell Karlsruhe

4

Datenbereitstellung

Anzahl Projekte

pro Jahr

Projekte nach städtischen Ämtern

(Anzahl 2017 und 2018)

Stadtplanungsamt

Tiefbauamt

Hochbau und Gebäudewirtschaft

Umwelt und Arbeitsschutz

Liegenschaftsamt

Andere Ämter

Städtische Gesellschaften

39

18

16

13

9

8

6

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

2019: bis zum 11.11.

Projekte nach Auftraggebern (%)

Stadtplanungsamt: Neugestaltung der Kaiserstraße

5

3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Tiefbauamt: Neugestaltung Marktplatz (Bürgerinfo-Terminal)

6

3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Tiefbauamt: Neugestaltung Marktplatz (Bürgerinfo-Terminal)

7

3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Erstellung von Gebäudemodellen LoD1 (Klötzchenmodelle)

• Funktionsweise

– Durch Verschneidung der Gebäudegrundrisse mit dem Digitalen

Geländemodell und mit Laserscandaten wird die Gebäudehöhe ermittelt.

– Durch Extrusion der Grundrisse um die Gebäudehöhe entsteht das

LoD1-Gebäudemodell.

• Wichtigste Transformer

– PointOnAreaOverlayer / ListSorter / ListIndexer / 3DForcer / Extruder

8

FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

9

Schnittstellen Datenerfassung - Datenhaltung

3D-

Datenbank

Stand 11.2019

Validierung

Shape

DWG

DWG

FBX

DWG

JPG

DWG

DWG

DWG

Shape

3DS

Shape

3DS

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

10

• Bestandteile

– 3D-Modell

- besteht aus einzelnen 3D-Flächen,

die über Layernamen und

Objektnamen strukturiert werden

- Aufbau des Objektnamens

-> Gebäude-ID

= 03930142_

DEBWL51140001xY5

-> Flächenausprägung

= Vordach

-> laufende Nummer = 005

Datenerfassung Gebäude LoD2 fotorealistisch

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

11

• Bestandteile

– Materialien

- können Farbwerte oder Texturen (Bilder) sein

- Einsatz gekachelter Texturen

- ein Material kann von mehreren

Objekten verwendet werden

- Nutzung des Opazitätskanals

und der Eigenschaft Transparenz

Datenerfassung Gebäude LoD2 fotorealistisch

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Geometrien

Materialien

12

Schnittstellen Datenerfassung - Datenhaltung

3D-

Datenbank

(SGJ3D)

Gebäudemodell

LoD2 fotorealistisch

FBX

SHP

Metadaten

Metadaten (Verfahren, …)

OBJ_KNZ

Fortführungsliste

Objektart

Metadaten

Sachdaten-

Normierung

Entfernt (e)

WFS Delete

Neuerstellt (n)

Verändert (v) Insert

Überprüft (u) WFS Update

creation date

Adresse(n)

OBJ_KNZ

ALKIS-DB

Gebäudedaten

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

13

FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung

Positionierung von 3D-Modellen an Punkten

• Funktionsweise

– An punktförmigen Objekten werden

in Abhängigkeit von einem Attribut,

welches die Objekte näher beschreibt,

entsprechende 3D-Modelle platziert.

• Wichtigste Transformer

– GeometryExtractor / GeometryReplacer /

3DForcer

• Beispiel

– Automatisches ‚Pflanzen von Bäumen‘

für die Software SketchUp

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Erstellen von Wänden

• Funktionsweise

– linienförmige Objekte werden auf ein

Gelände drapiert und um einen festen

oder variablen Wert (= Attribut Höhe)

extrudiert

• Wichtigste Transformer

– SurfaceDraper / Extruder

• Beispiel

– Erstellung von Lärmschutzwänden

14

FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

15

FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung

Erzeugung von Röhren

• Funktionsweise

– Aufteilen der Linien an Stützpunkten

– Ausrichten der Linienabschnitte parallel

zur X-Achse (nach oben)

– Erzeugen des Rohrprofils und Extrusion

der Profilfläche

– Rotation zurück in ursprüngliche Position

– Füllen der Zwischenräume und Zusammen-

führung der Abschnitte zu einem Rohr

• Wichtigste Transformer

– Rotator / Bufferer / 3DForcer / Extruder

• Beispiel

– Erstellung eines 3D-Kanalkatasters

Grafik: Holger Herrmann,

Stadt Gelsenkirchen

Dieser FME-Prozess wurde uns freundlicherweise

von der Stadt Gelsenkirchen zur Verfügung gestellt.

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

16

Erstellung Auskunftssystem Lärmkataster 3D

Gelände / Gebäude Lärmschutzwände Isophonen Straßen

Lärmschutzwälle

Lärmpegel

Gebäude / max. Lärm

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Einsatz von FME im 3D-Umfeld

• Daten visualisieren im Data Inspector

– 2D- und 3D-Daten

– Geometrie (-Eigenschaften)

– Sachdaten

• Daten konvertieren und transformieren

– Vektor, Raster, Punktwolken und Sachdaten

– https://www.safe.com/integrate/

– https://www.safe.com/transformers/

• Prozesse automatisieren

– Workspaces verketten

– „Automations“ (FME Server)

– Applikationen integrieren

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Einsatz von FME im 3D-Umfeld

• 3D-Daten aus 2D-Basisdaten ableiten

• 3D-Inhalte teilen und veröffentlichen

• Oberflächenmodelle (DOM, DEM) berechnen und texturieren

• Geometrien prüfen und reparieren

• Volumen berechnen

• Erscheinung und Ausgestaltung von Objekten anpassen

18 Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

• FME unterstützt

– CityGML 1.0 und 2.0 lesend und schreibend

– Inklusive beliebiger Application Domain Extensions (ADE)

– Schema-Validierung (XMLValidator und als Parameter in R/W)

– Lesen von XLink-Solid-Geometrien

• FME Workspace Templates im FME Hub

– Vorlagen inkl. Testdaten und Dokumentation

– Für Einsteiger und Fortgeschrittene

– Entwickelt in Kooperation von virtualcitySYSTEMS und con terra

– https://hub.safe.com/ -> Suchbegriff „CityGML“

19

FME und CityGML

Aktueller Stand

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

• Schreiben von XLink-Solid-Geometrien

– Beispiel im FME Hub

• Unterstützung von CityGML 3.0* durch GML Reader / Writer +

Anwendungsschema (XSD)

• CityJSON

* Befindet sich aktuell in der Entwicklung beim OGC

20

FME und CityGML

Neuigkeiten

Quelle: http://wiki.quality.sig3d.org/index.php/

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

• Web-Browser-basierte 3D-Anwendungen

• Anforderungen

– Effiziente Übermittlung von Inhalten

– On-demand-Datenübertragung

– Intelligente Unloading Mechanismen

• Optimierte Datenstrukturen für

das Übermitteln von 3D-Inhalten

zwischen Server und Client

• Zumeist basierend auf JSON,

REST-Prinzipien und

modernen Web Standards

21

Neue Datenformate

3D-Streaming-Formate

Quelle: https://developers.arcgis.com/javascript/latest/sample-code/index.html

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

• Vertreter im Geo-Kontext

– 3D Tiles https://www.opengeospatial.org/standards/3DTiles

– Indexed 3D Scene Layer https://www.opengeospatial.org/standards/i3s

– OGC Community Standards

• FME unterstützt das Erzeugen von

– Cesium 3D Tiles und Cesium 3D Point Cloud

– Indexed 3D Scene Layer

– glTF

22

Neue Datenformate

3D-Streaming-Formate

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

23

Datenaufbereitung für Indexed 3D Scene Layer

Prozessablauf

CityGML

Geodatabase

Scene Layer

Packages (I3S)

FME

FME ArcGIS Pro

AUTOMATE (FME+ Pro + ArcGIS REST API)

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

24

FME Workspace Template

für FME und Data Interoperability Extension

• Parameter zur Ausführung

– CityGML Datei(en)

– Level of Detail-Stufe

– Raumbezug (lokale /

globale Szene)

– CityGML Validierung

• Transformation von

CityGML-Dateien in Scene

Layer Packages

– Building Modul

– CityGML 1.0 und 2.0

• ausführlich dokumentiert

• mit Tipps zur Erweiterung

• Veröffentlichung durch

Esri Inc.

coming soon…

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

25

3D-Daten auf der ESRI-Plattform: Zielkonzept

3D-Datenbank

(ESRI-SDE) - 3D-Stadtmodell

- 3D-Fachdaten

3D-Datenbank

(SGJ-3D)

- 3D-Stadtmodell

Fach-

Datenbanken - 2D- und 3D-

Fachdaten

Webszene (Internet)

Portal-Server

(intern)

Portal-Server

(extern)

Webszene (Intranet)

Multi-

patch

(UTM)

ArcGIS Pro

Desktop-GIS

webOffice

Datenexport

1) BestOf-Auswahl

(höheres LoD

hat Vorrang) /

Anpassung

Farbgebung

1)

2)

2) evtl. Erstellung von 3D-Objekten

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Scene

layer

package

(WGS84)

26

Prototyp ´Karlsruhe 3D´

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Link zu Karlsruhe 3D (Prototyp)

27

Realisierung der 3D-Datenhaltung unter ESRI

3D-Datenbank

(ESRI-SDE)

DGM,

Airborne-LS

(Multipoint)

3D-

Stadtmodell

(Multipatch)

3D-

Fachdaten

(Multipatch)

BIM-

Daten

(Multipatch)

Punktwolken

(LAS-

Dataset)

3D-Meshes

(i3s)

3D-Datenbank

(SGJ-3D)

?

?

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

• CAD (DWG/DXF)

• IFC with Data Views (FME Exporter for Revit)

• IFCXML IfcSpace Reader

• Industry Foundation Class STEP/XML Files (IFC) (R/W)

– IFC2x, IFC2x2, IFC2x3 and IFC4

• Revit Reader

• Anwendungsfall #1: BIM nach GIS Transformation zur

Nachnutzung der Daten und Informationen in

Geoinformationssystemen

28

Neue Themenfelder

Building Information Modeling

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

• Schemavalidierung für XML- und GML-Dateien (z.B. CityGML)

• Inhaltliche Validierung

– Geometrie (GeometryValidator)

– Topologie

– Attribute

– Plausibilitäten / Konformität

• Web Services

– z.B. http://etf-validator.net/

• Reporting (PDF, HTML, Word…)

• Reparatur

• Projekt „CityDoctor“

29

Neue Themenfelder

Validierung

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

• Unreal ist eine Spiel-Engine, die bei der Entwicklung von

Konsolen- und Computerspielen eingesetzt wird.

• Epic Games Unreal Datasmith Writer

• 3D-Stadtmodelle und BIM/CAD-Daten

in Unreal Welten überführen

30

Neue Themenfelder

Unreal

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe

Vielen Dank!

31

Christian Dahmen

c.dahmen@conterra.de

con terra GmbH

Martin-Luther-King-Weg 20

48155 Muenster

Thomas Hauenstein

thomas.hauenstein@la.karlsruhe.de

Stadt Karlsruhe - Liegenschaftsamt

Lammstr. 7a

76133 Karlsruhe

Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe