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Fachhochschule Hochschule fürStuttgart Technik

3D Infrastrukturen

Volker Coors, Seminar GIS & Internet, 16.09.2004

Seite 2Volker CoorsFachhochschule Hochschule für

Stuttgart Technik

Überblick

- Nutzung von 3D-Stadtmodellen im WWW

- Infrastruktur: 3D Geodatenserver

- Topologie von 3D Modellen

- Topologiebasierte Kompression von 3D Modellen

- Zusammenfassung & Ausblick

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3D Stadtmodelle

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Anwendungen 3D-Stadtmodelle

- Funknetzplanung

- Lärmkataster

- Hochwasser

- Verkehrsplanung

- Denkmalpflege

- Stadtmarketing

- Stadtplanung / Architektur

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Dreidimensionale Karten für Location Based Services

http://www.tellmaris.com

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Principal Contractors

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Seite 7Volker CoorsFachhochschule Hochschule für

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ePlanning: 3D-Modelle zur Bürgerinformation

- EU-Projekt Virtual Environment Planning System (VEPS)

- Laufzeit 1/2005 – 11/2007

- Partner

• Stuttgart University of Applied Sciences, Stuttgart, D• University of Freiburg, Freiburg, D• Environment Agency for England and Wales, London, UK• University of West England, Bristol, UK• Clementine Media Ltd., Bristol, UK• University of Salford, Manchester, UK• Manchester Digital Development Agency, Manchester, UK• CSTB, Paris, F

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3D Infrastruktur: offensichtlicher Ansatz

LASER

GPS

XY

Z

Z

XYINS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

XYINSZ

XYINS

LIDAR

Photogrammetrie

Dateisystem Web-ServerWeb-Client

mobiler Client

Web-Client

Internet

...DGM

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Bewertung

Geeignet für

- Visualisierung kleiner Gebiete

- Einfache geometrische und thematische Suchanfragen

• Auswahl einer Region

• Informationen zu Gebäude

• Suche nach bestimmten Gebäuden

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Aber...

- Skalierbarkeit (Daten)

- Fortführung des Datenbestands

- Qualitätssicherung

- Integration in bestehende Geodateninfrastruktur

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3D Infrastruktur: offensichtlicher Ansatz

LASER

GPS

XY

Z

Z

XYINS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

XYINSZ

XYINS

LIDAR

Photogrammetrie

Dateisystem Web-ServerWeb-Client

mobiler Client

Web-Client

Internet

...DGM

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3D Infrastruktur: Geodatenserver

LASER

GPS

XY

Z

Z

XYINS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

XYINSZ

XYINS

Web-Server Web-Client

mobiler Client

Web-Client

Internet

...PoIDGM

3D Geo-Daten-bank

3D-Geodaten-server

Fortführung (CAD)

Query Request

QS (Daten)

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3D Infrastruktur: Geodatenserver

LASER

GPS

XY

Z

Z

XYINS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

XYINSZ

XYINS

Web-Server Web-Client

mobiler Client

Web-Client

Internet

...PoIDGM

3D Geo-Daten-bank

3D-Geodaten-server

Fortführung (CAD)

Query Request

QS (Daten)

TopologieKompression

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3D-Geodatenserver

- Semantische Anfragen

• Suche Hotel, Restaurant, ...

- Geometrische Anfragen

• Window Query

• Region Query („alle Objekte im Umkreis von 10 km“)

• Sichtbarkeit

- Topologische Anfragen

• Benachbarte Gebäude

• Alle Leitungen unterhalb der Strasse

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Topologische Relationen (Egenhofer Modell)

disjoint contains equal

insidemeet

covers

covered by overlap

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Geometrisches Datenmodell

Geometrisches Modell (z.B. Oracle 9i):

- Randflächendarstellung durch Eckpunkt-Koordinaten der begrenzenden Flächen!

- Bsp:

x0 y0 z0, x1 y1 z1, x5 y5 z5, #F0x0 y0 z0, x5 y5 z5, x4 y4 z4, #F1x1 y1 z1, x6 y6 z6, x5 y5 z5, #F2

- Redundante Datenhaltung

• In komplexen Modellen wird jeder Punkt ca. 6x gespeichert• Sehr schnelle Visualisierung

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Topologisches Datenmodell (3D-FDS, Molenaar 1990)

N0(x0, y0, z0)

N1(x1, y1, z1)

N6(x6, y6, z6)

F0

N4(x4, y4, z4)

F1

N5(x5, y5, z5)

F2 ...

Gebäude Geometrie

...

A0

E0 E1 E2

A1 A2

A-Arc: KanteE-Edge: Halbkante, Umlaufsinn der Fläche

E1E3 E4 E5 E6 E7 E8

A3 A4 A5 A6

E6

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Topologisches Datenmodell (UDM, Coors 2001)

N0(x0, y0, z0)

N1(x1, y1, z1)

N6(x6, y6, z6)

F0

N4(x4, y4, z4)

F1

N5(x5, y5, z5)

F2 ...

Wand 1Geometrie

Gebäude Geometrie

...

- Restriktion: Polyeder, konvexe Polygone (insb. Dreiecke)

• Implizite Speicherung der Kanten durch Knotenreihenfolge• Reduktion des Datenvolumens um ca. 50% gegenüber 3D-FDS• Alle topologischen Relationen ableitbar (Zlatanova 2000)

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Topologisches Datenmodell

- Topologische Anfragen ohne geometrische Berechnung

- Konsistenz bei Modifikation (Fortführung)

• Vermeidung von Redundanzen

- Qualitätssicherung:

• „echte“ Löcher in Geometrie finden (Eulerformel: V+F-E=2) • Orientierung der Flächen überprüfen/korrigieren• Zwei Gebäudegeometrien müssen disjunkt sein oder sich berühren

(meet)

- Effektive Datenübertragung

• Topologie lässt sich sehr stark komprimieren

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3D Infrastruktur: Geodatenserver

LASER

GPS

XY

Z

Z

XYINS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

XYINSZ

XYINS

Web-Server Web-Client

mobiler Client

Web-Client

Internet

...PoIDGM

3D Geo-Daten-bank

3D-Geodaten-server

Fortführung (CAD)

Query Request

QS (Daten)

TopologieKompression

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3D-Kompression

- 3D-Stadtmodell Stuttgart: 70 MB VRML-Modell (nur Gebäude)

• ISDN (64 kBit/s): 2.5 Stunden• DSL (768 kBit/s): 12 Minuten

- Topologie dominiert Datenvolumen

• Topologie: 3*4 byte / T• Geometrie: 3*4 byte / V• T = 2 V in großen Modellen

- Effektive Speicherung der Topologie

• Traversiere trianguliertes Oberflächenmodell• Unterscheide 5 verschiedene Situationen: CLERS• 2 Bit / Dreieck anstatt 96 Bit!• CLERS Sequenz genügt, um Topologie wieder herzustellen

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3D-Kompression: Traversiere triangulierte Oberfläche

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3D-Kompression: Beispiel

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Zusammenfassung

- 3D-Stadtmodelle im WWW

• 3D-Geodatenserver

- Topologisches Datenbankmodell

• Qualitätssicherung

• Fortführung des Datenbestandes

• Datenübertragung

- Kompression

• Stuttgart 3D: 70 MB VRML komprimiert auf 1,4 MB • 3D-Stadtmodell auf einer Diskette!

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Barks, Fuchs: CP 2, BL DD 11