Modellierung oberflächenbezogener Informationen virtueller 3D Stadtmodelle in CityGML

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1 Modellierung oberflächenbezogener Informationen virtueller 3D Stadtmodelle in CityGML Haik Lorenz Hasso-Plattner-Institut Fachgebiet Computergrafische Systeme Prof. Dr. Jürgen Döllner Universität Potsdam Virtuelle 3D Stadtmodelle Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 2

2 Virtuelle 3D Stadtmodelle Wesentliche Bestandteile Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 3 CityGML Überblick Technisches Datenmodell und Austauschformat für virtuelle 3D Stadtmodelle GML-Anwendungsschema, XML-basiert Modelliert alle wesentlichen Bestandteile einer virtuellen Stadt in ihrer Semantik, Geometrie und Erscheinung Geschichtliches Entwickelt in der SIG3D NRW unter Prof. Thomas Kolbe (IGG TU Berlin) und Dr. Gerhard Gröger (IGG Uni Bonn) Auf dem Weg zum internationalen Standard des Open Geospatial Consortium Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 4

3 CityGML aktuelle Entwicklungen Stand der Dinge Einführung von Appearances Einführung von Application Domain Extensions Vervollständigung der TerrainIntersectionCurves Anpassung des Gebäudemodells Anpassung der CityObject-Gruppen Im Juni als Best Practice Paper vom OGC akzeptiert Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 5 Über mich Forschungsthemen: Interaktive Visualisierung großer virtueller 3D Stadtmodelle Qualitativ hochwertige Beleuchtung Nicht-planare Projektionen und Deformationen: Perzeptorische und technische Aspekte Texturen in großen virtuellen 3D Stadtmodellen Automatisierte Erfassung realer Fassadentexturen Mitarbeit an CityGML-Entwicklung: Maßgebliche Beteiligung an Appearancemodellierung Aktive Mitarbeit bei Fortentwicklung Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 6

4 Was sind oberflächenbezogene Informationen? Allg.: Oberflächengebundene Daten Visuelle Erscheinung, Infrarotaufnahmen, physikalische Parameter, Simulationsergebnisse, Beleuchtungsdaten Können positionsabhängig oder konstant sein In CityGML: Appearances = Durch Sensoren erfasste (bzw. erfassbare) Eigenschaften einer Oberfläche Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 7 Oberflächenbezogene Informationen in CityGML Beabsichtigte Anwendungsfälle: Appearance-freie Datensätze Texturen / Farben Georeferenzierte Luftbilder Transport von Simulationsdaten bzw. ergebnissen LoD-abhängige Appearances Mehrere Appearances pro Objekt Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 8

5 Oberflächenbezogene Informationen in CityGML Explizit ausgeschlossene Funktionalität: Definition von Präsentation z.b. Lichtquellen, Kameras, Shader etc. Interpretation von Appearances z.b. als Bumpmaps, Lightmaps etc. Einbettung von Raster-/Bilddaten Kann mittels ADE s ergänzt bzw. (perspektivisch) durch andere Standards wie OGC SLD/SE definiert werden Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 9 Geprüfte Modellierungsansätze für CityGML Appearances Erweiterung von SLD/SE Tiefgreifende Änderungen in SLD/SE notwendig (nur für 2D ausgelegt) Standardisierung zu zeitaufwändig GML Coverages Spezialisierung der Domains und Coverage functions Sehr generisches Framework komplex, schwer verständlich Siehe Spezifikation von RasterReliefs Texturen und Materialien Verwendung der (bekannten) Computergrafik-Begriffswelt Anlehnung an X3D und Collada Zusätzliche Dimensionen für Texturkoordinaten? Trennung Texturkoordinaten und Geometrie? Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 10

6 Das CityGML Appearancemodell in UML _SurfaceData +isfront[0..1]: xs:boolean = true surfacedatamember Appearance +theme[0..1]: xs:string appearancemember _CityObject CityModel X3DMaterial _AbstractTexture +imageuri[1]: xs:anyuri +mimetype[0..1]: MimeTypeType +texturetype[0..1]: TextureTypeType +wrapmode[0..1]: WrapModeType +bordercolor[0..1]: ColorPlusOpacity ParameterizedTexture GeoreferencedTexture <<CodeList>> TextureTypeType +typical +specific +unknown <<CodeList>> WrapModeType +none +wrap +mirror +clamp +border +shininess[0..1]: doublebetween0and1 +transparency[0..1]: doublebetween0and1 +ambientintensity[0..1]: doublebetween0and1 +specularcolor[0..1]: Color +diffusecolor[0..1]: Color +emissivecolor[0..1]: Color +issmooth[0..1]: xs:boolean +target[0..]: xs:anyuri TextureAssociation +uri[1]: xs:anyuri <<Object>> _TextureParameterization target +preferworldfile[0..1]: xs:boolean = true +orientation[0..1]: TransformationMatrix2x2Type +target[0..]: xs:anyuri referencepoint <<Geometry>> 0..1 gml::point <<PrimitiveType>> Color +doublebetween0and1[3] <<PrimitiveType>> ColorPlusOpacity +doublebetween0and1[3..4] <<PrimitiveType>> TransformationMatrix2x2Type +xs:double[4] <<Object>> <<Object>> <<PrimitiveType>> TexCoordGen TexCoordList TransformationMatrix3x4Type +worldtotexture[1]: TransformationMatrix3x4Type +texturecoordinates[1..]: gml:doublelist +xs:double[12] +ring[1..]: xs:anyuri Alle Features mittels ADE erweiterbar Entworfen von Haik Lorenz, Dirk Dörschlag (IKG Bonn) & Jörg Haist (Fraunhofer IGD) Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 11 Beispiele und Demo Verwendung eines Fotos als Textur Verwendung eines georeferenzierten Luftbilds als Gelände- und Dachtextur Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 12

7 Häufige Kritikpunkte am CityGML Appearancemodell Vermischung von Präsentation und Daten Appearances modellieren Daten Auch die reale visuelle Erscheinung ist Menge von Daten Verwendung von Appearances zur Präsentation nicht definiert Texturen sind Computergrafik Technisches Mittel zur Kodierung und Assoziation von raumbezogenen Rasterdaten Verwendung des Texturkonzept auch pragmatisch begründet: Einfacher verstehbar Zusammengehörende Daten werden getrennt Speziell: Trennung Texturkoordinaten Eckpunkte Konsistenzprüfung erschwert Technische Notwendigkeit Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 13 Zusammenfassung Oberflächengebundene Informationen sind unverzichtbarer Bestandteil virtueller 3D Stadtmodelle CityGML-Appearances erlauben flexible Abbildung oberflächengebundener Informationen Es fehlt eine Beschreibung für Präsentation von 3D- Daten Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 14

8 Kontakt Haik Lorenz Fachgebiet Computergrafische Systeme Prof. Dr. Jürgen Döllner Nachwuchsforschergruppe 3D-Geoinformationen Download des CityGML Viewers: CityGML Homepage: Haik Lorenz, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 15