Einführung in die Keyhole Markup Language Günter Pomaska

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1 Einführung in die Keyhole Markup Language Günter Pomaska Keyhole Markup Language (KML) ist eine Auszeichnungssprache für die Darstellung von Geodaten im Planetenbrowser Google Earth. Planetenbrowser stellen ein Ordnungs- und Navigationssystem für Geodaten bereit und bilden die Benutzerschnittsstelle zum Zugriff auf die weltweite Datenbasis. Sie sind somit nicht nur als virtueller Globus zu verstehen, sondern stellen aufgrund der Verfügbarkeit im Web geografische Informationssysteme (GIS) für Jedermann dar. Neben Google Earth sind weitere bekannte Browser Virtual Earth von Microsoft und der 3D-Globus NASA Worldwind. Wie ein Web-Browser HTML-Dokumente interpretiert und darstellt (rendert) behandelt der Google Earth Browser KML-Dokumente, die als komprimierte Archive die Erweiterungsbezeichnung KMZ tragen. KML- Dokumente können aus der Google Earth (GE) Oberfläche heraus generiert werden. Die weitere Bearbeitung kann mit einem einfachen Texteditor oder mit einem XML-Editor erfolgen. Zur Modellierung von komplexen 3D-Objekten und Export in KMZ-Archive stellt Google mit SketchUp ein leistungsfähiges Grafikwerkzeug zur Verfügung. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich vorwiegend mit den Elementen der Auszeichnungssprache KML und der Dokumentenstrukturierung. In diesem Zusammenhang sind aber die Navigationselemente des GE-Browsers und Aspekte von SketchUp zu erwähnen. Wir folgen hier exemplarisch einer Nahverkehrslinie. Von der Linienführung über die Markierung der Haltestellen bis hinzu einer Key-Frame Animation eines Fahrzeuges. Dabei ist auch der Datenaustausch mit mobilen GPS-Navigationsgeräten zu erörtern. Im Vergleich zu Programmiersprachen, die einen Prozess formulieren, definieren Markup-Sprachen die Darstellung von Objekten auf einem Ausgabegerät. Die Auszeichnungsstruktur besteht aus Namen, Attribut und Inhalt. Zwischen dem einleitenden Tag, das ist der Name in spitzen Klammern, und dem ausführenden Tag, Name mit Präfix Backslash in spitzen Klammern, befindet sich der Inhalt eines Tags. Innerhalb des einleitenden Tags befinden sich die Attribute mit Bezeichnung, Zuweisungsoberator und Attributwert in doppelten Hochkommata. Als XML basiertes Format folgt dem XML-Header die KML-Namensraum-Deklaration, Kommentare werden durch die Zeichenfolge <!-- eingeleitet und mit --> beendet. <?xml version= 1.0 encoding= UTF-8?> <kml xmlns= > <!-- Dokumentenstruktur --> </kml> Obiges Codefragment stellt eine gültiges KML-Dokument dar. Das Dokument wird strukturiert durch: - Stilvorlagen, Templates für Description Ballons, - Stilvorlagen für Placemarks, Tracks - Document, Folder - Placemarks Die Dokumentenstruktur wird im Panel Orte von GE reflektiert und stellt sich in allgemeiner Form wie folgt dar: <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <kml xmlns=" <!-- Wurzelelement kml --> <Document> <! - Dokumentenhierarchie: Document, Folder, Placemark Docúment: Features, Styles, Schemas--> <Folder> <! - Anordnung von Features: Folders, Placemarks, NetworkLinks, Overlays --> <Placemark> <! - Daten oder Referenz auf Daten --> </Placemark> </Folder> </Document></kml> Seite 1 / 7

2 Abbildung 1: Google Earth Benutzerinterface, links Panel Orte mit Folder-Struktur und Ortsmarken, rechts 3D-View mit Overlays, Ortsmarken und 3D-Modellen (Schlossfassade Stadtmarketing Braunschweig) Placemarks (oder Ortsmarken) sind vergleichbar mit den Bookmarks in Web-Browsern. Placemarks dienen dem Wiederauffinden von Daten. Diese beschreiben den Ort, legen den Ort und den Betrachtungsstandpunkt fest und referenzieren die Geometrie oder definieren die Geometrie selbst. <placemark id="id"> <name>erscheint als Ortsbezeichnung</name> <snippet maxlines="2">alternativ zu description</snippet> <description> <![CDATA[<a href="dummy.htnl" >Hypertext-Link</a> HTML-Document, eingebettet in CDATA, Text erscheint in der Sprechblase ]]> </description> Wie jedes Element, so bekommt auch ein Placemark eine eindeutige Identifikation (Attribut id). Der Name erscheint im Panel Orte des Browsers, ebenfalls der Inhalt des Tags Snippet als Kurzbeschreibung. Unter Description werden die Daten für den Description Ballon gespeichert. Der Description Ballon wird im Betrachtungsfenster des Browsers bei Klick auf die Ortsmarke angezeigt. Entsprechend der Kameraeinstellungen eines CAD-Systems wird der Betrachtungsstandpunkt in einem KML- Dokument mit dem LookAt-Tag festgelegt. Anzugeben sind die geografische Länge und Breite, die Hoehe über der Bezugsfläche, der Betrachtungsabstand, der Winkel zwischen Beobachtungsrichtung und Flächennormale sowie die Betrachtungsrichtung. Weitere Erläuterungen zu den Einheiten und dem Bezugssystem WGS84 folgen später. Alle o.g. Daten können auch unmittelbar aus der GE-Ansicht in die Ortsmarke übernommen werden. <LookAt id="id"> <longitude>geografische Laenge in Grad 180 bis +180</longitude> Seite 2 / 7

3 <latitude>geografische Breitein Grad 90 bis +90</latitude> <altitude>hoehe über der Bezugsflaeche in Meter ( alitudemode beachten)</altitude> <range>abstand des Beobachters in Meter ( alitudemode beachten)</range> <tilt>winkel zwischen Beobachtungsrichtung und Flächennormale in Grad 0 bis 90</tilt> <heading>kompassrichtungin Grad 180 bis 180</heading> <altitudemode>clamptoground, relativetoground, absolute</altitudemode> </LookAt> Abbildung 2: Der Kamerastandpunkt in KML <Point id="id"> <extrude>verbindung zum Boden 0/1</extrude> <tesselate>gelaendeverfolgung der Geometrie</tesselate> <altitudemode>clamptoground, relativetoground, absolute</altitudemode> <coordinates>longitude, latitude, [altitude]</cooordinates> </Point> <!-- Geomtrie: Point, LineString, LinearRing, Polygon, MultiGeometry, Model --> Fassen wir das bisher erörterte am Beispiel unseres Nahverkehrs zusammen. Es ist der kommentierte Quelltext anderaue.kml zu verifizieren und im GE-Browser aus dem Datei-Menü heraus aufzurufen. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <kml xmlns=" <Document> <!-- Stilvereinbarungen --> <!-- Stil waypoint normal --> <Style id="waypoint_n"> <IconStyle> <scale>0.75</scale> <Icon><href>files/halt.png</href></Icon></IconStyle> <LabelStyle> <color>88ffffff</color> <scale>0.75</scale></labelstyle> <BalloonStyle> <text>$[description]</text> <textcolor>ff888888</textcolor></balloonstyle></style> <!-- Stil waypoint bei Mausberührung --> <Style id="waypoint_h"> <IconStyle> <scale>1.0</scale> <Icon><href>files/halt.png</href></Icon></IconStyle> Seite 3 / 7

4 <LabelStyle> <color>ffffffff</color> <scale>1.0</scale></labelstyle> <BalloonStyle> <text>$[description]</text></balloonstyle></style> <!-- zusammengefasster Stil fuer waypoint --> <StyleMap id="waypoint"> <Pair> <key>normal</key> <styleurl>#waypoint_n</styleurl></pair> <Pair> <key>highlight</key> <styleurl>#waypoint_h</styleurl></pair></stylemap> <!-- Stil 3dHalt fuer die Description Balloons --> <Style id="3dhalt"> <BalloonStyle> <text>$[description]</text> <textcolor>ffffffff</textcolor> <bgcolor>ff000000</bgcolor></balloonstyle></style> <!-- Dokumenteninformation --> <name>nahverkehr Braunschweig</name> <open>1</open> <Snippet maxlines="2">von Rothemuehle zum Schloss</Snippet> <description><![cdata[]]> </description> <styleurl>#3dhalt</styleurl> <Folder> <name>haltestellen</name> <open>1</open> <Snippet maxlines="2">an der Aue</Snippet> <description><![cdata[]]></description> <styleurl>#3dhalt</styleurl> <Placemark> <name>an der Aue</name> <Snippet maxlines="2"></snippet> <description><![cdata[ <!-- HTML-Dokument wie in der Abbildung 3 --> ]]> </description> <styleurl>#waypoint</styleurl> <Point> <coordinates> , , </coordinates> </Point> </Placemark> </Folder> </Document> </kml> Im Dokument anderaue.kml sind mit dem Tag Document zunächst die Stilvereinbarungen definiert. Es liegen Stilvereinbarungen für waypoint_n, waypoint_h, 3dhalt und waypoint vor. Hierbei ist auf die Besonderheit von StyleMap hinzuweisen. In der StyleMap werden Stile für die normale Darstellung und die Darstellung bei Mausberührung festgelegt. In den Style-Tages finden sich Stile für Icons, Labels und den Description Balloon. Der Icon-Stil refernziert eine PNG-Grafik im Unterverzeichnis files. Die hier definierten Stile gelten dokumentenweit. Im Anschluss an die Stildefinitionen folgt die Information für das Dokument, Der Name ist Nahverkehr Braunschweig und findet sich im Panel Orte wieder. Die HTML-Codierung wurde aus allen Description-Tags aus Gründen der Übersichtlichkeit hier entfernt. Abbildung 3 zeigt das Beispiel für eine Placemark-Beschreibung. Im Document-Tag wird mit styleurl noch auf den zu verwenden Stil verwiesen. Es folgt ein Folder mit Namen Haltestellen, in dem sich die Placemark An der Aue befindet. Die Geometrie point verweist auf die Position, die Darstellung ist in den Stilvorlagen festgelegt. Auf eine Kameradefinition wird im Beispiel verzichtet. Seite 4 / 7

5 Abbildung 3: Panel Orte links und Description Ballon mit HTML-Inhalt. Betrachten wir nun im zweiten Schritt die Einbindung von 3D-Objekten. Haltestellenschild und Wartehäuschen sind mit Google SketchUp konstruiert und werden mit der dortigen Export-Funktion in ein KMZ-Archiv konvertiert. Die Geometrie wird im COLLADA-Format mit der Erweiterungsbezeichnung DAE im Verzeichnis models gespeichert. COLLADA (Collaborative Design Activity) ist ein XML-basiertes offenes Dateiformat zum Austausch von Daten zwischen modernen 3D-Autorenwerkzeugen und DCC (Digital Content Creation)- Programmen. Ziel von Collada ist es, den Transport von Assets ohne Datenverlust zu unterstützen.das Verzeichnis images enthält die Bilddateien, die KML-Informationen befinden sich in der Datei doc.kml. Abbildung 4 stellt den Vorgang in einer Grafik schematisch dar. Collada-Files können aber auch mit anderen CAD-Programmen erzeugt werden. Das Interesse gilt jetzt der KML-Codierung zur Referenzierung eines 3D Modells, wie es exemplarisch im Dokument radeklint.kml aufbereitet ist. Abbildung 4: Referenzierung von 3D-Objekten in GE Seite 5 / 7

6 Abbildung 5: Modelliert mit Google SU, exportiert nach KMZ <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <kml xmlns=' <Folder> <name>szene_haltestelle</name> <description><![cdata[created with <a href=" SketchUp </a>]]></description> <DocumentSource>SketchUp</DocumentSource> <visibility>1</visibility> <LookAt> <heading> </heading> <tilt> </tilt> <latitude> </latitude> <longitude> </longitude> <range> </range> <altitude> </altitude> </LookAt> <Placemark> <name>model</name> <description><![cdata[]]></description> <Style id='default'> </Style> <Model> <altitudemode>relativetoground</altitudemode> <Location> <longitude> </longitude> <latitude> </latitude> <altitude> </altitude> </Location> <Orientation> <heading>0</heading> <tilt>0</tilt> <roll>0</roll> </Orientation> <Scale> <x>1.0</x> <y>1.0</y> <z>1.0</z> </Scale> <Link> <href>models/szene_haltestelle.dae</href> </Link> </Model> </Placemark></Folder> </kml> Im Folder dieser Szene befindet sich neben der Beschreibung der Herkunft der Daten ein LookAt-Tag und der Placemark-Tag. Im Placemark-Tag befindet sich der Model-Tag, der die Einfügeinformationen für Location, Seite 6 / 7

7 Orientation und Scale enthält sowie mit dem Link-Tag auf das Geometriemodell verweist, hier im Unterverzeichnis models eine DAE-Datei. Die Texturen, z.b. das Plakat Lindauer 3D-Forum, werden wiederum in der DAE Dateimit Verweis auf den Ordner images im Archiv referenziert. Der Benutzer hat hier die Aufgabe, den Ursprung des lokalen SU-Koordinatensystems in das WGS84 zu transformieren. Das kann auch mit Hilfe von GE erfolgen, wenn das Objekt im Luftbild erkennbar ist. In unserem Anwendungsfall haben wir die Koordinaten der mobilen GPS-Navigations entnommen. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit der Umrechnung unserer Gauß-Krüger-Koordinaten in das WGS 84. Zusammenfassung Abbildung 6: Objektorientierung im WGS84 Der strukturelle Aufbau einer KML-Datei wurde aufgezeigt. Ein Dokument ist unterteilt in Stilvorlagen, Folder, Placemarks. Folder und Placemarks enthalten Beschreibungen und Kamerastandpunkte. Im Placemark ist die Geometrie selbst oder ein Verweis auf die Geometrie angegeben. KMZ-Archive erzeugt man mit Google SU, hat aber die Koordinaten durch Angabe des Einfügepunktes in das WGS84, dem globalen geografischen Koordinatensystem, das in GE zur Anwendung kommt, zu transformieren. Eine Zusammenfassung der veschriebenen Einzelschritte befindet sich in der Datei nahverkehr_bs.kmz Wie man mit GE auf Tour geht und Animationen abspielt, bleibt einem weiteren Beitrag vorbehalten, der sich dem Datenaustausch mit mobilen Navigationssystemen widmet. Literatur: Arnau, Remi; Barnes, Mark C. Collada. Sailing the Gulf of 3D Digital Content CreationTransatlantic Publishers, 2006 Brown, Martin C. Hacking Google Maps and Google Earth Wiley Publishing, 2006 Pomaska, Günter: Web-Visualisierung mit Open Source Vom CAD-Modell zur Real-Time Animation Wichmann-Verlag, Heidelberg, 2007 Seite 7 / 7