Motivation. ZielebeiderBereitstellungund Nutzung von 3D- Stadtmodelldaten:

Transkript

1 3D-Stadtmodelle und mobile Geräte: Ein Überblick über Nutzen und Möglichkeiten Jan Klimke, Prof. Dr. Jürgen Döllner Fachbereich Computergrafische Systeme Hasso-Plattner-Institut

2 Motivation 2 3D-Stadtmodelle als universelles, effektives Präsentationsmedium für raumbezogene Informationen und Prozesse Hochqualitative, interaktive 3DVisualisierung auf Smart Phones und Tablets Leichtgewichtige Clients, Server-Rendering Intuitive Interaktion Multitouch-Interaktion Ad-hoc bedienbare Benutzungsschnittstelle Hochverfügbare Medien (Preis, Marktanteil) Hoher Verbreitungsgrad der Zielplatformen (Tablets & Smart Phones)

3 Motivation 3 ZielebeiderBereitstellungund Nutzung von 3D- Stadtmodelldaten: Überall abrufbar Sicher übertragbar Hohe grafische Qualität Projektspezifische Stile Voll portabel Hoch verfügbar Skalierbar im Betrieb

4 Agenda 4 1. Motivation 2. Herausforderungen für die mobile Nutzung von 3D- Stadtmodellen 3. Bildbasierte Visualisierung von virtuellen 3D- Stadtmodellen 1. 3D Rendering Service 2. SmartMap 3. SmartClient 4. Fazit

5 Massive Datenmengen 5 Mobile Endgeräte: Massive Datenmengenvon wenig Speicher 3D Stadtmodelldaten 256 MB 1GB Texturen, 3D Geometriedaten, semantische Daten, Geländemodell ~200 MB pro Applikation wenig Rechenleistung ca. 1 GHz Übertragung, Speicherung, Verarbeitung und Rendering dieser Daten stellen hohe Anforderungen an ein Netzwerksowie an die Client-Hardware und - Software

6 Grafische Qualität 6 3D Renderingtechniken für eine hohegraphische Qualtiät(z.B. Ambient Occlusion, Multitexturing, Depth-of-Field, Abstraction, ) Heterogenität der Hardware und Software bei mobilen Geräten erschwert eine zuverlässige Implementierung von Renderingtechniken Hoher Entwicklungsaufwand für die Sicherung der Kompatibilität einer Anwendungfürviele(Hardware-) Plattformen

7 Datenintegration und Datensicherheit 7 Integration von Fachdaten z.b. zur Unterstützung von Arbeitsprozessen AktualitätderDatendurch Single Point of Update Unterschiedlichste Quellen Web Map Service W3DS Sensordaten Proprietäre Informationssysteme Datensicherheit Die Herausgabe sensibler/ wertvoller 3D-Geodaten muss steuerbar sein

8 Agenda 8 1. Motivation 2. Herausforderungen für die mobile Nutzung von 3D- Stadtmodellen 3. Bildbasierte Bereitstellung von virtuellen 3D- Stadtmodellen 1. 3D Rendering Service 2. SmartMap 3. SmartClient 4. Fazit

9 Gängiger Ansatz Streaming von 3D-Daten 9 ÜblicheVisualisierungssysteme übertragen Geometrie, Texturen und Szenegraphen an 3D-Clientanwendungen Server 3D Client 3D Scene Data Geometrie Texturen Netzwerk Szenen- graph Rendering Engine Große 3D Szenen sind hiermit nur sehr schwer umzusetzen: Geringe Bandbreite des Übertragungsnetzes Geringer Hauptspeicher der Endgeräte Geringe Rechenleistung Eingeschränkte Fähigkeiten der 3D-Renderinghardware und -software Web3D 2012 Jan Klimke

10 Web View Service 10 Webbasierte, bildbasierte Bereitstellung von 3D Geodaten Serverseitiges Modellmanagement Serverseitiges Rendering: Hochqualitative Visualisierung unabhängig von der Clienthardware Kapselt die Komplexität von 3D-Renderingtechniken und die wachsende Vielfalt von Hard-und Software für 3D-Grafik Bietet kontrollierte Umgebungfür 3D Rendering (Hardware und Software) Effizienter Einsatz von Hochleistungshardware auf Serverseite Netzwerk 3D Model Data WVS Bilddaten Client CityGML

11 Web View Service 11 Weitgehende Entkopplung der übertragenen Datenmenge von der Modellkomplexität Übertragene Datenmenge ist vorrangig von der Bildauflösung abhängig Gut vorhersagbare Menge der zu übertragenden Daten Datensicherheit Es werden keine Geodaten direkt übertragen, sondern nur rasterisierte Darstellungen Zugriff auf Feature-Informationen durch GetFeatureInfo-Operation Unterstützung von Kamerainteraktion durch GetCamera-Operation Standardisierung im Rahmen des OGC: Aktueller Status: Discussion Paper, Version 0.3

12 Web View Service - Informationsebenen 12 Kombination verschiedener Informationsebenen Hier: Terrain + Gebäude + Planungsdaten Verfügbare Ebenen im Capabilities-Dokument (analog OGC WMS) Stadtmodell Kombination mit Plangebäuden Kombination mit OpenStreetMap

13 Web View Service - Bildebenen 13 Abfrage von zusätzlichen Bildebenen (G-Buffer) ermöglicht: Verortung eines Bildpunktes (Tiefe) Zuordnung eines Bildpunktes zu einem Feature Gruppierung von Bildpunkten zu einem Objekt Unterscheidung von Hintergrund + Objekten Bildbasierte Stilisierung Farbe Objekt-ID Tiefe Normale

14 Web View Service - Styling 14 Parametrisierung der Darstellung in den Bildern durch Styling-Spezifikationen Vorkonfigurierte Stilisierung aus GetCapabilities-Dokument Auswahl z.b. Über styling-parameter im GetView-Request Thematische Stilisierung Ermöglicht die Nutzung von hochqualitativen 3D- Renderingtechniken auf leichtgewichtigen Clients Depth-of-field effects Nicht-Photorealismus

15 Clients 15 Derzeitige Lösungsstrategien (HPI) smartmap Einfache, kartenähnliche Präsentation von und Interaktion mit eigenen 3D-Daten Hohe visuelle Qualität Gute Skalierbarkeit (#User) smartclient Echtzeit 3D-Viewer (Medium- Thin-Client) OpenGL-ES-basiertes Rendering einer Ersatzrepräsentation (cube-maps) Volle Interaktivität Live-Rendering von serverseitigen Geodaten Frei konfigurierbare Darstellung

16 smartmap 16 Kartenähnliche Darstellung in einer Anwendungfürmobile Geräte-> simple Navigation Nutzung des Rendering-Service zur Erzeugung von gekachelten Bilddatensätzen aus 3D- Stadtmodelldaten (Präprozessierung) Vordefinition von Inhalt(3D-Daten) und Darstellungsstilen pro Bilddatensatz Skalierbare Bereitstellung der Kacheln über Webserver

17 Verbindung zu Fachdaten 17 Möglichkeiten eines ObjectID-Layers Herstelleneiner Verbindungzu den unterliegenden Stadtmodelldaten über ObjectID-Layer Serverseitiges Mapping über Webschnittstelle Clientseitige objektgenaue Hervorhebung Client-seitige Einbettung von Fachinformationen über Marker (Positionen) oderfeature-geometrie(flächen, Lienienzüge etc.) Direktzugriff auf Daten auf den Geräten über Webschnittstelle Beispiel Immobilieninformationen Berlin

18 Demo 18

19 Agenda Motivation 2.Herausforderungenfürdie mobile Nutzungvon 3D Stadtmodellen 3.BildbasierteVisualisierungvon virtuellen3d Stadtmodellen 1. 3D Rendering Service 2. SmartMap 3. SmartClient 4. Fazit

20 smartclient 20 Leichtgewichtige, Interaktive 3D Anwendung für ausgewählte Projekte Erzeugen der Illusion einer 3D- Umgebungdurch teilweise Rekonstruktioneiner 3D-Umgebung auf Basis von Bilddaten aus dem WVS Hochgradig interaktive Anwendungen durch Entkoppeln der Nutzerinteraktion von den Serviceanfragen Effiziente Ausnutzung der vorhandenen Resources auf dem Endgerät um eine detailreiche und flüssige Darstellung zu erreichen Client renderterzeugte Ersatzrepräsentation in 3D Multiplattform

21 smartclient Angepasster Visualisierungsprozess 21 3D Model Data Ausgewählte Model Data 3D Server Computergrafische Primitive Filtering Mapping Rendering G-Buffers Image Postprocessing Rendering 3D Client Computer Graphics Primitives (Quads, Meshes, Points) Bilder Mapping (Szenenrekonstruktion)

22 smartclient Rekonstruktion von Szenen: Panoramen Würfelseiten 3D-Illusion durch Kamerapositionierung in einem texturiertem Würfel Würfelnetz für eine Panoramaansicht Kamerapositionierung inmitten der Cube Map

23 smartclient Rekonstruktion von Szenen: Panoramen 23 Abfrage von mehreren Informationsschichten pro Würfelseite: Farbe ObjektID (Selektion von Objekten) Tiefenbild (Szenenrekonstruktion)

24 smartclient- Rekonstruktion von Szenen: 3D Geometrie Rekonstruktion einer Ersatzgeometrie Nutzung der 2D-Tiefeninformationen Erzeugung von Dreiecksnetzen aus Tiefeninformationen Einblenden während der Änderung des Kamerastandpunktes erlaubt dem Nutzer einer Räumliche Orientierung 2D-Tiefeninformationen 3D-Ersatzgeometrie

25 smartclient Interaktion 25 Kontinuierliche Interaktion Keine Beschränkung des Nutzers auf schrittweise Interaktion Entkopplung der Interaktion von Serviceanfragen Optimiert auf Multitouch-Eingaben Kamerainteraktion Lookarround Orbiting um Objekte Translation der Kameraposition in X,Y,Z Selektion von Objekten Nutzung von ObjectID-Informationen Konfiguration der Szenenparameter über UI Daten, Stilisierung

26 Demo 26

27 Agenda Motivation 2.Herausforderungenfürdie mobile Nutzungvon 3D Stadtmodellen 3.BildbasierteVisualisierungvon virtuellen3d Stadtmodellen 1. 3D Rendering Service 2. SmartClient 3. SmartMap 4. Fazit

28 Fazit 28 Server-seitiges 3D-Rendering fürsmart Phones und Tablets bietetentscheidende VorteilebeimAufbauvon 3D-Geovisualisierungslösungen smartmap und smartclient ermöglichen es 3D- Stadtmodelle und generell3d-geovisualisierungslösungen hochqualitativ (3D-Renderingtechniken), interaktiv, gesichertund skalierbar zu realisieren. Spin-Off 3D Content Logistics GmbH am HPI Entwicklung von Systembausteinen und Anwendungen für Smart Phones und Tablets sowie Server-Lösungen Kunden-, Projekt-, Fall- und Ereignis-spezifische Entwicklung von Smart Phone und Tablet Anwendungen Distribution überexistierende Infrastrukturen(Apple App Store, Google Play)

29 Kontakt 29 Jan Klimke Prof. Dr. Jürgen Döllner Computer Graphics Systems Hasso-Plattner-Institut Prof.-Dr.-Helmert-Str. 2-3, Potsdam, Germany Kooperationspartner: