Validierung von 3D-Stadtmodellen zur Navigationsunterstützung

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1 Validierung von 3D-Stadtmodellen zur Navigationsunterstützung Prof. Dr. Volker Coors, GeoKomm, , Berlin GeoInformatik an der HFT Stuttgart Hochschule für Technik Stuttgart 3 Fakultäten Architektur und Gestaltung Bauingenieurswesen und Wirtschaft Vermessung, Mathematik und Informatik Ca Studierende, 100 Professoren Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

2 Josef-von-Egle-Institut Forschungsgruppe Geoinformatik 4 akademische Mitarbeiter 6 studentische Mitarbeiter Schwerpunkte: 3D-Stadtmodelle GeoVisualisierung und Augmented Reality Informationslogistik Ortsbezogene Dienste 3D-Navigationssysteme Identifikationstechnik Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Die schönste Stadt in Google Earth Quelle: Google Earth Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

3 Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

4 Erkenntnis Verfügbare 3D-Stadtmodelle sind in der Regel nicht perfekt Ziel: Automatisierte Validierung (Semi-) automatische Fehlerkorrektur Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Qualitätssicherung Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

5 Qualitätssicherung Quality = fitness for use => Bezug zu Anwendung! System mit allgemein akzeptierten Bewertungsskalen zur Messung der Qualität Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Mobile Navigation 3D (MoNa3D) 3DLabs / Tele Atlas Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

6 Anwendung 3D-Navigation Carl Barks, WDC&S 149, Vol 13, No5, 1953 Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Way finding and Navigation: The Flippist approach 6

7 2D-Navigationsunterstützung Directions only NaviGate (T-Mobile) Street Map (2D) Perspective view Navigator (TomTom) Street Map (2D) MobileNavigator (Navigon) Street Map and Terrain (2.5D) Mobile Navigator (Siemens, Prototype) Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, D-Navigationsunterstützung 3D Visualisierung kompensiert Ungenauigkeiten des Tracking (Position und Orientierung) Autonavigation: Genaues Tracking Test: nur nach gesprochenen Anweisungen ohne visuelle Unterstützung navigieren Fußgänger, Radfahrer insbesondere Orientierung schwierig Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

8 3D urban models for Navigation 3DLabs / Tele Atlas Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Anforderungen 3D-Navigation Visuelle Ähnlichkeit Prominente Gebäude detailliert modlliert Gute Sichtbarkeit (ggf. Skalierung) Geringe Modellgröße Max. Anzahl von Polygonen pro Gebäude Keine Überschneidung Gebäude / Straße Thematische Genauigkeit (PoI etc.) Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

9 Datenmodell Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Simple Feature OGC 2006 Simple Feature Access Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

10 Oracle 11g SDO_GEOMETRY Datentyp Geometry SpatialReferenceSystem ElementArray Point LineString CSurface CSolid Collection Line Ring Polygon SimpleSolid MultiPoint MultiCurve MultiSurface MultiSolid Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Polygone Definition über Umringe (Außen / Löcher) Punkte in definierter Reihenfolge Keine Punkte mehrfach verwenden (bis auf Start-/ Endpunkt) Planarität Toleranz!? Valide Polygone Nicht valide Polygone Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

11 PolyhedralSurface Konsistente Orientierung der einzelnen Polygone Jede Kante begrenzt max. 2 Polygone Wenn alle Kanten genau zwei Polygone begrenzen, handelt es sich um einen geschlossenen Körper. Alle Gebäudemodelle lassen sich so als Randflächen beschreiben. Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Orientierung der Flächen Jede Kante begrenzt genau zwei Polygone Jede Kante E wird durch zwei Punkte PEA und PEB begrenzt Wird eine Kante zweimal in der gleichen Richtung verwendet (z.b. von PEA nach PEB), sind die beiden begrenzenden Polygone nicht gleich orientiert! H1 H6 Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

12 Korrektur begrenzende Kanten Jede Kante begrenzt max. zwei Polygone Korrektur: durch Einfügen neuer (identischer) Kanten aufteilen in unabhängige Polygone Loch: Kantenzug von Kanten, die genau eine Fläche begrenzen Loch kann automatisch gefunden und geschlossen werden (falls nicht definiert) H1 H6 Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Solid Begrenzt durch Polygone und/oder Polyhedral Surface Oberfläche 2- Mannigfaltigkeit Wasserdicht : Keine Löcher Innen / Aussen wohldefiniert Manifold surface Non-manifold shape Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

13 Eulerzahl Polyeder: Euler s Formula # V + # F - # E = 2 # E ~ # V + # F Beispiel: 9 F + 9 V 16 E = 2 Trianguliertes Modell: 14 F + 9 V 21 E = 2 14 T, 9 V, 21 E Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Beispiel Modelliert als ein Solid Eulerzahl 26 Tatsächlich mehrere (13) Solids Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

14 Topologische Relationen disjoint contains covers equal meet inside covered by overlap Detaillierte Analyse von 3D Topologie: Zlatanova (2000), TU Delft Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Overlap Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

15 Demo: QS-City3D Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, Visuelle Ähnlichkeit Nicht quantitativ Stichprobe Benutzertests Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

16 Zusammenfassung Validierung von Stadtmodellen sollte immer bei Datenübernahme durchgeführt werden. Semi-Automatische Korrektur Standards unterscheiden sich im Detail Ziel: Definition von Qualitätsmetriken Vergabe eines Prüfsiegel Anforderungen aus Anwendungen ableiten Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin, InGeoForum Round-Table 3D-Stadtmodelle zur Navigationsunterstürtzung in Darmstadt Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,

17 Prof. Dr. Volker Coors, Geokomm, Berlin,