Verarbeitung und Austausch von 3D-Daten mit Spatial ETL-Technologie

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1 Verarbeitung und Austausch von 3D-Daten mit Spatial ETL-Technologie Christian Dahmen, con terra GmbH 09. November 2011, Bonn con terra GmbH Spin-off der Universität Münster, Institut für Geoinformatik Gesellschaft im Unternehmensverbund mit Esri Deutschland seit Mitarbeiter Leistungsangebot > Entwicklung und Aufbau unternehmensweiter GIS Infrastrukturen > Design und Implementierung GIS basierter IT-Lösungen > Consulting > Training & Support > Datendienstleistungen & Hosting 2

2 Inhalt Einführung Spatial ETL - FME 3D-Datenverarbeitung und Point Clouds Projekt City Doctor Ausblick 3 Spatial ETL (Extract, Transform, Load) ETL bezeichnet [ ] einen Prozess, um Daten aus mehreren Datenquellen mit ggf. unterschiedlichen Strukturen in einem Zielsystem zu vereinigen. Extract > Daten werden aus einer beliebigen Datenquelle extrahiert und in ein internes, neutrales Format überführt. Transform > Manipulation/ Restrukturierung/ Modellierung von Daten Load > Ausgabe in ein beliebiges Zielformat bzw. Zielsystem FME ist das Spatial ETL-Tool auf dem Markt! 4

3 FME-Technologie Hersteller ist das kanadische Unternehmen Safe Software Inc., Vancouver, BC FME Desktop und Server Geodatendrehscheibe mit Unterstützung von mehr als 260 (Geo-) Datenformaten > Formate aus den Bereichen GIS, CAD, 3D/ BIM, Point Clouds, WebService, Cloud und Spatial Databases Geodatenprozessor mit graphischer Benutzeroberfläche > Über 400 verschiedene Werkzeuge (Transformer) für die (Geo-) Datenverarbeitung > Automatisierung von GIS-Prozessen 5 FME Desktop FME Workbench > Komponente für die Prozessmodellierung FME Data Inspector/ Viewer > Formatunabhängige Visualisierung FME Quick Translator > Schnelle, automatische 1:1- Datenkonvertierung 6

4 FME Workbench 7 Inhalt Einführung Spatial ETL - FME 3D-Datenverarbeitung und Point Clouds Projekt City Doctor Ausblick 8

5 Formate Point Clouds 3D/BIM CAD GIS Raster Web Database 9 Unterstützte 3D-Formate (Auswahl) Formatname Read Write Adobe 3D PDF x Autodesk 3ds x x AutoCAD 3D DWF x x AutoCAD Civil 3D x Autodesk AutoCAD DWG/DXF x x Bentley MicroStation Design x x CityGML 1.0 (Version 1.1 ab FME 2012) x x COLLADA x x ESRI Geodatabase & Shape x x 10

6 Unterstützte 3D-Formate (Auswahl) Formatname Read Write Google SketchUp x x Industry Foundation Class STEP Files x OpenGIS KML Encoding Standard x x Oracle x x Oracle Spatial Object x x Presagis.flt (OPENFLIGHT) x Swiss INTERLIS x x VRML x Wavefront Obj x x XML x 11 Point Clouds Formate Formatname Read Write ASPRS LiDAR Data Exchange Format (LAS) x x Point Cloud XYZ x x Pointtools Pointdatabase (POD) x x FME Feature Store x x 12

7 CityGML und FME Lesen und Schreiben von CityGML 1.0 und älteren Versionen > CityGML 1.1 lesend in FME Desktop 2012 FME unterstützt Geometrie, Semantik, Texturen/ Erscheinung und Attributdaten von CityGML Alle thematischen Klassen wie Building, Digital Terrain Model, Vegetation, Transportation usw. werden unterstützt. Alle Level of Detail (LoD 1-4) Generische Objekte und Attribute Sachdaten 13 FME Data Inspector Formatunabhängige 3D-Visualisierung Neue Viewer-Komponente seit FME Desktop D/ 3D Viewing Point Cloud Ready Safe Software: Data Inspector is cross-platform, it uses the latest display technology, and it supports 3D viewing. 14

8 FME Quick Translator Werkzeug zur schnellen 1:1 Konvertierung Ausführung von FME-Prozessen 15 3D-Datenverarbeitung mit FME Erzeugung von 3D-Modellen aus 2D-Basisdaten Basisdaten für Stadtmodelle > Topographische Karte (Digitales Basis-Landschaftsmodell) > Gebäude (ALK, ALKIS) > Digitales Geländemodell (DGM) > Luftbilder (Digitale Orthophotos) > Digitales Oberflächenmodell (DOM) Geofachdaten > Themenspezifische Fachdaten (-> Beispiel Lärmdaten, Solarkataster) Zusätzliche Informationen (Visual Enhancement) > Vegetation, Straßenmöbel, Verkehrsinfrastruktur, Texturen 16

9 3D-Datenverarbeitung II 3D-Stadtmodelle > Automatisierte Ableitung von Blockmodellen (LoD1) > Datenübernahme aus CAD/ GIS-Modellen > Integration von Sachdaten Texturierung von Oberflächen (z.b. texturierte Gebäudemodelle) und Oberflächenmodellen (z.b. Orthophotos) Koordinatentransformation mit skalierbarer Genauigkeit Qualitätsmanagement von 3D-Stadtmodellen > Plausibilität, Semantik, Planarität, Topologie > Semantische Klassifizierung auf Basis der Flächennormalen 17 Flexible Verarbeitung von Point Clouds Clipping und Tiling Filtern nach Klassifikation oder anderen Eigenschaftswerten Reduzierung des Datenvolumens durch Ausdünnung Integration von Vektor- und Rasterdaten mit Point Clouds Berechnung von Oberflächenmodellen (TIN, Surfaces, ) Anpassung und Glättung von Oberflächen 18

10 Anwendungsbeispiele Stadt Karlsruhe und Stadt Zürich 3D-Stadtmodell der Stadt Karlsruhe Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt Fakten > Einwohner > 173 km² Gesamtfläche > Gebäude (ALK) Komponenten des 3D-Stadtmodells > Geländemodell (1m) + Nutzungsarten > Gebäudemodell LoD 1 > Gebäudemodell mit detaillierten Dachformen und Fototexturierung für ausgewählte Gebäude (LoD 2) > Gebäude LoD 3 (ca. 50 Landmarken) > Stadtmobiliar > Brücken (Konzeptionsphase) Quelle: Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt 20

11 Einsatz der FME Quelle: Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt 21 3D-Stadtmodell der Stadt Zürich Stadt Zürich, Geomatik + Vermessung Fakten > Einwohner > 92km² Gesamtfläche, davon 52 km² bebautes Gebiet > Gelände von 370m bis 1000m über üm > Gebäude, Liegenschaften Produktangebot Geomatik + Vermessung (GeoZ) > Digitales Terrainmodell (LoD 0) > 3D-Blockmodell (LoD 1) > 3D-Dachmodell (LoD 2) Quelle: Stadt Zürich, Geomatik + Vermessung 22

12 Einsatz der FME Datenerfassung Datenaufbereitung Bereinigung des Terrains Gebäude LoD 1 (Interlis -> CityGML) Gebäude LoD 2 (Datenverifikation, QS und Datenbereinigung) Datenintegration Terrain (Integration in CityGML) Datenpflege Datenkontrolle, Datenumwandlung Datennutzung (Zugriff, Ausgabe) Datenausgabe, z.b. 3D PDF Quelle: Stadt Zürich, Geomatik + Vermessung 23 Inhalt Einführung Spatial ETL - FME 3D-Datenverarbeitung und Point Clouds Projekt City Doctor Ausblick 24

13 City Doctor Projektziele > Entwicklung von Methoden und Metriken zum Qualitätsmanagement virtueller Stadtmodelle > Verfahren zur Verbesserung der Qualität und Fehlerkorrektur Projektleitung durch die HFT Stuttgart, Prof. Volker Coors > Details zum Projekt und alle Projektpartner unter Arbeitsziele > Entwicklung einer Methodik zur Prüfung und Heilung polygonaler Oberflächen > Entwicklung einer Methodik zur Prüfung und Heilung semantischer Konflikte innerhalb der Geometrie 25 City Doctor Teilziel > Implementierung einer entsprechenden Softwarelösung als PlugIn für FME zur Transformation von Geodaten. Prototypische Implementierung von verschiedenen Prüfungen ist bereits in Q3/2011 erfolgreich durchgeführt worden. Ziele > Erweiterung der FME-Technologie um vollständige Prüfalgorithmen > Anpassung für beliebige andere Datenformate (SketchUp, 3ds, etc.) Ausblick > Bereitstellung von Prüfdiensten mittels FME Server Technologie 26

14 City Doctor - Checks Polygon-Checks > Keine doppelten Punkte in einer Ebene > Mindestens drei Punkte in einer Fläche > Fläche ist planar > Korrekte Flächenorientierung Solid-Checks > Kanten der Flächen schneiden sich nicht > Mindestens vier Flächen in einem Gebäude > Polyedersatz erfüllt (Löscher schließen) 27 Inhalt Einführung Spatial ETL - FME 3D-Datenverarbeitung und Point Clouds Projekt City Doctor Ausblick 28

15 Ausblick FME 2012 > CityGML 1.1 (lesend) > Clippen von Volumengeometrien > Erweiterungen (Formate und Funktionen) im Bereich Point Clouds Zukünftig > FME 2013 neue Formate und weitere echte 3D-Funktionen 29 con terra European FME Service Center Professional Services > Beratung > Entwicklung > Projektunterstützung Support und Schulungen Integration von FME-Technologie in > Arbeits- und Geschäftsprozesse > Geodateninfrastrukturen > Software Kontakt > 30