Einführung Animationsmethoden Animationskomponenten Erstellung einer Animation Animationssoftwaresysteme Demonstrationsbeispiel Übersicht Vorlesungsunterlagen als zip-file unter: www.geoimaging.tugraz.at/docs/lehre.htm VL5-1 Einführung (1) Entwicklungen - Einsatzmöglichkeiten Schwerpunkt Animation von Geoinformation Animation ermöglicht eine optimale Nutzung der menschlichen Wahrnehmungskanäle. Die Aufmerksamkeit ist besser als bei statischen Bildern, da die Bewegung von Objekten eine wichtige Information in der menschlichen Umgebung darstellt. Die Sehgewohnheiten sind wesentlich durch das Fernsehen bestimmt. Animationen werden zunehmend in raumbezogenen Disziplinen als Darstellungsmittel für die Präsentation und die Analyse räumlicher Daten eingesetzt. Rechenaufwand steigt bei detaillierter Szenengestaltung bzw. hoher Ausgabeauflösung (z.b. 720x586 Videoauflösung). Existierende Hard- und Softwarelösungen sind derzeit bereits durchaus kostengünstig erhältlich. VL5-2
Einführung (2) [Pälke V., 2004] VL5-3 Einführung (3) Begriffsdefinitionen Computer Animation Animation: Lat. animare beleben Erzeugung bzw. Berechnung bewegter synthetischer Bilder unter Verwendung von geeigneter Software basierend auf Computergraphik-Methoden. Die Bildfolge wird über das Auge aufgenommen und vom Gehirn als kontinuierliche Bewegung interpretiert. Durch die Animation ergibt sich eine höhere Informationsqualität als die Summe der Einzelbilder darstellt. Bedingungen für eine kontinuierliche Bewegung ( persistence of motion ): Entsprechende Bildgeschwindigkeit (üblich 25 bis 30 fps - ab ca. 15 fps wird eine Bildfolge als ruckelfrei empfunden; PAL - 50 Halbbilder) Bewegte Objekte benötigen einen genügenden Überlappbereich in den Bildern Häufig verwendete Synonyme: Video aufgenommene Bildsequenz Film sprachliche Reminiszenz an das Speichermedium für bewegte Bilder Simulation modellgesteuerte Bewegtbildsequenz; es werden z.b. Phänomene wie ein Lawinenabgang in einem Rechenmodell simuliert und die Ergebnisse der Berechnungen in einer Animationssequenz visualisiert Echtzeit-Animation: siehe Echtzeit-Visualisierung VL5-4
Einführung (4) Begriffsdefinitionen Videoauflösungen VL5-5 Einführung (5) Begriffsdefinitionen Videoauflösungen VL5-6
Animationsmethoden (1) Animationsmethoden Diaschau: Stellt eine Folge von inhaltlich in Beziehung stehenden Einzelbildern dar Text-Animation: Erzeugung eines dynamisch präsentierten Textes Metamorphose (morphing): Überführung einer Ausgangsform in eine Zielform (bildbasiertes Keyframing) [Dransch D., 2000] VL5-7 Animationsmethoden (2) Bsp. Methamorphose Bildbasierte Animation Modifikation auf Pixelebene (2D) [Pälke V., 2004] VL5-8
Animationsmethoden (3) Pfad-Animation: Bewegung eines Objektes entlang eines definierten Pfades (parametrisches keyframing) Farbwellen-Animation (colour cycling animation): Erzeugung gerichteter fließender Farbwellen, z.b. zur Visualisierung einer Bewegungs- oder Transportrichtung [Dransch D., 2000] VL5-9 Animationsmethoden (4) Darsteller-Animation (stage-and-actor animation): Ermöglicht das Dirigieren von Animationsobjekten Kamera-Animation (model and camera animation): Ermöglicht die Erzeugung dreidimensionaler Animationen mit variabler Kameraeinstellung Festlegung der Kamerabewegung (keyframing) Animation von Lichtquellen, Wettereffekte, etc. [Dransch D., 2000] VL5-10
Animationsmethoden (5) Simulation: Basiert auf Abbildung der realen Welt in ein abstraktes, berechenbares Modell. Es werden Systeme aus Naturwissenschaft, Technik, Wirtschaft, etc. durch programmierte dynamische Modelle nachgebildet (z.b. Naturphänomene wie die Ausbreitung eines Wirbelsturms oder ein Lawinenabgang). Kinematik und Dynamik sind Spezialfälle innerhalb einer Simulation Kinematik: Betrachtet Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung (keine Kräfte) Dynamik: Betrachtet Massen, Trägheitsmomente, Kräfte, Impuls, etc. [Pälke V., 2004] VL5-11 Animationskomponenten (1) Animationsmöglichkeiten Graphikobjekte: Translation, Rotation, Farbe/Material, Gestalt (Skalierung, Shape) Kamera: Translation, Rotation Lichtquellen: Translation, Orientierung (bei gerichtetem Licht), Farbe Szenen (Frames) Eine Szene ist eine Komposition von Animationsobjekten zu einem Gesamtbild (z.b. eine kartographische Darstellung). Für eine 3D-Szene ist die Definition einer Kamera und einer Lichtquelle erforderlich. Bestimmte Szenen werden als Schlüsselszenen (keyframes) definiert bilden das Gerüst einer Animationssequenz. Aus diesen Schlüsselszenen werden die Zwischenszenen (inbetweens) abgeleitet. VL5-12
Animationskomponenten (2) Sequenz Eine Sequenz ist eine Folge von variierenden Szenen z.b. Einführungssequenz und Hauptsequenz in der eine räumliche Veränderung dargestellt wird. Sequenzen werden mit Hilfe von Bildübergängen (transitions) verbunden (klare Schnitte oder Überblendungen). Veränderungen Veränderungen sind die Unterschiede zwischen den einzelnen Szenen und können sich auf alle Animationsobjekte (Graphikobjekte, Kamera, Lichtquellen) beziehen. Die Animationen von Geodaten wird realisiert durch: Verwendung von Zeitreihendaten Verwendung unterschiedlicher Datenqualitäten (Auflösung, Spektralbereiche, kartographischer Darstellungen, etc.) Unterschiedliche Aufbereitung der Daten Berechnung einer Simulation Veränderung des Betrachtungsstandpunktes bzw. der Beleuchtung sowie weiterer Effekte (Nebel, Wetter, etc.) VL5-13 Erstellung einer Animation (1) Konzeption VL5-14
Erstellung einer Animation (2) Erzeugung VL5-15 Animationssoftware (1) Überblick ERDAS IMAGINE VirtualGIS IMAGINE VirtualGIS visualisiert Luft- und Satellitenbilder, Höhenmodelle und thematische Layer zu einer realitätsnahen Landschaft, die flexibel und dynamisch durchflogen oder begangen werden kann. Die Generierung von Überflügen mit mehreren Objekten und Flugpfaden ist möglich. Eine optimierte und beschleunigte Darstellung von Höhenmodellen erfolgt durch eine variable Dreiecksvermaschung. (http://www.geosystems.de/produkte/erdas_imagine/index.html). ENVI 3D SurfaceView 3D SurfaceView Visualisierung von Luft- und Satellitenbilder unter Einbeziehung eines digitalen Geländemodells (http://www.creaso.com/english/12_swvis/13_envi/main.htm). Animationssoftware ohne Geo-Schnittstellen 3ds Max Maya Softimage 3D Light Wave Cinema4D Bryce Animo VL5-16
Entstehung der Dolomiten Erdgeschichtliche Animation (Historische Geologie) Beispiel C (1) VL5-17 Animationssoftware (2) Visual Nature Studio - VNS Das Softwarepaket Visual Nature Studio (Firma 3d Nature) bietet effiziente Tools für Aufgaben im Bereich der Landschaftsvisualisierung Visualisierung von Geodaten (Raster- und Vektordaten) Aufbau von künstlichen Landschaften (künstliche Gelände + Texturen) Modellierung von Ökosystemen Einsatz von Effekten (Licht, Wetter,...) VL5-18
Animationssoftware (3) Key-Features von VNS Multiplattform: Intel Pentium, AMD Athlon, und PowerMacintosh Computern. Betriebssysteme: Windows (98, NT, 2000, XP,...) und MacOS 8. Koordinatensysteme: geodätischen Daten, Ellipsoide, Projektionen und Koordinatensystemen. Vektoren: Integration von dxf- und shape-files, Zugriff auf Geometrie- und Attributwerte. Kamera-Animation: Interaktive Definition von Flugpfaden über Parameter oder Joystick. Integration von Flugpfad-Vektoren. 3D-Ansichten und 3D-Animationen: flexible Formate Größen und Frame-Raten. Ecosystems: Generierung künstlicher Ökosysteme zur Modellierung virtueller Landschaften. Spezialeffekte: Einsatz von Lichtquellen, Himmelskörpern, Wettereffekten, etc. VL5-19 Visual Nature Studio - Überlick Effekte Licht, Nebel,... Animationssoftware (4) 3D-Landschaftsmodell Objekt- Bibliothek VL5-20
Beispiel A (5) Anwendungsbeispiel: Datenaufbereitung Klassifikation (IMPACT): Definition der Klassen Datenfusion PAN + MS Segmentierung Training des Klassifikators Klassifikation des gesamten Testgebietes Testgebiet Anopolis : 18 Klassen - Pinien, Zypressen, Eichen, etc. - Ton, Schotter, Erdboden, etc. - diverse Büsche VL5-21 Beispiel A (6) Anwendungsbeispiel :Automatisierte 3D-VIS Daten: DGM Klassifikationsergebnis Vektordaten Künstliche Ökosysteme Ergebnisse: 3D-Ansichten Virtuelle Panoramen Virtuelle Flüge Rasterklassifikation Künstliche Ökosysteme Virtuelle 3D-Landschaft VL5-22
Beispiel A (7) Anwendungsbeispiel: Automatisierte 3D-VIS Automatische Visualisierung von Veränderungen Update der Raster-Klassifikation (z.b. Gebietsänderungen) Änderungen in den Vektordaten (z.b. Änderung Attributwerte) Automatisches Update der 3D-Landschaft Mittlere Höhe Pinienwald: 6 Meter Mittlere Höhe Pinienwald : 10 Meter VL5-23 Beispiel A (11) Anwendungsbeispiel: Automatisierte 3D-VIS Maßstabsunabh stabsunabhängige ngige Visualisierung ermöglicht durch: Texturen für f r Bäume, B Unterholz und Boden VL5-24
Beispiel A (12) Anwendungsbeispiel: Automatisierte 3D-VIS Visualisierung von Planungsmaßnahmen nahmen Vektordaten von Straßen, Trassen, etc. integrieren VL5-25 Beispiel A (13) Anwendungsbeispiel: Automatisierte 3D-VIS Virtuelle Überflüge Erstellung von Flugpfaden und Rendern der Animationen VL5-26
Beispiel B (1) Automatic VIS of Geoinformation Example Hohentauern: Data: DTM and DSM from airborne laser scanner data Build-up up of data base with vegetation-positions and -heights Build-up up of image library for alpine conifer forests and meadows Connection of library to data base (with attributes in shape-file) DTM from laser-scanner DSM from laser-scanner VL5-27 Beispiel B (2) Automatic VIS of Geoinformation Example Hohentauern: DTM with vegetation-positions Artificial landscape based on: -DTM - database with vegetation positions and heights VL5-28
Beispiel B (3) Automatic VIS of Geoinformation Example Hohentauern single 3D-views: DSM from laser-scanner 3D-landscape DSM from laser-scanner 3D-landscape VL5-29 Beispiel B (3) Automatic VIS of Geoinformation Example Hohentauern single 3D-views: DSM from laser-scanner 3D-landscape DSM from laser-scanner 3D-landscape VL5-30