URBAN realitätsnahe 3D-Umweltmodellierung für Simulatoren mit Geodaten Andreas Richter SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 1
Überblick Motivation: Warum mühsam Geodaten verarbeiten? Idee SimWorld: automatisierter Werkzeugkettenansatz Umsetzung: Beispielhafter Blick in die Werkzeugkette Landschaftsmodul Straßenmodul Weiterentwicklung: Vom Land in die Stadt Einblick in aktuelle Arbeiten Zusammenfassung SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 2
Motivation Warum mühsam Geodaten verarbeiten? Stand der Dinge: Fahrversuche werden nach (manchmal auch sehr abstrakten) Vorgaben unserer Psychologen vorbereitet: händisches Bauen der Strecke ist langwierig und fehleranfällig häufige Modifikationsschritte vor finaler Version mäßige Toolunterstützung neue Anforderungen: Fokus heutiger Forschungsfragen richtet sich verstärkt auf urbane Regionen: Stadtdatenbasen per Hand zu bauen ist extrem aufwändig neue Datenquellen werden für Versuche benötigt Metadaten für neuartige Anforderungen fehlen SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 3
Idee zum Projekt SimWorld automatisierter Werkzeugkettenansatz Zielsetzung: automatisierte Generierung virtueller Landschaften und logischer Streckenbeschreibung aus Datenbeständen über reale Umwelt Anreicherung der Elemente virtueller Landschaften mit Meta- Informationen (semantische Anreicherung) SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 4
Werkzeugkette Zusammenführung in einer Prozess- bzw. Werkzeugkette Daten Daten Daten Import teilweise automatisiert Geodaten Aufbereitung hoch automatisiert aufbereitete Daten Export voll automatisiert 3D Modell Straßennetzwerk SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 5
URBAN erweiterte Werkzeugkette Hinzufügen neuer Datenquellen Hinzufügen neuer Export-Ziele Karten Daten Daten Daten Apps Beschreibungen Daten Daten Daten Daten Import Geodaten Aufbereitung aufbereitete Daten Export 3D Modell Straßennetzwerk Meta- Information SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 6
Datenbankentwurf Datenbankentwurf (zentraler Baustein) Datenbankstruktur basierend auf Szenengraph-Konzept und OpenDRIVE entworfen Entwurf der Datenschnittstellen zum Datenimport aus unterschiedlichen Quellsystemen und für den Datenexport in z.b. Applikationen zur Datenveredelung und Datennutzung Datenbankimplementierung Umsetzung der Datenbank in PostgreSQL / PostGIS Integrationskonzept und Umsetzung (hoher Grad an Automatisierung) SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 7
Datenquellen Tele Atlas multinet klassifiziert: Straßen klassifiziert: Wasser klassifiziert: Bebauung klassifiziert: Wald Bodenbedeckung Satellitendaten Geländemodell SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 8
Geländemodellprozessierung (1/2) SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 9
Geländemodellprozessierung (2/2) SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 10
Straßendatenprozessierung (1/2) SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 11
Straßendatenprozessierung (2/2) Korrektur der Geometrie Kooperation mit TU München Korrektur über Bilderkennung und NetworkSnakes SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 12
Straßen- und Landschaftsprozessierung SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 13
Straßenerstellung (1/2) Übergabe zur Klothoidenbildung SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 14
Splines SimWorld Straßenerstellung (2/2) Erzeugung Straßenverlauf x,y,z,m Klothoiden x,y Geodaten z, m SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 15
Probleme bei der Datenprozessierung (1/2) Probleme bei der Erzeugung Straßenverlaufs Parametrisierung bei der Klothoidenbildung Koordinatenberechnung aus Klothoidenformel fehlende Informationen zu Spuren SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 16
Probleme bei der Datenprozessierung (1/2) Probleme bei der Erzeugung Straßenverlaufs unzureichende Genauigkeit der Grafik-Engine für die Darstellung von Geo-Koordinaten SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 17
Export (1/2) Export der logischen Streckenbeschreibung (OpenDRIVE): dreidimensionaler Verlauf der Straße Anzahl Spuren nach links und rechts Art der Fahrbahnmarkierungen und diversen weiteren Features, zu denen es zurzeit noch keine Daten gibt. SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 18
Export (2/2) Export der virtuellen Landschaft (OpenSceneGraph) aus den Bestandteilen: Gelände mit unterschiedlicher Nutzung 3D Straßen kleine und mittlere Wohnhäuser gewerbliche Bauten Straßenschilder lineare Objekte (z.b. Schallschutzmauern) unterschiedliche Vegetation je nach Bodennutzung SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 19
Ergebnis (1/2) 3D SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 20
Ergebnis (2/2) Streckenbeschreibung SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 21
Vom Land... Bild: Google Maps SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 22
URBAN...in die Stadt. Bild: Google Maps SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 23
URBAN neue Herausforderungen Wie beschreibt man komplexe Straßenverläufe? Wo bekommt man Daten dafür her? Wie repräsentiert man am besten Städte? Woher bekommt man nützliche Daten ohne sie langwierig (also teuer) selbst zu erheben oder erfassen zu lassen? Wie viel Realität ist notwendig, um sich in seiner Stadt zu fühlen? SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 24
URBAN benötigte Daten SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 25
URBAN Straßenbeschreibung (1/2) SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 26
URBAN Straßenbeschreibung (2/2) SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 27
URBAN Zusammenfassung (1/2) SimWorld liefert eine realistischere 3D-Landschaft, als sie bis jetzt im Institut von Hand erstellt werden konnte Verarbeitung und Export dieser Daten wird durch eine stark- bis vollautomatisierte Werkzeugkette gewährleistet Daten können ohne Modifikation der Werkzeugkette in Anwendungen von Forschungspartnern genutzt werden, so sie das offene SimWorld- Datenformat implementieren Datenbasis kann durch Integration weiterer Standards (z.b. Gleisbeschreibungsformat o.ä.) erweitert werden SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 28
URBAN Zusammenfassung (2/2) Realdaten können genutzt werden für: Fahrsimulation Visualisierung (automatisch erstellte Landschaften) Fahrdynamik (Straßen mit Quer- und Längsneigung) Verkehrssimulation (Verkehrsnetze laden) Kommunikationssimulation (Car-2-Car und -Infrastructure), die Umgebungsinformation mit einbezieht (Gebäudeumrisse, Materialeigenschaften, usw.) Sensorsimulationen GPS-Simulation (Abschattungsberechnungen) optische Navigation (Integrated Positioning Systems)... SimWorld URBAN > 4. Februar 2011 > Folie 29