Fakultät/Studienbereich Titel/Thema Datum · GeoMedia Professional mit Aufsatz GeoMedia 3D x x x FME Desktop bzw. Server x x x x x x x x 3D City Database x x x Spreadsheet (z.B

Workschop “3D-Stadtmodelle”

Bonn, 7.11.2012

Prof. Dr. Volker Coors, HFT Stuttgart

Prof. Dr. Coors, 7.11.2012

Software 3D-Stadtmodelle

1

Software 3D-Stadtmodelle Ein Überblick

Ziele

Überblick über das Angebot von Firmen und Softwarelösungen im

deutschsprachigen Raum, die im Umfeld von 3D-Stadtmodellen

tätig sind

Kriterienkatalog zur Entscheidungsunterstützung

Keine Dienstleistungen berücksichtigt



2

Methode

• Sichtung aktueller Umfragen / Publikationen zum Thema

• Thematische Eingrenzung

• Eigene Marktkenntnis

• Online-Umfrage



3

EuroSDR: 3D Data Management in

Urban Areas

• Marktprognose für „3D Geodatenmarkt“

• Vorhandene 3D Geodaten (Feature und Level of Detail)

• Nur eine Frage zu Software für Geodatenmanagement

• Teilnehmer der Umfrage:

• 25 (10) National / regional / local Mapping and Cadastral Agencies

• 7 (5) private companies

• Durchführung: Volker Walter, ifp, Universität Stuttgart


Methode: Sichtung aktueller Umfragen zum Thema

4

EuroSDR: Software Systems



5 © EuroSDR, V. Walter, ifp, Universität Stuttgart

Guide to Graphics Software Tools

• Autor: Chen, Jim, 2nd Edition, Spinger 2008

• Kategorien (nur Softwarelisten, keine Vergleiche):

• Low-level Graphics Libraries (10)

• Visualization Tools (54)

• Modeling Tools (128)

• Rendering Tools (60)

• Animation Tools (62)

• Simulation Tools (38)

• Virtual Reality Tools (16)

• Web3D (30)

• 3D File Format Converters (9)



6

“In short, avoid this book”

(Kundenrezension Amazon.com)

3D-Geoinformationssysteme

• Hrsg.: Coors/Zipf, Wichmann 2005

• Softwareübersicht basierend auf Umfrage

• 31 Softwaresysteme

• Nicht mehr aktuell

• Teilw. kein Bezug zu 3D-Stadtmodellen



7

3D-Geoinformationssystem

• Was ist ein 3D-Geoinformationssystem?

• Funktionen

• Erfassung

• Speicherung

• Anaylse

• Visualisierung

• Spezialisierte Einzelsysteme (verschiedener Hersteller), mit denen

über Schnittstellen ein „3D-GIS“ aufgebaut wird / werden kann.


Methode: Thematische Eingrenzung

8

Referenzmodell 3D-Stadtmodelle



9

LASER

GPS

XY

Z

Z

X

Y

INS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

X

Y

INSZ

X

Y

INS

LIDAR

Photogrammetry

... PoI DGM

3D Geo-

Daten-

bank

3D-Geodata

Server

Admin Tool

Query

QS (Daten)

CityGML

Web-Server Web-Client

mobile Client Internet

Intranet

Fachanwender


• Ersterfassung

• flächendeckend LoD 1/ LoD 2

• 3D-Geodatenmanagement

• Modellierung / Fortführung Einzelobjekte

• Datenbankmanagementsystem

• Datenbereitstellung

• Visualisierung

• Analyse / Simulation



10


• Software muss sich mit Modellebene Stadt befassen

• Nicht nur Einzelgebäude (Architekturmodelle)

• Keine digitalen Globen / Terrainviewer

• Keine ausschließlich geologischen Systeme



11

Online-Umfrage

• Allg. Informationen

• Anwendungsschwerpunkte

• Zugrundeliegendes Datenmodell

• Schnittstellen (Import / Export)

• Erweiterbarkeit (API)

• Plattform

• Spezielle Fragen zu

• Datenmanagement

• Visualisierung

• Analyse / Simulation


Methode: Online-Umfrage

12

Online-Umfage

• Umfrage mit Google Docs

• https://docs.google.com/spreadsheet/viewform?fromEmail=true&fo

rmkey=dDBPWFFqZ05vM2o3NW42anhsaU1KcWc6MQ

• Ansprechpartnerin: Frau Kinscher, HFT Stuttgart

[email protected]

• Etwa 30 Hersteller / Software angefragt

• Rücklauf: 13 Softwaresysteme



13

KRITERIEN UND ERGEBNISSE



14

Systembeschreibung

Software CityViewer

Firma 3DIS GmbH

Ansprechpartner A. Steffens

Kurzbeschreibung Viewer für Visualisierung streamingfähiger 3D-

Stadtmodelle

Aktuelle Version

URL http://www.3dis.de

Kategorie1 Visualisierung


Kriterien Online-Umfrage

15

1 Datenerfassung / Modellierung, Datenmanagement, Analyse, Visualisierung

Anwendungsschwerpunkte


Kriterien Online-Umfrage

16

0 2 4 6 8 10

Stadtplanung

Umweltschutz

Tourismus

Verkehrplanung

Architektur

Facility Management

Kartografie

Telekommunikation

Energie

Geologie

Software-Entwicklung

DATENMODELL

3D-GEOMETRIE


Bachelor-Studiengang Informationslogistik

17

BRep und CSG-Modell


Datenmodell 3D-Geometrie

18

CSG BRep

• Voxel

• Elementarvolumen („3D Pixel“)

• Constructive Solid Geometry (CSG)

• Primitive & Boolsche Operatoren

• häufig bei Datenerfassung

• Z.B. Fitting bei Laserscan

• Boundary Representation (BRep)

• Randflächendarstellung

• Beinhaltet Topologie

• Sehr geeignet zur Visualisierung

• CSG kann in BRep überführt werden

+

Voxel

Drahtgittermodell



19

• Strukturelemente:

• Punkt, Kante, Kreisbogen

• Vorteil:

• Geringe Datenmenge

• Nachteil:

• Flächenbildung nicht gespeichert

• Nicht eindeutig

(Zusatzinformation notwendig)

?

Layerstruktur und Objektbildung



20

• Layer

• Prinzip übereinanderliegender Folien

• Ein Objekttyp pro Layer

• z.B. alle Dächer auf einem Layer, alle Wände auf einem

anderen Layer

• 2.5 D Konzept

• Objektbildung

• Z.B. Gebäude

• Layer-Übergreifend: Dach, Wand, Grundriss gehören zu

einem Gebäudeobjekt

Layerstruktur und Objektbildung



21

Ergebnis Umfrage Datenmodell



22

Vo

xe

l

Bre

p

CS

G

Dra

ht

gitte

r

La

ye

r

Ob

jekt

sonstiges

CityViewer x x x

GEORES CityGML Plugins x x x x SketchUp

CityGML SpiderViewer x Mesh

GeoMedia Professional mit

Aufsatz GeoMedia 3D x x

FME Desktop bzw. Server x x x x x

3D City Database x x

citygml4j x x

BuildingReconstruction x x

virtualcityPUBLISHER x x

CityServer3D x x

CityGRID x x x x

formgebende

Gebäudekanten

SGJ3D x x

Bentley Map Enterprise V8i x x x x x Punktwolken

IMPORT / EXPORT

SCHNITTSTELLEN


Bachelor-Studiengang Informationslogistik

23

Import Schnittstellen


Schnittstellen

24

CityG

ML

1.0

C

ityG

ML

2.0

KM

L/K

MZ

ES

Ri S

HP

D

XF

/DW

G

DG

N

X3

D /

VR

ML

Co

llad

a

sonstiges

CityViewer x x X x X x

3ds, SKP, ITF, ASC, ADF,

XYZ, RAS, TIFF, JPG,

PNG, ECW, JPEG2000

GEORES CityGML

Plugins x x

CityGML SpiderViewer x x

GeoMedia Professional

mit Aufsatz GeoMedia

3D x x X x x x

FME Desktop bzw.

Server x x x X x x x x

3D City Database x

citygml4j x x CityGML 0.4.0

BuildingReconstruction X ASCII Grid, las, xyz, jpg


CityServer3D x x X x x ASCII Grid, las, xyz, jpg

CityGRID x x x X x x x x

SGJ3D x x x x x

NAS/ALKIS,GeoTIFF,XYZ,E

SRI TIN,ESRI Grid

Bentley Map Enterprise

V8i x x x x x x x x MapInfo

Export Schnittstellen


Schnittstellen

25

CityG

ML

1.0

C

ityG

ML

2.0

KM

L/K

MZ

ES

Ri S

HP

D

XF

/DW

G

DG

N

X3

D /

VR

ML

Co

llad

a

sonstiges

CityViewer x x CCF (streamingfaehiges,

proprietaeres Binaerformat)

GEORES CityGML

Plugins x x

CityGML SpiderViewer x



3D x x x

FME Desktop bzw.

Server x x x x x x x x

3D City Database x x x Spreadsheet (z.B. MS Excel,

Google Fusion Tables)

citygml4j x

BuildingReconstruction x x

virtualcityPUBLISHER x

CityServer3D x x x x x x x ESRI TIN,ESRI Grid

CityGRID x x x x x x x x

SGJ3D x x x x x


V8i x x x x x x x x MapInfo

Services für 3D

OGC Schnittstellen

KML

CityGML

X3D

GML

WFS WMS

WVS

W3DS

GoogleEarth

DP

DP

SLD for WMS

X3DViewer

Copyright © 2011 Open Geospatial Consortium

3D Geo-

Daten-

bank

GetSceneRequest

Web 3D Service

GetSceneResponse

Service-orientierte Architektur

OGC Schnittstellen

Prof. Dr. Coors, 7.11.2012 27

Beispiel Web3DService

http://research.hft-stuttgart.de/servlets/

Web3DService/W3DS?service=w3ds&request=getCapabilities&exceptions=text/xml

http://research.hft-

stuttgart.de/servlets/Web3DService/W3DS?service=w3ds&version=0.3.0&reque

st=getScene&format=model/vrml&srs=EPSG:31467&layers=Stuttgart,DTMStuttg

art&styles=existing,textured_ortho&bbox=3513457.18,5405923.07,3515017.9,54

07735.43&exceptions=text/xml

GetCapabilities:

GetScene:

Prof. Dr. Coors, 7.11.2012 28

OGC Schnittstellen

Prof. Dr. Volker Coors

OGC 3D PORTRAYAL

INTEROPERABILITY EXPERIMENT

OGC Schnittstellen

OGC Candidate 3D Portrayal Standards


OGC Schnittstellen

3DPIE – Participants


OGC Schnittstellen

http://www.opengeospatial.org/projects/initiatives/3dpie

OSM-3D

W3DS

IGG 3DCityDB

W3DS

IGD CityServer3D

W3DS

HPI 3D Server

WVS

Images

(Color/Depth/ObjectIds)

KML, Collada

VRML, X3D, KML,

KMZ/Collada

KML, Collada,

X3D, HTML5/X3DOM

Paris 3D (CityGML)


OGC Schnittstellen

Mainz 3D (CityGML)

Berlin 3D (CityGML)

OSM data


OSM-3D

W3DS

IGD CityServer3D

W3DS

IGG 3DCityDB

W3DS

HPI 3D Server

WVS

XNavigator

Instant Reality

Player

Google

Earth

HPI Mobile Client

HTML5 Browser

BS Contact Geo,

BS Contact Mobile

Newly implemented

Connections

OGC Schnittstellen

OSM-3D merged with Berlin WVS


OGC Schnittstellen


OGC Schnittstellen

OSM-3D merged with Berlin WVS

X3DOM: Mobile 3D Portrayal


OGC Schnittstellen

WVS Exploitation


OGC Schnittstellen

HPI Mobile Client iOS

OGC 3D Portrayal SWG

• Ziel:

• Web3D Services und WebViewService in einen gemeinsamen

Standard einfließen lassen

• „Einberufer“ (convener): Fraunhofer IGD / V. Coors

• Zeitplan:

• OGC TC Meeting Seoul: Ankündigung der neuen SWG

• Charter der SWG wird zur Abstimmung veröffentlicht

• OGC TC Meeting Redlands: Kick-off der SWG


OGC Schnittstellen

39

OGC Services


Schnittstellen

40

Import Export

WM

S

WF

S

W3D

S

WM

S

WF

S

W3D

S

CityViewer x

GEORES CityGML

Plugins

CityGML SpiderViewer



3D x x x x

FME Desktop bzw.

Server x x x x

3D City Database x

citygml4j

BuildingReconstruction


CityServer3D x x x

CityGRID

SGJ3D x x


V8i x x

3D GEODATENMANAGEMENT


Geodatenmanagement

41



3D Geodatenmanagement

42

LASER

GPS

XY

Z

Z

X

Y

INS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

X

Y

INSZ

X

Y

INS

LIDAR

Photogrammetry

... PoI DGM

3D Geo-

Daten-

bank

3D-Geodata

Server

Admin Tool

Query

QS (Daten)

CityGML



Intranet

Fachanwender

Kriterien

Datenmanagement

• Multiresolution-Modell

• Geometriemodell (Kanten, Flächen)

• Objekte: Gebäude, Wasser, Vegetation, etc.

Administration

• Hinzufügen individueller LoD

• Auswahl / Query

• Qualitätsmanagement

• Fortführung

Datenzugriff / Schnittstellen


3D Geodatenmanagement

43

DBMS Geometrie


Geodatenmanagement

44

Date

iba

sie

rt

Ora

cle

P

ostG

RE

S/P

ost

GIS

MyS

QL

SQ

L S

erv

er

sonstiges

CityViewer x

FME Desktop bzw.

Server x x x x

3D City Database x x

citygml4j x Strombasiert

BuildingReconstruction


CityServer3D x x x MongoDB

CityGRID x x x

SGJ3D x x


V8i x x x

CityGML Module


Geodatenmanagement

45

CityG

ML C

ore

Ap

pe

ara

nce

Brid

ge

Bu

ildin

g

City F

urn

itu

re

City O

bje

ct

Gro

up

Ge

ne

rics

La

nd

Use

Relie

f

Tra

nsp

ort

ation

Tu

nn

el

Ve

ge

tation

Wate

rBody

Sonstiges

CityViewer x x x x x x x x x x x x x

GeoMedia 3D x x x x x

FME Desktop x x x x x x x x x x x x x beliebige ADEs

3D City Database x x x x x x x x x x x

citygml4j x x x x x x x x x x x x x beliebige ADEs

virtualcityPUBLISHER x x x x x x x x x x x

CityServer3D x x x x x x

CityGRID x x x x x x

SGJ3D x x x x x x x x x x x x x

Bentley Map

Enterprise V8i x x x x x x x x x x x

flexible

Anpassung über

XFM, based on

customization

ANALYSE


Analyse

46



Analyse

47

LASER

GPS

XY

Z

Z

X

Y

INS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

X

Y

INSZ

X

Y

INS

LIDAR

Photogrammetry

... PoI DGM

3D Geo-

Daten-

bank

3D-Geodata

Server

Admin Tool

Query

QS (Daten)

CityGML



Intranet

Fachanwender

Kriterien Analyse

• Window Query

• Volumen

• Geometrische Verschneidung

• Topologische Query

• Verschattung

• Sichtbarkeit

• Flächenorientierung

• Ausbreitungsmodelle (3D)


Analyse

48

Geometrische Analyse

Volumen

Verschneidung

• Union

• Intersection

• Difference


Analyse

49

Topologische Anfragen


Analyse

50

disjoint contains equal

inside meet

covers

covered by overlap

Egenhofer 9-intersection Modell

Analyse

Prof. Dr. Coors, 7.11.2012 51

Win

dow

Qu

ery

Vo

lum

en

Ge

om

.

Ve

rschn

eid

ung

To

po

l. Q

ue

ry

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rscha

ttu

ng

Sic

htb

ark

eit

Flä

ch

en

orie

nt.

A

usb

reitu

ngs-

mo

de

lle

sonstiges



Aufsatz GeoMedia 3D x x x Aufsatz GeoMedia GRID

FME Desktop bzw. Server x x x x

virtualcityPUBLISHER x Messen

CityServer3D x x x Benutzerdefinierte Abfragen

CityGRID x x x x x x x Korrekt. Topologie

SGJ3D x x x

Bentley Map Enterprise V8i x x x x x x x

Analyse

3D VISUALISIERUNG


Geodatenmanagement

52



Visualisierung

53

LASER

GPS

XY

Z

Z

X

Y

INS

LASER

GPS

XY

ZGPS

XY

Z

Z

X

Y

INSZ

X

Y

INS

LIDAR

Photogrammetry

... PoI DGM

3D Geo-

Daten-

bank

3D-Geodata

Server

Admin Tool

Query

QS (Daten)

CityGML



Intranet

Fachanwender

Visualisierung


Visualisierung

54

Terragen 2

Kriterien Visualisierung

Texturen

• RGB+Alphakanal (Transparenz)

• Bumpmapping

• Shader

Lokale Beleuchtungsmodelle

Globale Beleuchtungsmodelle

Visualisierung von Attributen

• Einfärben

• Symbole

• Diagramme


Visualisierung

55

Lokale / globale Beleuchtung


Visualisierung

56 Amer Qayum, HFT Stuttgart

Lokal: keine Eigen/Fremdverschattung

- Flat: 1 Farbe pro Polygon

- Gouraud: 1 Farbe pro Eckpunkt

Global: echte Verschattung

- Raycasting

- Raytracing

- Photonmapping

- Radiosity

Lokale Beleuchtung


Visualisierung

57

Gouraud / Smooth Shading Flat Shading

Lokale Beleuchtung


Visualisierung

58

Fla

t

Go

ura

ud

Ph

on

g

CityViewer x x x



Aufsatz GeoMedia 3D x

FME Desktop bzw. Server

virtualcityPUBLISHER

CityServer3D x x

CityGRID x x x

SGJ3D x

Bentley Map Enterprise V8i x x

Globale Beleuchtung


Visualisierung

59 Amer Qayum, HFT Stuttgart

Raycasting

Raytracing /

Photonm. Radiosity

Bsp: globale Beleuchtung


Visualisierung

60

Quelle: Wikipedia

Radiosity

Globale Beleuchtung


Visualisierung

61

Ra

ytr

acin

g

Ra

dio

sity

Ph

oto

nm

app

ing

So

nn

en

sta

nd

we

ite

re

Lic

htq

ue

llen

CityViewer x x

CityGML SpiderViewer x x

GeoMedia Professional mit Aufsatz

GeoMedia 3D x

FME Desktop bzw. Server


CityServer3D

CityGRID x x

SGJ3D

Bentley Map Enterprise V8i x x x x

Texturen: Alpha-Kanal


Visualisierung

62

Texturen: Bump Mapping


Visualisierung

63

Grundidee:

Normalenvektor einer Fläche stören

Texturen: Bump Mapping


Visualisierung

64

Texturen


Visualisierung

65

RG

B

Alp

ha

Bu

mp

Sh

ad

er

CityViewer x

CityGML SpiderViewer x x x


Aufsatz GeoMedia 3D x x

FME Desktop bzw. Server x

virtualcityPUBLISHER x x x

CityServer3D x x

CityGRID x x x

SGJ3D x x

Bentley Map Enterprise V8i x x

Attribute


Visualisierung

66

Te

xt

Ein

färb

en

Sym

bo

le

Dia

gra

mm

e

CityViewer x x x

CityGML SpiderViewer


Aufsatz GeoMedia 3D x x x

FME Desktop bzw. Server x x


CityServer3D x x x

CityGRID x x

SGJ3D x

Bentley Map Enterprise V8i x x x

SONDERTHEMEN


Geodatenmanagement

67

Prozedurale Stadtmodelle


Sonderthemen

68

Müller et al. SIGGRAPH 2006

ESRI CityEngine: http://www.esri.com/software/cityengine

Modellierung Moskau 3D


Sonderthemen

69

Digitale Pflanzen


Sonderthemen

70

http://www.virtuelle-stadtplanung.de/start.htm

Billboard + Alpha-Kanal Textur


Sonderthemen

71

Lindenmeyer Systeme


Sonderthemen

72

http://algorithmicbotany.org/research/

Prusinkiewicz and Lindenmayer: The algorithmic beauty of plants

Lindenmeyer Systeme


Sonderthemen

73

Von-Koch-Kurve:

Images: Wikipedia

Regel: F -> F+F- - F+F

Axiom: F - - F - - F

Zustand: (x, y, a)

F - Neuer Zustand: (x',y',a), mit

x'= x + d cos(a) und y'= y + d sin(a).

Verbinde die Punkte (x,y) und (x',y')

+ - Drehe nach links um Winkel b: (x,y,a+b).

- - Drehe nach rechts um Winkel b: (x, y,a-b).

Komponentenbasierter Ansatz


Sonderthemen

74

O. Deussen: Computergenerierte Pflanzen

O. Deussen et. Al. Digital Design of Nature: Computer Generated Plants and Organics

http://www.computerpflanzen.de/

http://xfrog.com

http://www.lenne3d.de/

Zusammenfassung


Softwareumfrage

75

- Spezialsoftware z.B. für Vegetation bisher nicht berücksichtigt

- Viel Software im englischsprachigen Raum (nicht berücksichtigt)

- Umfrage wird fortgeschrieben, gerne weitere Teilnehmer

Prof. Dr. Volker Coors

Barks, Fuchs: CP 2, BL DD 11

Documents

Fakultät/Studienbereich Titel/Thema Datum · GeoMedia Professional mit Aufsatz GeoMedia 3D x x x FME Desktop bzw. Server x x x x x x x x 3D City Database x x x Spreadsheet (z.B