Integration und Visualisierung von 2D- und 3D-Geodaten in einem verteilten GIS am Beispiel virtueller Stadttouren

Diplomarbeit aus dem Jahr 2002 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Wirtschaftsgeographie, Note: 1,1, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg (unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Mittlerweile stehen zahlreiche Geodaten in digitaler Form zur Verfügung. Darunter Karten, Digitale Geländemodelle, Virtual Reality Modelle von Gebäuden usw. Diese liegen jedoch in unterschiedlichen Formaten vor oder sind verschieden georeferenziert.
Die zunehmend automatisierte großflächige Erfassung von 3D-Stadtmodellen liefert Datenbestände für den Aufbau von echten 3D-Geoinformationssystemen. Flächendeckend sind jedoch meist nur 2D-Geodaten vorhanden. Daher besteht verstärkt die Notwendigkeit, 2D- und 3D-Geodaten zu integrieren und für eine gemeinsame 3Dvisualisierung zu nutzen.
Die vorliegende Arbeit zeigt Konzepte und Methoden der Integration sowohl von Objekten als auch von Digitalen Geländemodellen (DGM) auf. Als Anwendung wird ein Virtual Reality Server beschrieben, der als Java-Paket realisiert wurde und der aus heterogenen Geodatenquellen eine gemeinsame 3D-Visualisierung generiert, die über das Internet zugänglich ist.
Als Datenkomponente wurde ein eigenes Modell entwickelt, das mit multidimensionalen, hybriden (aus Geodatenservern, VRML u.a. entnommenen) Geodaten umgehen kann und das mehrere Levels-of-Detail unterstützt. Das DGM wird in Form mehrerer Punktmengen in einer räumlichen Datenbank gespeichert und bei Anfragen dynamisch erzeugt, indem die Auflösung an den Standort des Benutzers angepasst wird.
Ein Schwerpunkt liegt auf der Verschneidung von Geodaten. Es werden zwei verschiedene Ansätze vorgestellt. Bei der bevorzugten automatischen Verschneidung werden die Geodaten allein anhand ihrer räumlichen Beziehungen zueinander zusammengeführt. Um 2D-Geometrien in 3D-Szenen einzubinden, werden diese auf das DGM gelegt und evtl. extrudiert. Auf diese Weise werden z.B. aus Gebäudegrundrissen Blockmodelle erstellt und gemeinsam mit echten 3D-Modellen visualisiert. Die Visualisierung erfolgt objekttypenspezifisch. So können z.B. Bäume als Punkte gespeichert und bei der Generierung von 3D-Szenen durch komplexere Objekte ersetzt werden oder Fassaden und Dächer von Gebäuden unterschiedlich eingefärbt werden.
Als Anwendungsfall wurde die Visualisierung von virtuellen Stadttouren gewählt. Ein Benutzer kann sich über das Internet mit dem System in Verbindung setzen und dieses zur Generierung von passenden 3D-Szenen veranlassen. Die räumliche Datenauswahl orientiert sich dabei nach dem von einer anderen Komponente berechneten Tourenverlauf. Der Benutzer wird daraufhin durch ein teilweise texturiertes virtuelles Stadtmodell
geführt.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einführung und Konzeption1
1.1GIS und 3D-Visualisierung1
1.2Bisherige Entwicklungen internetbasierter 3D-GIS3
1.3Zielsetzung und Anforderungen4
1.4Konzeption eines Virtual Reality Servers6
2.Grundlagen für die Implementierung9
2.1Deep Map9
2.2Verfügbare Geodatenquellen und Geodaten11
2.2.1SDE11
2.2.2OpenGIS Geodatenserver13
2.2.33D/4D Datenbank14
2.2.4ODF-Modell14
2.2.5VRML-Modelle15
2.3Verfügbare 3D-Technologien16
2.3.1VRML16
2.3.2X3D19
2.3.3Java3D20
3.Datenkomponente21
3.1Möglichkeiten der Modellierung von 3D-Geodaten21
3.1.1Modellierung der Objekte21
3.1.1.1Geometrische Modellierung21
3.1.1.2Levels-of-Detail24
3.1.2Modellierung des Geländemodells26
3.1.2.1Geometrische Modellierung27
3.1.2.2Levels-of-Detail Konzepte30
3.1.2.3Shading-Texturen31
3.1.2.4Darstellung von thematischen Daten31
3.1.2.5Sichtbarkeitsanalysen32
3.2Implementierung des Geometrie- und Feature-Modells33
3.2.1Geometrie-Modell33
3.2.2Feature-Modell38
4.Managementkomponente4...

Klappentext

Inhaltsangabe:Einleitung: Mittlerweile stehen zahlreiche Geodaten in digitaler Form zur Verfügung. Darunter Karten, Digitale Geländemodelle, Virtual Reality Modelle von Gebäuden usw. Diese liegen jedoch in unterschiedlichen Formaten vor oder sind verschieden georeferenziert. Die zunehmend automatisierte großflächige Erfassung von 3D-Stadtmodellen liefert Datenbestände für den Aufbau von echten 3D-Geoinformationssystemen. Flächendeckend sind jedoch meist nur 2D-Geodaten vorhanden. Daher besteht verstärkt die Notwendigkeit, 2D- und 3D-Geodaten zu integrieren und für eine gemeinsame 3Dvisualisierung zu nutzen. Die vorliegende Arbeit zeigt Konzepte und Methoden der Integration sowohl von Objekten als auch von Digitalen Geländemodellen (DGM) auf. Als Anwendung wird ein Virtual Reality Server beschrieben, der als Java-Paket realisiert wurde und der aus heterogenen Geodatenquellen eine gemeinsame 3D-Visualisierung generiert, die über das Internet zugänglich ist. Als Datenkomponente wurde ein eigenes Modell entwickelt, das mit multidimensionalen, hybriden (aus Geodatenservern, VRML u.a. entnommenen) Geodaten umgehen kann und das mehrere Levels-of-Detail unterstützt. Das DGM wird in Form mehrerer Punktmengen in einer räumlichen Datenbank gespeichert und bei Anfragen dynamisch erzeugt, indem die Auflösung an den Standort des Benutzers angepasst wird. Ein Schwerpunkt liegt auf der Verschneidung von Geodaten. Es werden zwei verschiedene Ansätze vorgestellt. Bei der bevorzugten automatischen Verschneidung werden die Geodaten allein anhand ihrer räumlichen Beziehungen zueinander zusammengeführt. Um 2D-Geometrien in 3D-Szenen einzubinden, werden diese auf das DGM gelegt und evtl. extrudiert. Auf diese Weise werden z.B. aus Gebäudegrundrissen Blockmodelle erstellt und gemeinsam mit echten 3D-Modellen visualisiert. Die Visualisierung erfolgt objekttypenspezifisch. So können z.B. Bäume als Punkte gespeichert und bei der Generierung von 3D-Szenen durch komplexere Objekte ersetzt werden oder Fassaden und Dächer von Gebäuden unterschiedlich eingefärbt werden. Als Anwendungsfall wurde die Visualisierung von virtuellen Stadttouren gewählt. Ein Benutzer kann sich über das Internet mit dem System in Verbindung setzen und dieses zur Generierung von passenden 3D-Szenen veranlassen. Die räumliche Datenauswahl orientiert sich dabei nach dem von einer anderen Komponente berechneten Tourenverlauf. Der Benutzer wird daraufhin durch ein teilweise texturiertes virtuelles