GEOINFORMATION IV Echtzeitvisualisierung: Level – Of – Detail Seminarbeitrag von: Michael Homoet.

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1 GEOINFORMATION IV Echtzeitvisualisierung: Level – Of – Detail Seminarbeitrag von: Michael Homoet

2 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 2 Gliederung Visualisierung von 3D – Stadtmodellen Level – Of – Detail Modellierung –Nach Schilcher und Roschlaub –Nach Bartel und Köninger Feature preserving Simplification –Q–Slim–Algorithmus Beispiele ________________

3 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 3 Visualisierung von 3D Stadtmodellen 3-dimensionales Modell einer Stadt, von Stadtteilen oder einzelner Gebäude mit geod. Koordinatenbezug Repräsentation aller relevanten und feststehenden Objekte im Computer Ziele: - Originalgetreue Darstellung –Photorealismus –Darstellung von Planungsvarianten –(inter)aktive Begehbarkeit des Modells

4 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 4 Motivation Konflikt zwischen möglichst realistischer Darstellung und einer guten echtzeitfähigen Präsentation je detaillierter die Daten dargestellt werden, um so größer wird der Rechenaufwand die Darstellung läuft nicht mehr flüssig die Übertragung ins Web bereitet Probleme (Bandbreite)  Lösung: Level–Of–Detail–Modellierung

5 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 5 Level of Detail Als Level of Detail (LoD) wird der unterschiedliche Detaillierungsgrad eines Modelles oder Objekts beschrieben Modellierungsmöglichkeiten: 1.Modelle unterschiedlicher Granularität / Auflösung (statisch) 2.Modelle mit variabler Darstellungskomplexität

6 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 6 LoD Hierarchie Die Statische Variante kann man grob in 3 Klassen einteilen: 1.LoD 1: Blockmodell 2.LoD 2: erw. Blockmodell 3.LoD 3: Detailmodell

7 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 7 LoD 1: Blockmodell Klötzchenmodell Grundriß Gebäudehöhe Straßen keine Dachform  Hüllenkörper für Gebäudedarstellung  Straßen ohne jegliche Ausschmückung  Anwendung: flächendeckend

8 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 8

9 9 LoD 2 : Erweitertes Blockmodell realitätsähnliche Gebäude Firstlinien einfache Fassadentextur Vegetation  Generalisierte Dächer und Hausfassaden  Straßen mit Markierungen und Grünflächen  Anwendung: Stadtteil(e)

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11 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 11 LoD 3: Detailmodell realitätsnahe Gebäude Phototextur Dachstruktur Straßenmöblierung detaillierte Vegetation  Darstellung aller wichtigen geometrischen und radiometrische Eigenschaften  Anwendung: Einzelprojekt(e)

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13 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 13 Zum Überblick

14 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 14 Warum das nicht reicht! Bei der interaktiven Visualisierung werden oft mehrere Detailstufen im selben Modell verwendet Hierzu werden die Objekte in verschiedenen Auflösungen abgespeichert und nach verschiedene Kriterien eingesetzt Erwünscht ist eine einfache Methode aus komplexen Modellen einfachere zu generieren  Möglichkeit: Feature preserving Simplification

15 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 15 Kriterien zur Auswahl der Auflösung einzelner Objekte Pixel Area: die Anzahl der Pixel die ein Objekt bedeckt Distance to objekt: je näher man am Objekt ist – desto detaillierter die Auflösung Dependence on visual angle: Blickwinkel zum Objekt charakterisiert den Detailgrad Explicite choice: Explizite Auswahl – von Objekt zu Objekt unterschiedlich

16 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 16 Grundlagen zur Vereinfachung Objekte werden oft mittels TIN dargestellt Ausdünnung erfolgt in den meisten Fällen durch: 1.Knotenverschmelzung 2.Kantenverschmelzung

17 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 17 Kantenverschmelzung 1.Auswählen der zu löschenden Kante 2.Neue Position der Punkte bestimmen und diese entsprechend bewegen 3.Alle adjazenten Kanten ändern

18 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 18 Knotenverschmelzung 1.Auswählen eines Punktpaares 2.Punkte auf der Verbindungslinie zum neuen Punkt bewegen 3.Kanten entsprechend ändern Knotenverschmelzung deshalb weil die Punkte nicht verbunden sind

19 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 19 Feature preserving Simplification modifizierter Q-Slim-Algorithmus dient zur Generalisierung der Objekte Modifizierung: Ergänzung der Knoten v ent- sprechend der Priorität Unterschied zu den anderen Algorithmen: Es werden nicht nur Geometrische und Oberflächeneigenschaften, sonder auch Spezifische objektbedeutende Details zur Generalisierung herangezogen  Offen bleibt hier die Frage: Wer wie entscheidet was von Bedeutung ist? v=(v x,v y,v z )v=(v x,v y,v z,v D )

20 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 20 Ablauf der Modifizierung 1.Initialisierung aller Ecken mit v D =0 2.Jede signifikante Ecke bekommt einen Prioritätsfaktor v D >0 zugewiesen  Detailwichtige Punkte bekommen ein hohes Gewicht  werden also erst spät verschmolzen  Ecke kann als Vektor behandelt werden

21 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 21 Q-Slim Algorithmus Input: TIN Output: generalisiertes TIN Algorithmus benutzt: 1.Pair Contractions 2.Error Quadrics

22 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 22 Q-Slim Algorithmus Iterative Prozedur: 1.Initialisieren der Q Matrix Symetrische Matrix aus den Normalen auf den Dreiecken 2.Mögliche Paare (v 1,v 2 ) auswählen 3.Optimale Verschmelzungsstellen der Punkte und ihrer Fehler berechnen 4.Nach und nach die Punktpaare mit den kleinsten Fehlerwerten zusammenfügen und die anderen Paare aktualisieren

23 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 23 Q-Slim: Feature preserving Simplification Gewinn durch die Modifizierung

24 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 24 Bei der Modellierung bleiben wichtige Details erhalten!

25 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 25 Eine kurze Animation © Chr. Averdung u. M. Ellsiepen

26 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit Noch Fragen??? Michael Homoet michael@homoet.de

27 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 27 Literatur BARTEL, S., BILL, R., BOYTSCHEFF, C., KÖNINGER, A., 1997: Datenfusion zur Erstellung realitätsnaher 3D- Geoinformationssysteme für städtebauliche Planungen, - Zeitschrift für Photogrammetrie und Fernerkundung (ZPF) Köninger, A. und Bartel, S.: 3D-GIS für urban planning – object hierachy, mehods and interactivity Coors, V.: Feature-preserving Simplifivation in Web- based 3D-GIS

28 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 28 Literatur Coors, V. und Flick, S.: Integrating Level of Detail in a Web-based 3D-GIS Ranzinger, M. und Gleixner G.: Digitale 3D- Stadtmodelle für Planung und Präsentation Schilcher, M. und Roschlaub, R. und Guo, Z.: Vom 2D- GIS zum 3D-Stadtmodell durch Kombination von GIS-, CAD- und Animationstechniken (ACS - Fachtagung Geoinformationssyteme, 14. November 1998, Frankfurt a. Main)

29 Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 29 Fehler Ellipsen Je größer die Ellipse, desto mehr würde die Verschmelzung auffallen