Seminarvortrag Möglichkeiten zur dreidimensionalen Darstellung von Straßenoberflächen Matthias Baumgarten

Inhalt ● Das Forschungsprojekt LIDAK – LIDAK – Motivation dieser Arbeit ● 3D Grafiken in Anwendungssoftware ● WPF 3D – Grundlagen – Implementierung ● Fazit und Ausblick

Das Forschungsprojekt LIDAK ● Leise innovative Deckschicht auf Kunststoffbasis ● Beteiligte Institute der RWTH Aachen – Institut für Straßenwesen, Erd- und Tunnelbau – Institut für Technische Akustik – Institut für Angewandte Mechanik – Institut für Textiltechnik ● Sowie weiter: – Limburger Lackfabrik GmbH – Und in beratender Tätigkeit Prof. Uwe Beginn (Universität Osnabrück) ● Das Projekt wird von der Bundesanstalt für Straßenwesen gefördert

Motivation dieser Arbeit ● Status Quo – Das existierende Programm ● Warum 3D? – Anschaulichkeit – Übersicht

3D Grafiken in Anwendungssoftware ● OpenGL ● DirectX Graphics ● WPF 3D

OpenGL ● Version 4.3 (06. August 2012) ● Plattform- und programmiersprachenunabhängige Spezifikation zur Entwicklung von 2D und 3D Grafiken ● Sehr Leistungsfähig aufgrund seiner Nähe zur Hardware

DirectX Graphics ● Version 11.1 (26. Oktober 2012) ● Für die Windows Plattform gemacht (Es existieren freie Implementierungen, beispielsweise für Wine unter Linux) ● Direkter Zugriff auf Hardware mittels Hardware Abstraction Layer (HAL) ● Ähnlich leistungsfähig wie OpenGL

OpenGL ● Version 4.3 (06. August 2012) ● Plattform- und programmiersprachenunabhängige Spezifikation zur Entwicklung von 2D und 3D Grafiken ● Sehr Leistungsfähig aufgrund seiner Nähe zur Hardware

WPF 3D ● 3D graphics API of the Windows Presentation Foundation ● Version 4.5 (15. August 2012) ● Nutzt intern DirectX Graphics ● Wird benutzt, um 3D Steuerelemente in WPF zu erzeugen oder komplexe Daten darzustellen ● Verglichen mit OpenGL und DirectX eine High-Level-API

Vergleich ● Der Zweck aus dem WPF 3D gemacht wurde entspricht ziemlich genau der Anforderung, die durch das LIDAK Projekt gegeben ist. ● Einfache Implementierung. ● Kann in übliche WPF Anwendungen eingebunden werden.

WPF 3D ● WPF 3D ist Bestandteil der Windows Presentation Foundation (WPF) ● WPF selbst ist wiederum Teil des.NET Frameworks von Microsoft ● WPF trennt Programmlogik (C#, Visual Basic) von Oberflächendesign (XAML)

WPF 3D ● Zentrales Objekt: Oberflächen ● 3 Punkte → minimale Oberfläche <MeshGeometry3D Positions="0 0 0, 1 0 0, 0 1 0" TriangleIndices="0 1 2" />

WPF 3D ● Beleuchtung ● AmbientLight vs. DirectionalLight VS.

WPF 3D ● Kamera Perspektive ● PerspectiveCamera vs. OrthographicCamera VS.

WPF 3D ● Besonderheiten bei der Implementierung ● TriangleIndices und Positions VS.

WPF 3D ● C# PerspectiveCamera camera; Point3D camera_position; Vector3D camera_lookdir, camera_up; // initialise camera = new PerspectiveCamera(); camera_position = new Point3D(-1, 2, 2); camera_lookdir = new Vector3D(0.5, -0.6, -1); camera_up = new Vector3D(0, 1, 0); // set the camera camera.Position = camera_position; camera.LookDirection = camera_lookdir; camera.UpDirection = camera_up; camera.FieldOfView = 40; XAML <PerspectiveCamera Position="-1 2 2" LookDirection=" " UpDirection="0 1 0" FieldOfView="40" />

Fazit und Ausblick ● Fazit: 3D Darstellung von Straßenoberflächen mit WPF 3D gut machbar! ● In Zukunft: Algorithmus zur Erzeugung eines Punktenetzes, welches die Straßenoberfläche beschreibt. ● Darauffolgend: Erweiterungen der LIDAK Software denkbar (Profilschnitt mittels WPF 3D).