3D-Modellierung mit den offenen Standards des OGC und der ISO Dr. Gerhard Gröger groeger@ikg.uni-bonn.de Institut für Kartographie und Geoinformation Universität Bonn

Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002 Fragestellungen Welche offenen Standards gibt es im 3D-Bereich? offen = herstellerunabhängig Welche Eigenschaften haben sie? Inwieweit unterstützen sie die 3D-Konzepte Boundary Represenation (BRep) und Constructive Solid Geometry (CSG)? Inwieweit sind sie für Stadtmodelle geeignet? Welche Probleme treten dabei auf? Inwieweit werden TINs unterstützt? Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

GIS-Standards: Organisationen ISO - International Organization for Standardization offizielle Standardisierungsorganisation in Deutschland durch DIN vertreten GIS-Bereich: Arbeitsgruppe (TC) 211 OGC - Open GIS Consortium internationales privates Konsortium von GIS-Herstellern, Behörden und Universitäten herstellerübergreifend Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002 Wozu Standards? GIS A Modell A GIS B Modell B Datenaustausch Internet, Intranet reibungsloser Datenaustausch erfordert: gemeinsames Modell C des Raumes (abstraktes Geometriemodell, z.B. Simple Features) gemeinsamen Dienst (Umsetzung des Modells) (z.B. XML/GML) Modell C Dienst Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Geometriemodelle und Dienste (OGC) Spatial Schema (ISO) 2D + 3D reichhaltige Geometrie Topologie Datenaustausch im WWW: ISO-XML Datenaustausch im WWW: GML 3 (OGC) Feature Geometry (OGC) ähnlich zu ISO „Simple Features“ (OGC) nur 2D einfache Geometrie keine Topologie Anfragen an Datenbanken: SQL (OGC) (ISO) Datenaustausch im WWW: GML 2 (OGC) (ISO) ISO und OGC: Harmonisierung gemeinsames 3D-Geometriemodell Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

ISO 19107 „Spatial Schema“: Allgemeines Modellierung der Geometrie und Topologie raumbezogener Objekte (Features) als Standard verabschiedet u. A. Verwendung bei ALKIS (eingeschränkt auf 2D) keine Angaben über Visualisierung von Geodaten Zusammenspiel mit anderen ISO-Normen Koordinaten, Referenzsysteme (ISO 19111) Objektbildung (ISO 19109) Zeit, Versionen (ISO 19108) Qualität, Genauigkeit (ISO 19113) Metadaten (ISO 19115) ..... http://www.opengis.org/techno/abstract/01-101.pdf Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Spatial Schema: 3D-Konzepte basiert auf Konzept der Boundary Representation (BRep) Constructive Solid Geometry (CSG) wird nicht unterstützt DGM (TINS) werden unterstützt Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Spatial Schema: Boundary Representation Volumenkörper („Solids“) geschlossen begrenzt von beliebig vielen Flächen, die benachbart sind Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Spatial Schema: Boundary Representation Volumenkörper („Solids“) geschlossen begrenzt von beliebig vielen Flächen, die benachbart sind Explizite Speicherung der Nachbarschaft zwischen Flächen und Linien möglich sichert zu, dass keine Lücken entstehen „topologisches Modell“ Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Flächen als Begrenzung von Solids Polygon (koplanar) (ALKIS) Zylinderfläche Dreieck (Teil eines TIN) Kegelfläche Sphäre BSpline-Fläche Bikubisches Grid Bilineares Grid Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Flächen: Unified Modelling Language Parametrisierte Fläche Polygon Dreieck Kegelfläche Zylinderfläche Bikubisches Grid BSplineFläche Sphäre Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Spatial Schema: Modellierung eines Gebäudes Objekt als Volumenkörper, geschlossen („reines“ BRep) Objekt als Aggregation von Flächen (Außenwand und Dach), nicht geschlossen (geht über BRep hinaus) Wandmodelle Ermöglicht Modellierung von Dachüberständen Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Modellierung von Fenstern und Türen Volumenmodell: Fenster/Türen als Aussparungen zerstören Geschlossenheit Lösung: Fenster/Türen als eigenständige Flächenobjekte Fenster-/Türpolygone zugleich in Gebäudebegrenzung Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Spatial Schema: Objektbildung bei Gebäudekomplexen ein Volumenkörper, keine Wand zwischen Haus und Garage (weiß) BRep Wie kann dieses Gebäude mit Garage modelliert werden? Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Spatial Schema: Objektbildung bei Gebäudekomplexen ein Volumenkörper, keine Wand zwischen Haus und Garage (weiß) BRep zwei Volumenkörper (rot und blau), die zu einem „Aggregat“ zusammengefasst werden geht über BRep hinaus Wie kann dieses Gebäude mit Garage modelliert werden? Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002 Konsistenzprobleme Aggregation zweier Volumenkörper (rot und blau) Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002 Konsistenzprobleme Aggregation zweier Volumenkörper (rot und blau) Problem: Durchdringung beider Volumenkörper Inkonsistenz z.B. Fehler bei Volumen-berechnung: Volumen des Komplexes ist ungleich der Summe der Volumina von rot und blau Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Konsistenzprobleme: Lösungsansatz Lösung: Topologie grüne Fläche nur einmal vorhanden grüne Fläche sowohl Begrenzung des Hauses als auch der Garage Aufspaltung der Hauswand in grüne und gelbe Fläche Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Digitale Geländemodelle (TINs) Constrained Delaunay Triangulation Breaklines: Geländekanten oder Grenzen künstlicher Objekte Objektbildung durch Aggregation von Dreiecken möglich erlaubt die Integration von Gebäuden und dem TIN Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002

Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002 Resümee Spatial Schema: gemeinsamer 3D-Standard von ISO und OGC geeignet für Stadtmodelle und DGM reichhaltige Geometrie: gekrümmte Flächen, BSplineflächen, ... viele Freiheiten man kann fehleranfällig modellieren Möglichkeit der Konsistenzwahrung durch Topologie Gerhard Gröger - Offene 3D-Standards SIG 3D 25.6.2002