CityGML für die 3D-Navigation Thomas H. Kolbe i.V. Alexandra Stadler Institut für Geodäsie und Geoinformation Technische Universität Berlin 20.09.2007

Aktuelle Entwicklungsrichtung Zunehmende Virtualisierung unserer Umwelt Semantische Modelle aller relevanten Objekte des städtischen Raumes Objekte können verschiedene räumliche Repräsentationen haben Raumbezug stellt das entscheidende Bindeglied zwischen verschiedenen Fachdisziplinen dar, da alle sich auf den selben physikalischen Raum beziehen Initiativen Inspire EuroSDR 20.09.2007

Standards sind der Schlüssel zur Integration von (3D-Geo)Daten unterschiedlicher Datenquellen Applikation Datenquelle A Datenquelle B 20.09.2007

Was ist CityGML? Technisches Modelliert alle wesentlichen Bestandteile einer virtuellen Stadt in ihrer Semantik, Geometrie, Topologie und Erscheinung GML-Anwendungsschema, XML-basiert Datenmodell und Austauschformat für virtuelle 3D Stadtmodelle Geschichtliches Entwickelt in der SIG3D NRW unter Federführung von Prof. Thomas Kolbe (IGG TU Berlin) Dr. Gerhard Gröger (IGG Uni Bonn) Auf dem Weg zum internationalen Standard des Open Geospatial Consortium (OGC) 20.09.2007

Beziehung zwischen Semantik und Geometrie … Semantisches Objekt z.B.: Gebäude Zugehörige Geometrie z.B.: Solid * * Explizite Beziehung zwischen semantischen Objekten und deren geometrischen Repräsentationen 20.09.2007

Gegenüberstellung: Semantik - Geometrie Am Beispiel eines Ausschnitts des CityGML-Gebäudemodells Semantik Geometrie 20.09.2007

KML vs. CityGML KML: Keine Semantik, nur (unstrukturierte) Geometrie CityGML: Komplexe Objekte mit strukturierter Geometrie Semantik Geometrie 20.09.2007

„Greifbarkeit“ der Semantik Geometrie weiß WAS sie WANN und WIE ist Semantik weiß WO sie ist und welche Ausmaße sie hat 20.09.2007

Modellierung in mehreren Maßstabsbereichen 20.09.2007

LOD4: Innenräume Über die Objekt-TOPOLOGIE können Erreichbarkeitsgraphen abgeleitet werden 20.09.2007

Was beinhaltet CityGML sonst noch? Gebäude Wasserflächen Vegetation Verkehrsflächen Straßenmöbel Landnutzung 20.09.2007

Spezifikation der Verkehrsflächen Für jedes Segment: Wozu, z.B.: Fahrbahn Woraus, z.B.: Asphalt Benutzung, z.B.: Auto … 20.09.2007

CityGML-Modell der Verkehrsflächen 20.09.2007

Was leistet das Modell der Verkehrsflächen? LOD0: Netzwerk  Routenberechnungen LOD1-4: explizite (flächenhafte) Geometrie  Hochwertige Darstellung 20.09.2007

Was beinhaltet CityGML sonst noch? Gebäude Wasserflächen Vegetation Verkehrsflächen Straßenmöbel Landnutzung 20.09.2007

Straßenmöbel 20.09.2007

Application Domain Extensions (ADE) = spezifische Anwendungsschemata (z.B.: Lärm) Erweiterung des existierenden CityGML-Schemas um: Zusätzliche Klassen Zusätzliche Attribute Zusätzliche Relationen Designentscheidungen: Muss valides CityGML bleiben Achtung: „pure" CityGML-Reader überlesen ADE (unbekannter Namensraum) Fixes XML-Anwendungsschema für jede spezifische Anwendung Kann zum Validieren der XML-Files verwendet werden 20.09.2007

Appearance (Erscheinung) Explizite Texturkoordinaten Georeferenzierte Texturen Projektive Texturen Material Mehrere Erscheinungsformen pro Objekt (~Thematik) 20.09.2007

Externe Referenzen Objekte können Verweise auf korrespondierende Abbildungen in externen Datenquellen besitzen, z.B.: Gebäude: Link zum Kataster, Info über Eigentümer Tür: Link zu Facility Management Systemen Antenne: Link zu Telekommunikationsdatenbanken 20.09.2007

Städte, die auf CityGML vertrauen… 3D-Stadtmodelle, die auf CityGML basieren Berlin Dresden Stuttgart Bonn Köln Frankfurt/Main … Ganz NRW in LOD1 Geplant für Karlsruhe 20.09.2007

Implementierung Wahrnehmung von CityGML hat im letzten Jahr international stark zugenommen (insbes. in den USA) Gespräche mit Web 3D Consortium, CTO GoogleEarth, International Alliance for Interoperability (IFC-Standard) Auswahl an Implementierungen Oracle 11G Spatial Bentley Microstation, Onuma Planning System (CAAD) Snowflake Software, lat/lon (Web Feature Service) CPA SupportGIS (3D GIS-System) Feature Manipulation Engine (FME) T-Mobile Rheinmetall © T-Mobile © Rheinmetall Defence Electronics 20.09.2007

Viewer LandXPlorer (C++) Aristoteles 3D-Viewer (Java) 3D Geo, Potsdam IGG, Uni Bonn CityGML-Unterstützung für LandXplorer Donnerstag, 9. Juni 2005 CityGML – Ein Weg zu interoperablen virtuellen 3D-Stadtmodellen Das Hasso-Plattner-Institut an der Universität Potsdam stellte am 10. Juni 2005 die erste Implementierung eines 3D-Autorensystems für virtuelle 3D-Städte auf der Basis von CityGML vor. CityGML beruht auf GML3, der Geographic Markup Language, und wurde durch eine Vielzahl von neuen Konstrukten zur Spezifikation virtueller Stadtmodelle erweitert. CityGML ist derzeit im Diskussionsprozess des Open Geospatial Consortiums (OGC) und gilt als ein richtungsweisender Standard für interoperable virtuelle Stadtmodelle. Insbesondere behebt CityGML nachhaltig den Mangel an einer einheitlichen und semantisch fundierten Spezifikationssprache für 3D-Geoinformationen. CityGML wird im Kontext mit der Special Interest Group 3D der Geodateninfrastruktur Nordrhein-Westfalen unter Beteiligung der Fachgruppe 3D-Stadtmodelle des Verbandes der Geoinformationswirtschaft Berlin/Brandenburg GEOkomm entwickelt. Das vom Hasso-Plattner-Institut in Kooperation mit der 3D Geo GmbH, einem Spin-Off des HPI, entwickelte Autorensystem für Geoinformationen "LandXplorer" wurde durch Import- und Exportfunktionen für CityGML erweitert. Der frei verfügbare LandXplorer-CityGML Viewer überführt CityGML-Modelle in eine effiziente, interne 3D-Graphik-Struktur, bietet Operationen und Funktionen auf diesen Modellen an und unterstützt die Transformation von anderen Geodaten- und Geometrie-Formaten von und nach CityGML. Die im Rahmen der Grundlagenforschung am HPI entwickelten Level-of-Detail-Algorithmen für komplexe geometrische Modelle und Texturen erlauben es so, selbst großräumige virtuelle Stadtmodelle in Echtzeit interaktiv zu nutzen. Ein erstes Konzept für Geospatial Digital Rights Management ermöglicht mit LandXplorer zudem die kontrollierte Weitergabe von CityGML-Modellen über verschiedene Medien. Der CityGML-Viewer und Beispiele virtueller Stadtmodelle können kostenlos vom Web-Site der 3D Geo GmbH (www.3dgeo.de) heruntergeladen werden (siehe Link). Nähere Informationen zu CityGML finden sich unter www.citygml.org. Ansprechpartner für weitergehende Informationen ist das Fachgebiet Computergrafische Systeme des HPI, Prof. Dr. Jürgen Döllner (www.hpi.uni-potsdam.de/~doellner). 20.09.2007

Umwandlung… CityGML  FME (con terra) IFC  CityGML (Forschungszentrum Karlsruhe) 29.05.2007 CityGML- und NoiseADE-PlugIn für FME ab sofort erhältlich Mit den neuen FME-PlugIns der con terra GmbH lassen sich CityGML- und NoiseADE-Daten bearbeiten, ergänzen und qualitätsgesichert in beliebige Zielformate ausgeben.   CityGML ist ein auf der Geographic Markup Language (GML) beruhendes standardisiertes und interoperables Austauschformat für 3D-Stadtmodelle. Das von der con terra GmbH entwickelte CityGML-PlugIn für FME ist als Reader ab sofort erhältlich. Das entsprechende CityGML-Writer-PlugIn folgt in der zweiten Jahreshälfte 2007. Das neue PlugIn für FME basiert auf dem aktuellen CityGML-Schema.   Zudem ist ein zweites, auf dem CityGML-Reader basierendes NoiseADE-PlugIn verfügbar, welches alle für Lärmkartierungen relevanten Zusatzinformationen beinhaltet. Application Domain Extensions (ADE) sind Erweiterungen des CityGML-Schemas. Mit Hilfe einer ADE ist es möglich, das CityGML-Format mit zusätzlichen, fachspezifischen Informationen anzureichern.   Die Entwicklung der Reader- und Writer-PlugIns erfolgt in Abstimmung mit dem Institut für Kartographie und Geoinformation der Uni Bonn und dem Institut für Geodäsie und Geoinformationstechnik der TU Berlin. Mit Hilfe der neuen PlugIns können CityGML-Daten und NoiseADE-Daten vollständig in das neutrale FME-Feature-Format übernommen, bearbeitet, ergänzt, qualitätsgesichert und in beliebige Zielformate ausgegeben werden.   Vorgestellt werden die PlugIns u.a. auf dem nächsten FME-Anwendertreffen (www.fme-anwendertreffen.de) am 17. und 18. September 2007 in Münster.   Weitere Details sowie Informationen zur Bestellmöglichkeit erhalten Sie unter 0251.7474-0, bzw. conterra@conterra.de. _________________________________________________________ CityGML The unique schema translation capabilities of GO Publisher makes it an excellent choice for created and publishing CityGML from any given relational database model. GO Publisher Desktop's easy to use point and click functionality means users can be up and running with creating CityGML in no time at all and without the need for software scripts or technical development. Since the desktop version sits at the heart of the GO Publisher product suite, the same translation engine can then be used to enable client access over the web via GO Publisher's Web Feature Server : Benefits of GO Publisher for CityGML Extract and translate data from all mainstream database solutions No need for data migration - Generate CityGML from any existing relational database model. Easy-to-use point and click functionality No need for scripting or technical development One time translation – two delivery options (Desktop and WFS) Image showing Ettenheim CityGML served from GO Publisher WFS. Click image for a larger screen shot. Testbed for CAD/GIS/BIM As a member of the Open Geospatial Consortium (OGC), Snowflake recently participated in the OWS4 CAD/GIS/BIM Testbed - 'Integrating AEC Workflows with OGC Open Web Services' GO Publisher was selected to provide on-the-fly translation of data from Oracle to the CityGML schema. Working with select members of the Open Geospatial Consortium, the group was able to reconstruct a real-life emergency operation where spatial analysis of building content was essential for the successful evacuation of the building. Special Interest Group 3D Snowflake Software is also an active member of the Special Interest Group 3D (SIG 3D) . Founded in 2002 on the initiative of Geodata Infrastructure North-Rhine Westphalia (GDI NRW) in Germany , the group develops and furthers technology enhancements for interoperable 3D models and geovisualization. The work of the SIG 3D is now being discussed in the Open Geospatial Consortium with the view to making CityGML an OGC standard. About CityGML CityGML is a common information model for the representation of 3D urban objects. Further information on CityGML, its background and future plans can be found on the CityGML homepage . 20.09.2007

Anwendungsbeispiel 1: Lärmkartierung CityGML bildet die Grundlage für die Berechnung der Lärmimmissionskarten in Nordrhein-Westfalen Hintergrund: EU-Richtlinie zur Minderung von Umgebungslärm Kooperationsprojekt von TU Berlin, Uni Bonn, Land NRW und Firmen Bereitstellung und Austausch aller Daten ausschließlich über CityGML und entsprechende Web Services (WFS, WCS, WMS): 8,4 Millionen 3D-Gebäude in LOD1 3D-Straßennetz NRW in LOD0 (auf Basis von OKSTRA, ATKIS & DGM5), Erweiterung um lärmsimulationsrelevante Eigenschaften 3D-Schienennetz NRW in LOD0 (auf Basis von ATKIS, DGM5) 3D-Schallschirme in LOD1 DGM5 (Verwendung im 10m Raster) 20.09.2007

Anwendungsbeispiel 1: Lärmkartierung Lärmausbreitungssimulation 3D-Geodaten in CityGML für die Berechnung der Lärmimmisionskarte Lärmimmissionskarten für die Meldung an die EU (über WMS-Dienst) 20.09.2007

Anwendungsbeispiel 2: Homeland Security Testbed OWS-4 des Open Geospatial Consortiums Laufzeit 6/2006-12/2006 Szenario: Explosion einer „Dirty Bomb“ im Hafen von New York Aufgabe: Unterstützung des Planungsstabes bei der Einrichtung eines Notfallkrankenhauses Finden eines geeigneten Ortes Identifikation eines geeigneten Gebäudes (Gesamtgröße, Maße der Räume, Klimatisierung für Dekontamination usw.) Thematische Abfragen & visuelle Inspektion Kopplung verschiedener Web Services und Client-Anwendungen, Datenformate: CityGML und IFC 20.09.2007

Anwendungsbeispiel 2: Homeland Security http://www.opengeospatial.org/pub/www/ows4/index.html 20.09.2007

OGC-Netzwerk: Kommentar zu CityGML http://www.ogcnetwork.net/ 20.09.2007

Fazit: Nutzen für die 3D-Navigation Gebäudemodell inkl. Innenraummodellierung Adressierung Modellierung der Verkehrsflächen und Straßenmöbel Beschriftung aus Semantik Vorhandene Daten Beidseitiges Austauschformat 20.09.2007

Was denken SIE darüber? Danke… Eins würd‘ uns noch brennend interessieren: Was denken SIE darüber? KONTAKT Prof. Dr. Thomas H. Kolbe, Alexandra Stadler { kolbe | stadler } @ igg.tu-berlin.de Institut für Geodäsie und Geoinformation Technische Universität Berlin 20.09.2007

Feedback Schnittstelle zu GDF? Kann für Navigation nur Austauschformat sein (Dateigröße) Quasi-Standard und größtes Know-How war Grund für Frankfurt Gleichgewicht zwischen Geometrie und Semantik? Nicht proprietär, nicht nur Visualisierung 20.09.2007