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

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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

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

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

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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

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

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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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 )

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

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

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

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

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit Noch Fragen??? Michael Homoet

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 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)

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