geoinformation iv echtzeitvisualisierung: level – of – detail seminarbeitrag von: michael homoet
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GEOINFORMATION IV
Echtzeitvisualisierung:Level – Of – Detail
Seminarbeitrag von: Michael Homoet
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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
________________
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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
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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
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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
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LoD Hierarchie
Die Statische Variante kann man grob in 3 Klassen einteilen:
1. LoD 1: Blockmodell2. LoD 2: erw. Blockmodell3. LoD 3: Detailmodell
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LoD 1: Blockmodell
Klötzchenmodell
• Grundriß
• Gebäudehöhe
• Straßen
• keine Dachform
Hüllenkörper für Gebäudedarstellung
Straßen ohne jegliche Ausschmückung
Anwendung: flächendeckend
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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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LoD 3: Detailmodell
realitätsnahe Gebäude
• Phototextur
• Dachstruktur
• Straßenmöblierung
• detaillierte Vegetation
Darstellung aller wichtigen geometrischen und radiometrische Eigenschaften
Anwendung: Einzelprojekt(e)
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Zum Überblick
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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
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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
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Grundlagen zur Vereinfachung
• Objekte werden oft mittels TIN dargestellt
• Ausdünnung erfolgt in den meisten Fällen durch:
1. Knotenverschmelzung2. Kantenverschmelzung
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Kantenverschmelzung
1. Auswählen der zu löschenden Kante2. Neue Position der Punkte bestimmen und
diese entsprechend bewegen3. Alle adjazenten Kanten ändern
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Knotenverschmelzung
1. Auswählen eines Punktpaares2. Punkte auf der Verbindungslinie zum
neuen Punkt bewegen3. Kanten entsprechend ändern
Knotenverschmelzung deshalb weil die Punkte
nicht verbunden sind
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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=(vx,vy,vz)v=(vx,vy,vz,vD)
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Ablauf der Modifizierung
1. Initialisierung aller Ecken mit vD=0
2. Jede signifikante Ecke bekommt einen Prioritätsfaktor vD>0 zugewiesen
Detailwichtige Punkte bekommen ein hohes Gewicht
werden also erst spät verschmolzen Ecke kann als Vektor behandelt werden
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Q-Slim Algorithmus
Input: TINOutput: generalisiertes TIN
Algorithmus benutzt:1. Pair Contractions2. Error Quadrics
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Q-Slim Algorithmus
Iterative Prozedur:1. Initialisieren der Q Matrix
Symetrische Matrix aus den Normalen auf den Dreiecken
],,,[ dnnnp
ppQ
ZYX
T
2. Mögliche Paare (v1,v2) auswählen3. Optimale Verschmelzungsstellen
der Punkte und ihrer Fehler berechnen
4. Nach und nach die Punktpaare mit den kleinsten Fehlerwerten zusammenfügen und die anderen Paare aktualisieren
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Q-Slim:
Feature preserving Simplification
Gewinn durch die Modifizierung
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Bei der Modellierung
bleiben wichtige Details
erhalten!
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Eine kurze Animation
© Chr. Averdung u. M. Ellsiepen
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Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit
Noch Fragen???
Michael Homoet
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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 interactivityCoors, V.: Feature-preserving Simplifivation in Web-based 3D-GIS
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Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 28
Literatur
Coors, V. und Flick, S.: Integrating Level of Detail in a Web-based 3D-GISRanzinger, M. und Gleixner G.: Digitale 3D-Stadtmodelle für Planung und PräsentationSchilcher, 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)
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Fehler EllipsenJe größer die
Ellipse, desto mehr würde die
Verschmelzung auffallen