geoinformation iv echtzeitvisualisierung: level – of – detail seminarbeitrag von: michael homoet

GEOINFORMATION IV

Echtzeitvisualisierung:Level – Of – Detail

Seminarbeitrag von: Michael Homoet

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


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


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


LoD Hierarchie

Die Statische Variante kann man grob in 3 Klassen einteilen:

1. LoD 1: Blockmodell2. LoD 2: erw. Blockmodell3. LoD 3: Detailmodell


LoD 1: Blockmodell

Klötzchenmodell

• Grundriß

• Gebäudehöhe

• Straßen

• keine Dachform

Hüllenkörper für Gebäudedarstellung

Straßen ohne jegliche Ausschmückung

Anwendung: flächendeckend


LoD 2: Erweitertes Blockmodell

realitätsähnliche Gebäude

• Firstlinien

• einfache Fassadentextur

• Vegetation

Generalisierte Dächer und Hausfassaden

Straßen mit Markierungen und Grünflächen

Anwendung: Stadtteil(e)


LoD 3: Detailmodell

realitätsnahe Gebäude

• Phototextur

• Dachstruktur

• Straßenmöblierung

• detaillierte Vegetation

Darstellung aller wichtigen geometrischen und radiometrische Eigenschaften

Anwendung: Einzelprojekt(e)


Zum Überblick


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


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


Grundlagen zur Vereinfachung

• Objekte werden oft mittels TIN dargestellt

• Ausdünnung erfolgt in den meisten Fällen durch:

1. Knotenverschmelzung2. Kantenverschmelzung


Kantenverschmelzung

1. Auswählen der zu löschenden Kante2. Neue Position der Punkte bestimmen und

diese entsprechend bewegen3. Alle adjazenten Kanten ändern


Knotenverschmelzung

1. Auswählen eines Punktpaares2. Punkte auf der Verbindungslinie zum

neuen Punkt bewegen3. Kanten entsprechend ändern

Knotenverschmelzung deshalb weil die Punkte

nicht verbunden sind


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)


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


Q-Slim Algorithmus

Input: TINOutput: generalisiertes TIN

Algorithmus benutzt:1. Pair Contractions2. Error Quadrics


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


Q-Slim:

Feature preserving Simplification

Gewinn durch die Modifizierung


Bei der Modellierung

bleiben wichtige Details

erhalten!

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit

Noch Fragen???

Michael Homoet

[email protected]

mailto:[email protected]


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


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)


Fehler EllipsenJe größer die

Ellipse, desto mehr würde die

Verschmelzung auffallen

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