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CityGML:
interoperable, semantische 3D Stadtmodelle und
ihre Nutzung in der Navigation
Dipl.-Ing. Dirk Dörschlag
Institut für Kartographie und Geoinformation
Universität Bonn
DVW Frühjahrsveranstaltung 2006
Navigationssysteme in ~5 Jahren
3D !
© Sony Corporation
© Sony Corporation
02.06.2006
Dörschlag : CityGML : DVW Frühjahrsveranstaltung 2006
2
Virtuelle 3D-Stadtmodelle
© Fa. Conterra
© IKG, Universität Bonn
© T-Mobile
© SI, Universität Stuttgart
© Rheinmetall Defence Electronics
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© Sony Corporation
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Potjomkinsche Dörfer
•
•
•
häufig bestehen 3D Stadtmodelle
nur aus Fassadengrafiken
semantische Informationen fehlen
problematisch bei Fortführung
und Analyse
3D Model: Christian Früh, UC Berkley
3D Model: Christian Früh, UC Berkley
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CityGML
• gemeinsamer Standard zum Austausch von 3DStadtmodellen
• beruht auf offenen, internationalen Standards der ISO (Int.
Standardisierungsorganisation) und des OGC (Open
Geospatial Consortium)
– Interoperabilität, Zugriff durch Web Services
• gemeinsames semantisch-geometrisches Modell
–
–
–
–
differenzierte thematische Klassen und Attribute
Relationen (Bestandteilshierarchien)
ermöglicht multifunktionale Anwendungen
verschiedene Detaillierungsgrade (LoD)
• entwickelt von SIG 3D der GDI NRW
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SIG 3D Mitglieder (Auszug)
Kommunen
• Berlin
• Hamburg
• Köln
• Düsseldorf
• Bremen
• Essen
• Leverkusen
• Wuppertal
• Bochum
Institutionen
• Ordnance
Survey (UK)
• Landesvermessungsämter
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Firmen
• T-Mobile
• Bayer Industry
Services
• Graphisoft
• Rheinmetall
• CPA Geoinformation
• Con Terra
• GraphiX
• Inpho
• Real.IT
• CyberCity (CH)
• Nolimits (AT)
• Snowflake (UK)
Wissenschaft
• Uni Bonn
§ Institut für
Kartographie und
Geoinformation
• Uni Hamburg
• Uni Potsdam
• Uni Hannover
• Uni Dortmund
• Uni Münster
•
•
Fraunhofer-Institut für
Graph. Daten- verarb.,
Darmstadt
Forschungszentrum
Karlsruhe
6
GML: Geograpy Markup Language
• setzt die Konzepte der ISO 19xxx-er Normen (z.B. Spatial
Schema) um
• Ebene des Datenaustauschs
• beruht auf XML (Extensible Markup Language)
• XML Schema:
– Schema-Datei mit Modellierungsvorschriften (.xsd)
– Instanzendatei mit Daten (.xml)
• aktuell: Version 3.1 von GML
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Realweltobjekte (Features) in GML 3
• Anwendungsschema definiert Features
– z.B. Haus, Straße,...
• Attribute, z.B. Baujahr, Funktion,...
• Generalisierungshierarchien
– z.B. eine Autobahn ist eine Straße
• Relationen zwischen Features
– z.B. Garage gehört zu Gebäude
• Raumbezug: GeometryProperty
– z.B. Feature Gebäude hat SolidProperty
– mehrere GeometryProperties pro Feature möglich
• FeatureCollection: Menge von Features
– GML-Instanzendatei besteht aus einer FeatureCollection
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Exkurs: Modellierung von 3D-Objekten
Constructive Solid Geometry
CSG
•• Volumenprimitive
Volumenprimitive
•• Mengentheor.
Mengentheor.Operatoren
Operatoren
zur
zurKombination:
Kombination:
∪
∪∪,,∩∩,,\\
Boundary Representation
BRep
•• Angabe
Angabeder
derumschließenden
umschließenden
Begrenzungsflächen
Begrenzungsflächen
∪
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GML 3D Geometriemodell:
Boundary Representation (BRep)
• BRep ist das Geometriemodell von GML
• Volumenkörper („Solids“)
– geschlossen
– begrenzt von beliebig vielen Flächen, die benachbart sind
• Körper werden von
Flächen begrenzt
• Flächen werden von
Linien begrenzt
• Linien haben Anfangsund Endknoten
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CityGML und GML
• CityGML ist ein GML-Anwendungsschema
– Definition konkreter Features für urbane Objekte, Teilobjekte, DGMObjekte,...
• mit konkreten Attributen und Beziehungen
– Einschränkung der reichhaltigen Geometriemodellierungen von GML
auf handhabbare Menge
• Ergänzung um Texturen
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Level of Detail in CityGML
LOD 0 – Regionalmodell
• 2,5D DGM
LOD 1: Stadt- / Standortmodell
• „Klötzchenmodell“ ohne Dachstrukturen
LOD 2 – Stadt- / Standortmodell
• texturiert, differenzierte Dachstrukturen
LOD 3 – Stadt- / Standortmodell
• detaillierte Architekturmodelle
LOD 4 – Innenraummodell
• „Begehbare“ Architekturmodelle
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Geometr./semantische Dekomposition
3D-Modell: Stadt Coburg
Gebäudemerkmal
(Gaube)
Gebäudeteil
Gebäude
Gebäudeteil
Gebäude
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Gebäudefläche
(Außenwand)
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CityGML-Datensatz im Level of Detail 3
3D-Modell: Dr. Benner, Forschungszentrum Karlsruhe
Visualisierung: Aristoteles3D, IKG
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Anwendungsmodell: UML-Diagramm
<<FeatureCollection>>
CityModel
_Transportation
Object
Relief
Feature
ExternalReference
<<Feature>>
* _CityObject
_City
Furniture
_Water
Bodies
*
CityObject
Group
LandUse
- informationSystem: anyURI
- externalReference:
ExternalObjectReferenceType
_GenericCity
Object
_Site
_Vegetation
Object
_Abstract
Building
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Fachdatenverbindung (Externe Referenzen)
•
Jedes Objekt(teil) kann Verweise auf entsprechende Objekte in
externen Datenquellen besitzen
•
Verbindung mit externen Informationen, z.B.:
– Gebäude: Link zum Kataster, Info über Eigentümer
– Tür, Antenne: Link zu Facility Management Systems
Telekomm.
DB
Kataster-DB
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Facility
Management
System
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Fachdatenverbindung (Externe Referenzen)
• ermöglich Verbindung zu dem entsprechenden Objekt in
Fachinformationssystemen (Kataster, Verkehr, ....)
• in CityGML für jedes Feature (CityObject): Gebäude,
Gebäudeteile, Wand, Dach, Gebäudemerkmal, DGMKomponente, ...
• mehrere Fachdatenverbindungen pro CityObject
• Attribute zur Realisierung:
– informationSystem: String
– externeObjektreferenz: URI
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CityGML und Navigation 3D
© Sony Corporation
© Sony Corporation
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Verkehrsmodell : UML-Diagramm
<<FeatureCollection>>
CityModel
_Transportation
Object
02.06.2006
ExternalReference
<<Feature>>
* _CityObject
_City
Furniture
_Site
*
- informationSystem: anyURI
- externalReference:
ExternalObjectReferenceType
Relief
Feature
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Verkehrsmodell: Entwurfsentscheidungen
• Basisdaten, keine fachspezifischen Daten
– z.B. keine Verkehrsregelungen (GDF)
– bei Bedarf Zugriff über Fachdatenverbindung
• Thematik:
– wenige Klassen, Funktion als Attribut
– nur die wichtigsten Attribute: Name, Funktion, Nutzbarkeit
– Attributwerte: Liste erlaubter Werte im Schema
• GML-Dictionaries, erweiterbar
• Geometrie: explizit, Boundary Representation
• Explizite Aggregationsrelationen (Komplexe Objekte)
– z.B. Fahrbahn und Fußgängerweg gehören zur Straße
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Verkehrsmodell
LoD 0 - 4 ab LoD 2
CityObject
gml:Geometric
Complex
_TransportationObject
LoD0Network
Geometry
TransportationComplex
+ function[0..*]
Track
Road
Railway
Square
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AuxillaryTrafficArea
+ function[0..*]
+ surfaceMaterial[0..1]
LoDXGeometry,
x in {0..4}
TrafficArea
+ function[0..*]
+ usage[0..*]
+ surfaceMaterial[0..1]
LoDXGeometry,
x in {2..4}
gml:_Surface
LoDXGeometry,
x in {2..4}
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Verkehrsmodellierung – LOD2-Beispiel
© IKG, Universität Bonn
Auxillary
Traffic
Areas
Traffic
Area
Traffic
Area
Traffic
Area
Road
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Gelände, Straßen und Straßenbauwerke
•
Mehrfachreferenzierung von (Teil-)Geometrien
– realisiert topologische & semantische Beziehungen
– redundanz- und damit überlappungsfreie Beschreibung des Raumes und der
Fläche möglich
•
•
Geländeschnittkurve (TIC) erleichtert die Integration der drei
Objektarten
3D-Objektgeometrien in absoluten Weltkoordinaten
– unmittelbare Positionsberechnung für Signaturen + Text
– Geometrische Routenplanung
Fläche ist Bestandteil
der Geometrien des
Brückenobjekts und
des Straßenobjekts
Traffic
Area
TIC
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CityFurniture
Repräsentation von z.B. Straßenbegleitobjekten
*
CityModel
*
CityObject
ExternalReference
CityFurniture
+ function[0..1]: String
+ type[0..1]: String
+ height[0..1]: double
+ Diameter[0..1]: double
LoDXImplicitGeom,
X in {1..4}
ImplicitGeometry
+ transformation[0..1]: Matrix
+ ReferenceToLibraryObject[0..1]: URI
+ ReferencePoint: Point
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LoDXExplicitGeom, X in {1..4}
gml:_Geometry
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Semantische 3D Stadtmodelle
• Und was bringt mir das für Navigation und Ortung ?
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Navigation und Orientierung 3D
• Schrift stellt in (2D-)Karten das wichtigste Merkmal zur
Orientierung dar
• 3D-Stadtmodelle bislang oftmals ohne Beschriftung
– fehlende Informationen über Textinhalte („Was?“)
– fehlende Informationen über die Beschriftungsorte und
anzuwendenden Metaphern („Wie und wo?“)
• CityGML stellt bereit:
– semantisch differenzierte Objekte (inkl. Geometrien)
– Sachinformationen als Quelle für Textinhalte (z.B. Gebäudenamen, funktionen usw.)
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Beispiel für 3D-Schrift und Signaturen
Diplomarbeit D. Schulz (IKG)
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weitere Nutzung:
z.B. Schwertransportplanung
•
•
Grundrisse und 2D Pläne sind
nicht genug
hoch detaillierte 3D Gebäude und
Straßendaten mit Semantik
notwendig
© Kübler Spedition
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weitere Nutzung:
z.B. Simulationen für Ausbildungszwecke
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weitere Nutzung:
z.B. Stadtmarketing & Computerspiele
•
•
Gebäudeinformationen notwendig
hier: definierter Straßenraum
notwendig
Stadt Bocholt /
GTA Geoinformatik GmbH
Stadt Bocholt /
FH Gelsenkirchen /
GTA Geoinformatik GmbH
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CityGML Status
• Implementationen:
–
–
–
–
–
LandXPlorer (Fa. 3dgeo) – CityServer 3D (Fa. GIStec / FhG IGD)
SupportGIS (Fa. CPA Geo-Information)
Tridicon (Fa. GTA Geoinformatik)
GoPublisher (Fa. Snowflake Software UK)
Open Source Paket Deegree (Fa. lat/lon, in Vorbereitung)
• Inhouse Entwicklungen (open source)
– 3D-Geo-DB der Städte Berlin & Bonn (IKG Uni Bonn, lat/lon)
– Aristoteles3D GML3 Viewer (IKG Uni Bonn)
• Internationale Verbreitung:
– Europa: EuroSDR, Ordnance Survey UK
– Einbringung als Standardisierungsvorschlag in das Open Geospatial
Consortium im Juni 2006
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CityGML in der Bundeshauptstadt
Mehr
Mehrzu
zuCityGML:
CityGML:
http://www.citygml.org/
http://www.citygml.org/
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