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3D-Modelle

Allgemein

SupportGIS/JAVA 3D (SGJ3D) ist eine in Java programmierte Softwarekomponente der Firma CPA Systems. Basierend auf dem Rahmenkonzept einer ISO-/OGC-konformen 2D/3D-Geodatenhaltung, verwendet SGJ-3D ein Datenbankmodell, das es ermöglicht objektorientierte Geodaten zu beschreiben und auf ein Datenbankschema zu projizieren.



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SupportGISJ-3D
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Eigenschaften der Geodatenhaltung

  • Unterstützung der objektorientierten Paradigmen bei der Modellierung der Datenschemata. Dies sind beispielsweise Vererbung, Aggregation, Komposition, Assoziation, Abstrakte Klassen, etc.
  • Erhalt der Generik der Anwendungsschemata. Das bedeutet eine strenge Trennung von Anwendungsschema und Datenbankschema sowie ein weitestgehender Verzicht auf statische Strukturen.
  • Unterstützung gängiger objektrelationaler Datenbanken, wobei der Zugriff auf die Daten über die Standards WFS und JDBC erfolgt. Räumliche Strukturen werden nach den Simple Feature for SQL Spezifikationen des OGC modelliert und über eine OGC-Schnittstelle auf die Geo-Strukturen der Datenbank (z.B. SDO_Geometry) abgebildet. Attributive Objekt-Informationen werden mit Standard-SQL beschrieben.
  • Orientierung an Normen und Standards bei der Beschreibung, Abfrage und Abgabe von Geodaten (XML, GML, SQL, WFS, etc.).
  • Der operationale Umfang der Anfragesprache und der Auswertemöglichkeiten wird durch das wfs:filter-Encoding definiert. Dies erlaubt eine beliebig komplexe Kombination aus fachlich-attributiven Operatoren (PropertyIsEqualTo, PropertyIsGreaterThan, etc.), räumlich-geometrischen Operatoren (Touches, Intersects, Crosses, Bbox, etc.) und den logischen Verknüpfungsoperatoren (AND, OR, NOT).
  • Die Kern-Instanzen zur Datenmodellierung sind plattformunabhängig.

Abbildung von 3D Datenmodellen

Für 3D-Fachanwendungen existiert mit dem Modellierungsansatz CityGML ein 3D-Datenmodell, welches auf der Basis von GML 3D-Stadt und Landschaftsmodelle beschreibt. SGJ-3D verwendet diesen Ansatz für die Konfiguration der 3D-Datenbanken und speichert die GML-strukturierten 3D-Geodaten in dieser Umgebung. Dabei handelt es sich um die Verwaltung sehr detaillierter Daten, ausgehend vom Geländemodell über Blockdarstellungen von Gebäuden bis hin zu sehr fein strukturierten Fassaden- und Dachformen. Diese Art der Modellierung erlaubt zusätzlich die Verwaltung und Fortführung von Innenräumen und damit die durchgängige Behandlung aller LoD-Stufen, bis hin zu detaillierten Architekturmodellen (LoD 4).

Mittels eigener 3D-Viewer kann der Anwender sich in Echtzeit im Intranet und Internet online durch die 3D-Modelle navigieren. Der Viewer steht in der Autorenversion und in einer Smartviewerversion zur Verfügung.

Datenbank und Datenbankstruktur

Sämtliche Geodaten, Sachdaten und Metadaten werden GML-strukturiert in objektrelationalen Datenbanken verwaltet, die als Basis von SGJ-3D dienen. Die Datenbanklösung unterstützt internationale Standards von ISO/OGC und ermöglicht so die Speicherung beliebiger XML/GML-strukturierter 2D/3D-Datenmodelle, wie beispielsweise ALKIS, CityGML, etc.

Die generische, objektorientierte und durch den Anwender selbst erweiterbare 2D/3D-Datenstruktur entspricht dem gewünschten Datenmodell 1:1. Die Kommunikationsschnittstelle zwischen SGJ-3D und der Datenbank wird durch den Einsatz OGC-konformer Dienste (WFS/W3DS) umgesetzt; z.B. zum Zweck der Datenfortführung. SGJ-3D ist sowohl vom Betriebssystem (Windows, Linux, etc.) als auch vom Datenbankmanagementsystem (Oracle, PostgreSQL, Informix, etc.) unabhängig.

Datenschnittstellen

SGJ-3D unterstützt:

  • die Vektordatenformate: EDBS, DXF(2D, 3D), Shape (2D, 3D), NAS, CityGML, KML/KMZ, GML,
  • alle gängigen Rasterdatenformate: JPG, PNG, TIFF, GeoTIFF, GIF, BMP, EMF+,
  • sowie die Datenschnittstellen für 3D-Fremdobjekte: VRML, 3DS, Daten aus Laserscan-Aufnahmen.

Viewer-Technologie

Die Viewerkomponente der Software stellt den Anwendern, die in der 3D-Datenbank gespeicherten Informationen (Gebäude, DGM, Planungsvarianten, Texturen, etc. ) über Verfahren der Datenvisualisierung und Datenpräsentation zur Verfügung.

Im Folgenden sind einige Eigenschaften der Viewerkomponente aufgelistet:

  • Sämtliche Vektor-, Raster- und Sachdaten des Modells werden verlustfrei dargestellt.
  • Die Navigation im Viewer ist über Funktionen wie Zoom, Scroll, Move, Refresh und Lupe sowie aus Fußgänger-, Vogel- und Fixpunktperspektive möglich.
  • Der Viewer ermöglicht eine freie Konfiguration von Sichtweite, Sichtfeld und Detailstufe der dargestellten Bereiche.
  • Der Viewer ermöglicht eine freie Konfiguration von atmosphärischen Darstellungen und Hintergrundbildern (Skybox).
  • Flächen können mit künstlichen Texturen (z.B. zur Unterscheidung von Fassaden- und Dachteilen) belegt werden.
  • Die Modelldaten können interaktiv mittels Rechteck, Polygon, Fangkreis, Objektart und Attributen ausgewählt werden.
  • Schnelles Abrufen von Informationen zu Flächeninhalt, Volumen und Sachdaten des selektierten Objektes.
  • Die Viewerkomponente bietet eine Funktion mit der man hochauflösende Sichten für Prospektdarstellungen erzeugen kann.
  • Aufnahme und Abspielen von Videosequenzen.
  • Interessante Punkte können als Bookmarks gespeichert und schnell angeflogen werden.
  • Adressensuche mit integrierter Ansteuerung und Markierung des Objektes.
  • Schnelles Umschalten zwischen verschiedenen Darstellungen (LoDs) des Modells und des Geländes (Luftbildtextur).

Die 3D-Viewerkomponente bezieht die Daten zum Zweck der Visualisierung über verschiedene Wege. Im Offline-Modus werden die Daten per OGC-konformer Datenschnittstelle CityGML aus der 3D-Auskunftsdatenbank bezogen. Das nachgefragte Gebiet wird zu diesem Zweck über die 2D-Grafik mittels Polygonselektion bestimmt. Das Zugriffsprotokoll besteht aus den XML-Queries eines W3DS sowie CityGML als zurück gesandter Datenschnittstelle. Im Online-Modus erfolgt der direkte Zugriff auf die Präsentationsdatenbank. Alle Inhalte und Eigenschaften des CityGML-Fachdatenmodells einschließlich DGM, Bodentexturen und LoD werden menügesteuert bezogen. Das Zugriffsprotokoll der Daten ist TCP/IP.

An die 3D-Datenbank können auch fremde 3D-Viewer angeschlossen werden, wenn sie die 3D-Daten über OGC-konforme Dienste sowie entsprechend standardisierte Zugriffsprotokolle beziehen. Die Anbindung externer Datenbestände erfolgt über das Konzept der Fremddatenanbindung. Das ermöglicht die Integration externer Daten zur Laufzeit über das Ansprechen OGC-konformer Dienste:

  • WFS: Anbindung externer Gebäudedaten im Format CityGML
  • WMS: Anbindung von Rasterdaten (Luftbilder, Bebauungspläne, etc.).

Für das Präsentieren des Modells in Intra- oder Internet ist ein sogenannter Smartviewer integriert, der es erlaubt die Daten auf einfache Weise zu präsentieren.

Weitere Funktionalitäten zum Aufbau eines 3D Modells in SGJ3D

  • Einlesen von Geländemodellen beliebiger Rasterweite bzw. TINs.
  • Texturierung des Geländemodells und der Dachlandschaft mit Luftbildern oder Orthophotos.
  • Erzeugen von LOD1 Modellen aus heterogenen 2D Geobasisdaten.
  • 2D Digitalisierung zur Erfassung neuer Grundrissgeometrien.
  • Fortführung der CityGML Datenbestände über BZSN, ALKIS oder WFS Transactions.
  • Verschneidung der Geländemodelle mit ALK Nutzungen um es je nach Nutzungsart in unterschiedlicher Materialdarstellung zu visualisieren.
  • manuelle Erzeugung von komplexen Dachformen für LOD2 Gebäude.
  • Automatische Erzeugung von Dachformen über Firstkanten bzw. photogrammetrisch ausgewerteter 3D-Flächen.
  • Erstellung einer umfangreichen Symbolbibliothek zur Integration von Straßenmöblen und Vegetation.
  • Konvertierung von Baumkataster Daten in CityGML Objekte.
  • Materialbibliothek zur schnellen Färbung und Texturierung von 3D Flächen.
  • Einlesen und Visualisierung von hochauflösenden Architekturmodellen.