DE:Dachmodellierungstechniken

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Methodenvergleich

Da über 3D Modellierung momentan lebhaft diskutiert wird sollten kurz verschiedene Wege zur 3D Modellierung der Dachflächen aus Sicht der OSM Nutzbarkeit besprochen werden:

  1. Volumenkörpermodellierung
  2. Oberflächenmodellierung mit Wand, Decke, Dach
  3. Parametrische Modellierung nach Roof table
  4. Modellierung durch Nachzeichnen der Dachkanten

Zu 1. Die Technik wurde in der Dissertation von Claus Brenner, sehe [1] untersucht. Ein Gebäude besteht aus der Summe mehrerer Volumenkörper, die miteinander verschnitten, optisch das dreidimensionale Gebäude darstellen.

Vorteile: Schnell, keine Fehler in der 3D Darstellung, volumensparend.

Nachteile: Bei komplexen Objekten schwer handhabbar, erzeugt eine Menge Objekte die über Relation zusammengetragen sein müssen. Rendering muß selbst die Schnittkanten zwische einzelnen Dachflächen erzeugen, in einigen Bereichen flimmern die Modelle in Echtzeitrendering.

Zu 2. Technik bekannt aus der CAD und der Visualisierungswelt: Jede Oberfläche wird einzeln modelliert.

Vorteile: Alles kann abgebildet werden, die Modellierregel sind einfach und sofort begreiflich. Es gibt keine Konflikte, denn alles wird so modelliert wie es tatsächlich ist.

Nachteile: Alle Teile von einem Gebäude müssen über Relation beschrieben werden, die Technik ist fehleranfällig, insbesondere für Anfänger. Unsauber verschnittene Flächen sind sofort sichtbar, aber schwer zum Nachbessern.

Zu 3. Die Technik ist im Allgemeinen bekannt [2] und in der CAD Welt abgewandelt zur Erzeugung parametrisch beschriebenen Volumenkörper Verwendet (z.B. ArchiCAD Bibliothekselemente, AutoCAD Blöcke). Es wurde bisher aber nirgendwo außerhalb von OSM ein Versuch wie Roof table unternommen, eine derart umfangreiche Bibliothek der Grundformen herzustellen.

Vorteile: Fehlerresistent, erlaubt Entfernungsabhängiges Rendern der Objekte (Einsparung der Prozessorleistung), braucht wenig Speicher, schnell im Echtzeitrendering.

Nachteile: Beschränkt auf eine Gruppe von Schätzungsweise 50-60% der Gebäude. Bei komplexeren Gebäuden müssen Gebäude in Teile zerlegt und über Relation als ein Objekt beschrieben werden. Der momentan beschriebene Taggingentwurf ist sehr zeitintensiv, nicht intuitiv und ohne Einarbeitung schwer nachvollziehbar. Selbst bei einfachen Gebäudeformen gibt es schnell Situationen die mit diesem Ansatz nicht modellierbar sind.

Zu 4. Der Ansatz wurde in OSM zum ersten Mal auf der Seite Proposed roof linesbeschrieben, ist aber seit der 90-er bekannt. Die erste Software die auf diesem Weg 3D Modelle erstellt hat, war Cyber City Modeller von Cyber City AG die mittlerweile pleite ist. (Ich hatte seinerzeit die Ehre als externer Experte die Spezifikation des Modellers zu optimieren). Die Spuren zu diesem Modeller sind aber immer noch im Netz zu finden, wie z.B. hier:[3].

Vorteile: Eignet sich gut für Darstellung der Gebäude bzw. Gebäudegruppen mittlerer Komplexität. Schnell und intuitiv.

Nachteile:

- Produziert Fehler in der 3D Interprätation der Dachformen:

a. Ungenauigkeit des Luftbildes ist in der Interprätation der 3D Bauteile zwar schnell sichtbar aber mühsam korrigierbar:

MarekBykiTechniki.jpg Eine kleine, schwer messbare Differenz in der Länge der Firstlinie verursacht sichtbare Höhenunterschiede.


b. Da die Bilder praktisch nie senkrecht gemacht werden, sind (vor allem bei Luftbilder mit guter Auflösung) die Dachschrägen verzerrt:

MarekWhyIsPerspectiveDangerous2.jpg

MarekWhyIsPerspectiveDangerous.jpg Aus der Praxis: D1 ist in Wirklichkeit gleich D2 !

c. Es entstehen dabei oft unebene Dachflächen. Diese fallen beim Echtzeitrendering unangenehm auf: Eine Fläche die eigentlich eben sein sollte, wird in zwei Dreiecke aufgeteilt, welche zwar zwei gemeinsame Punkte, aber leicht unterschiedliche Neigung haben. Dadurch wird beiden Flächen im Echtzeitrendering leicht unterschiedliche Farbe zugewiesen und die Knickkante sichtbar. Das Ergebnis irritiert beim Betrachten. Damit keine leere Räume zwischen den Dachflächen entstehen (wie um den Punkt Px auf dem Bild unten) muss man aber entweder eine Dachfläche unterteilen oder die Dachlinie die der User gezeichnet hat, verlängern. MarekWhyIs2DinterpretationDangerous.jpg

- Um ein 3D Modell zu erzeugen benötigt man zwei orientierte Luftbilder von einem Objekt. Dies ist also die erste Schwäche aus Sicht der OSM: Uns stehen nur Bilder aus einem Blickwinkel zur Verfügung, die Dachformen werden also verzerrt, wobei der Grad der Verzerrung von dem Grad der Abweichung der Luftaufnahmen von Orthogonalität abhängt.


Fazit

Es gibt keine "beste Methode" weil die 3D Welt zu komplex ist. Für User die in der 3D Modellierung erfahren sind, eignet sich die Technik 2 (Modellierung einzelner Oberflächen) am besten.

Sie erlaubt als einzige die Modellierung beliebiger Oberflächen. Ein 3D Modeller dafür muss aber erst mal entwickelt werden.

Momentan können OSM User komplementäre Erfassungstechniken 3 und 4 verwenden, wobei ein aufeinander abgestimmter Tagginsentwurf ( Übernahme hybrider Beschreibungsmöglichkeit)sicherlich vorteilhaft wäre.

Für das Konzept 3 und 4 müssen die Editoren weiterentwickelt werden damit die Modellierung intuitiver wird.

Kommerzielle Softwarepakete

Die Luftbildausertung wird durch diverse kommerzielle Lösungen unterstützt, wobei man zwischen frei zu erwerbenden Systemen (Hardware+Software) wie von Leica und den Dienstleister die mit selbst entwickelten Paketen die 3D Modelle anbieten (etwa GTA Geoinformatik GmbH aus Neubrandenburg, virtuelcity aus Frankreich, pix4d aus der Schweiz, cowi aus Denemark oder Blom International)

Grenzen einzelner Techniken. Weitere Beispiele aus Sicht des Users

Gebogene Dachflächen

Ein k.o für bisherige Modellieransätze war die Unkenntnis der Programmierer und Vermesser was historische Bauweise der Dächer angeht. Ist der Grundriß nicht gazn rechteckig muß entweder dir Firstlinie fallend sein oder die Dachfläche in sich gebogen. Die zweite Lösung wurde praktiziert, die meisten Auswerteprogramme siehen es aber nicht vor:

Hier kommt in Kurze ein Bild

In der Roof Table wird diese Situation mit der neuen Dachform .... abgedeckt. Der User kann als Parameter die gewünschte Triangulierung der gebogener Fläche mit dem Parameter:

3dr:resolution:<value> wählen, wobei value für eine natürliche Zahl, n steht wo n>2.