Integration und Visualisierung von 2D- und 3D-Geodaten in einem verteilten GIS am Beispiel virtueller Stadttouren

a) Multidimensionalität. Das Modell muss sowohl 2D als auch 3D Geodaten aufnehmen und in möglichst einheitlicher Weise verwalten können. b) Leichte Importierbarkeit. Den wichtigsten Primitiven wie Punkt, Linie, Polygon, Fläche müssen sowohl in 2D als auch in 3D entsprechende Java-Klassen gegenüberstehen, in die sie ohne Verluste umgeformt werden können. Die Beschreibung dieser Primitive geschieht meist durch die Definition von Punkten und die sie verbindenden Linien bzw. Flächen, also durch ein B-Rep-Modell. Daher wurde auch beim Geometrie-Modell auf ein B-Rep-Modell zurückgegriffen. Informationen, die über die Geometriebeschreibung hinaus gehen, wie Material und Texturen, dürfen jedoch nicht verloren gehen. c) Leichte Konvertierbarkeit. Die Geometrien müssen zwischen verschiedenen Spatial Reference Systems (SRS) umzurechnen sein. Daher erscheint es sinnvoll, auf jeden Knotenpunkt direkt zugreifen zu können. d) Leichte Exportierbarkeit. Der Export der generierten Szene erfolgt bisher in VRML. Daher muss es für alle Primitive auch ein Pendant in VRML geben. Die Basisklasse des Geometrie-Pakets ist VRGeometry. Eine Geometrie bildet zusammen mit zugehörigen Eigenschaften ein Feature-Objekt (siehe Kapitel 3.2.2). Von VRGeometry existieren zwei Unterklassen: VRGisGeometry und VRVrmlGeometry. Während VRGisGeometry die einfachen Geometrien aus SDE, OGIS und ODF aufnimmt, indem es Klassen für die wichtigsten 2D- und 3D-Primitive bereitstellt, übernimmt VRVrmlGeometry die Speicherung von VRML-Knoten. Die separate Verwaltung von VRML-Inhalten wird aufgrund der Komplexität der Beschreibungssprache vorgenommen. VRML bietet neben den Standardprimitiven weitere, kompliziertere Primitive und zahlreiche weitere Möglichkeiten, die eine realitätsnahe Beschreibung von 3DModellen erlauben. Da nicht die ganze Funktionalität, die sich zudem bei zukünftigen Versionen evtl. ändern kann, auf das interne Modell übertragen werden soll, und andererseits keine Informationen verloren gehen sollen, wird der VRML-Code als ASCIIString übernommen. [...]

kreise besitzen keine vertikale Ausdehnung und können nur durch ihre zweidimensionalen Umrisse beschrieben werden. Um solche Daten bei einer 3D-Visualisierung berücksichtigen zu können, müssen sie an den Oberflächenverlauf des Geländemodells angepasst werden. Die gebräuchlichste Methode, die auch bei 3D-KartographieProgrammen zum Einsatz kommt, ist die Umwandlung der thematischen Daten in Pixelgraphiken, die dann als Texturen auf das Geländemodell gelegt werden. Die Texturen können zudem mit Satellitenbildern oder Shading-Texturen kombiniert werden. Jedoch besteht ein Trade-off zwischen Detailgenauigkeit und Größe der Texturdatei. Die Textur muss zum einen eine Auflösung aufweisen, die auch Nahansichten erlaubt, zum anderen das gesamte, unter Umständen sehr große, Geländemodell abdecken. Geländetexturen sind daher am besten mit einem Approximation Tree vereinbar. Eine andere Möglichkeit, die die gerade bei Internetanwendungen zu berücksichtigende Datenmenge reduziert, ist die Integration der thematischen Daten in das Geländemodell selbst. Hierzu werden die Polygone der Flächen in die Dreiecksvermaschung „geschnitten“. Die Dreiecksvermaschung wird durch Hinzufügen von Knoten und Kanten so verändert, dass zwischen Dreiecken innerhalb und solchen außerhalb der Flächen unterschieden werden kann. Die Dreiecke innerhalb werden entsprechend farblich markiert. 3.1.2.5 Sichtbarkeitsanalysen Sichtbarkeitsanalysen spielen vor allem beim Mobilfunk und bei der Landschaftsplanung eine Rolle. Bei der Auswahl der Standorte für Mobilfunkantennen muss auf eine möglichst große Flächenabdeckung geachtet werden. Je größer die von einer Antenne aus sichtbare Fläche, desto weniger Antennen sind somit notwendig. Die Line-of-Sight Analyse prüft, ob ein Punkt von einem anderen Punkt aus sichtbar ist. Die Viewshed Analyse berechnet die von einem Punkt aus sichtbaren Geländeteile. Für die Tourenvisualisierung via Internet ist dabei von Interesse, dass damit die zu übertragende Datenmenge weiter reduziert werden kann. So kann das DGM auf die Flächen reduziert werden, die von einer bestimmten Tour aus auch sichtbar sind und von der virtuellen Kamera erfasst werden. Objekte, die sich auf unsichtbaren Geländeteilen befinden, können zudem für die Visualisierung weggelassen werden. Allerdings ist die Berechnung sehr zeitaufwendig und der Betrachter kann sich im Modell nicht mehr frei bewegen. [...]

3.1.2.3 Shading-Texturen Die topographische Beschaffenheit des Geländes wird hauptsächlich über die Silhouette und Farb- oder Helligkeitskontraste wahrgenommen. Shading-Texturen (oder topographische Texturen) speichern die Beleuchtung des Geländemodells. In einem Preprocessing-Schritt wird das Geländemodell in einer Aufsicht schattiert gezeichnet und als Textur abgelegt. Dadurch muss die Beleuchtung beim Rendern nicht mehr berechnet werden. Wenn man voraussetzt, dass die Hardware die Darstellung von Texturen optimiert, kann das Rendern dadurch deutlich beschleunigt werden [Swan96]. Sie können auch morphologische Details enthalten, die durch die Dreiecksvermaschung gar nicht erfasst werden. Mit Hilfe von Shading-Texturen in Kombination mit relativ groben DGMs kann ein ähnlicher visueller Effekt erzielt werden als mit sehr feinmaschigen DGMs. Die Anzahl der Dreiecke kann dadurch erheblich reduziert werden. [...]