arcAKTUELL 4.2015 - Entdecken und entwickeln - Zukunft sichern

Von der Punktwolke zum Gebäudemodell Die Ausgangsdatenlage kommt Ihnen vielleicht bekannt vor: Laserscan- Punktwolke und Gebäudeumrisse ohne Höhen- oder Dachinformation in der Attributtabelle. Nun liegt es nahe, daraus ein 3D-Stadtmodell zu generieren. In Kombination von ArcGIS for Desktop und CityEngine ist es möglich, automatisch auf Basis von 2D-Gebäudeumrissen und 3D- Punktwolken Gebäude- und Dachformen abzuleiten. Im Modell soll an- schließend im Browser-Plug-in frei navigiert werden können. Da jeder Punkt der Punktwolke mindestens die Raumkoordinaten x, y, z enthält, entstehen je nach Punktedichte und Gebiet große Datenmengen. Neben der Datenhaltung solcher massiver Punktwolken stellen die per- formante Visualisierung und der effiziente Zugriff auf Einzelwerte eine Herausforderung dar. Gerade in webbasierten Klienten sind die Darstel- lung großer Punktwolken und die Navigation innerhalb von Punktwolken schwer realisierbar. Jedoch ist der Trend unverkennbar, 3D-Modelle im Browser zu betrachten, durch die Szene zu navigieren und sie anschlie- ßend an Kollegen weiterzugeben. Die Lösung liegt in der Umwandlung der speicherintensiven Punktwolke in ein schlankes Format, das die Gebäudeform repräsentiert. Dabei wird zunächst das zugrunde liegende Polygon mit Höhenwerten aus der Punkt- wolke angereichert und anschließend in CityEngine automatisiert model- liert. Die folgenden sechs Schritte erklären das Prinzip beispielhaft an einem Gebäude: Schritt 1: Ausgangslage Die Ausgangsdaten sind meist 2D-Polygone als Gebäudeumriss ohne Attributwerte wie Höhe oder Dachform (» Abbildung 1). Schritt 2: Referenzpunkte erzeugen CityEngine erzeugt mit der Funktion innerRect automatisch fünf Refe- renzpunkte für jedes Gebäudepolygon an den Positionen rechts, links, mittig, vorne und hinten (» Abbildung 2). Schritt 3: Verschneidung der Referenzpunkte mit der Punktwolke Diese fünf Referenzpunkte verschneidet ArcGIS mit der Punktwolke und schreibt den Höhenwert als weiteres Feld in die Attributtabelle der Refe- renzpunkte (» Abbildung 3). Schritt 4: Höhenwerte verbinden In ArcGIS for Desktop werden nun die Höhenwerte der Referenzpunkte mitdem2D-Polygonverbunden.Das2D-Polygonerhältdamitfünfweitere Attributfelder: Z_rechts, Z_links, Z_mitte, Z_vorne, Z_hinten mit den je- weiligen Höhenwerten. Schritt 5a: Modelle generieren CityEngine generiert regelbasiert auf Grundlage der enthaltenen Höhenattribute des 2D-Polygons automatisch 3D-Volumenkörper bis zur ermittelten Traufhöhe. Die Werte der richtigen Traufhöhe können durch konditionale Bedingungen abgefragt werden. Darauf aufbauend wird mittels CGA-Skript eine Dachgeometrie gesetzt. Hierbei ermittelt das CGA-Skript durch Case-und-else-Befehle die geometrischen Zusam- menhänge der fünf Referenzpunkte. Sind zum Beispiel die Höhen der Punkte Z_vorne, Z_mitte und Z_hinten gleich hoch und Z_rechts und Z_ links bedeutend tiefer, handelt es sich um ein Satteldach; dies wird als solches modelliert (» Abbildung 4). Schritt 5b: Modelle texturieren In CityEngine könnte man an dieser Stelle noch weiter gehen und bei- spielsweise Texturen, andere Fassaden oder Dachinformationen wie Material oder Farbe anbringen. Um diesen Schritt vollständig automa- tisch generierbar zu machen, müssen Farb-, Material- oder Texturinfor- mationen in den jeweiligen 2D-Polygonen enthalten sein. Die Abbil- dung 5 zeigt ein valides 3D-Gebäudemodell, jedoch mit Zufallstexturen für Fassade und Dach. Schritt 6: Das 3D-Modell im Web Die Veröffentlichung des 3D-Modells als Web Scene oder Web Layer macht die Navigation im Browser ohne Plug-in möglich. Ein Weiterge- ben der Szene ist einfach und bequem über einen Browserlink möglich und verlangt keine Installation von CityEngine oder ArcGIS for Desktop. Dieser Ansatz einer speicherarmen Datenhaltung von 3D-Modellen ist eine Kombination aus regelbasiertem Lösungsansatz und GIS-Funktio- nalität. Die Qualität der Modellierung ist stark abhängig von der Qualität der Punktwolke und setzt dringend eine sorgfältige Vorprozessierung der Daten voraus. Momentan geschieht die Qualitätssicherung manuell, da es noch keine automatisierten Ansätze dafür gibt. Haben Sie Bedarf an einer automatischen Ableitung von Gebäude- modellen aus Punktwolken? Gern unterstützen wir Sie bei der Durch- führung der beschriebenen Schritte. Christiane Radies Esri Deutschland GmbH Kranzberg ++ Abbildung 1: 2D-Polygon als Ausgangslage Abbildung 2: Automatische Erzeugung von fünf Referenzpunkten für jedes 2D-Polygon Abbildung 3: Verschneidung der Referenzpunkte mit der Punktwolke Abbildung 4: Automatisch erzeugtes Gebäude mit Satteldach aus einer Punktwolke Abbildung 5: Automatisch texturiertes Gebäude 39S O F T W A R E

Seitenübersicht