Graphical abstraction and progressive transmission in internet-based 3D-geoinformationsystems [Elektronische Ressource] / von Volker Coors

Donald Duck

Sujets

• Informatik
• Reisen

Informations

• Publié par: technischen_universitat_darmstadt
• Publié le: 01 janvier 2003
• Nombre de lectures: 19
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

Graphical Abstraction and
P r o g r e s s i v e Tr a n s m i s s i o n
in Internet-based 3D-
Geoinformationsystems
Vom Fachbereich Informatik
der Technischen Universität Darmstadt
genehmigte
DISSERTATION
zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
von
Dipl.-Inform. Volker Coors
aus Walsrode
Referenten der Arbeit: Prof. Dr. J.L. Encarnação
Prof. J. Rossignac, PhD
Tag der Einreichung: 17.12.2002
Tag der mündlichen Prüfung: 29.01.2003
D17
Darmstädter Dissertationen 2003
Acknowledgements
Many people have helped in one way or another to make this dissertation happen. I would
like to thank everybody who supported me.
My special thanks go to my advisor José Encarnação, for giving me the freedom to explore
this interesting subject while helping me to stay on the right track. I would like to express my
deepest gratitude to Jarek Rossignac for accepting to be on my thesis committee. I owe him a
lot. His invitation to Atlanta has been a remarkable experience.
Many of the people I have been working with have helped me. In particular, “big boss”
Uwe Jasnoch, and my “fellow sufferers” Dirk Balfanz and Stefan Göbel have been a
source for countless valuable discussions. I would also like to thank my former col-
leagues Heiko Blechschmied, Dirk Burmeister, Sascha Flick, Elfriede Fitschen, Christine
Giger, Jörg Haist, Monika Heidemann, Volker Jung, Ursula Kretschmer, Daniel Holweg,
Karen Lutze, Isabel Sobon, and Thorsten Schulz. Their friendship and encouragement
made previous years enjoyable and tough times more bearable.
I am deeply indepted to my parents. Where I am today is no small part due to their en-
couragement and support. Thousand kisses to Susy for support, love, and for her under-
standing that this work took much of my time. And special thanks to Florian, simply for
being so cute, and baby Tabea for not crying all night long while daddy is working on this
thesis.Deutsche Kurzfassung
Motivation
Mit Hilfe eines Geo-Informationssystems (GIS) werden Informationen über die Erde er-
faßt, verwaltet, analysiert und auf unterschiedlichste Art und Weise präsentiert. Eine
Vielfalt an Modellen spiegelt dabei unser Wissen über die Erdoberfläche und deren Beba-
uung sowie über die auf ihr lebenden Menschen, Pflanzen und Tiere wieder. Kommerz-
ielle GIS unterstützen in der Regel digitale Höhenmodelle (DHM) der Erdoberfläche,
während sie die Speicherung der räumlichen Ausdehnung von Objekten auf der Erde nur
zweidimensional zulassen.
Durch die rasch voranschreitende Hardwareentwicklung, vor allem aber durch Fortschrit-
te in der (semi-)automatischen Datenerfassung ist es heute jedoch möglich geworden,
raumbezogene Objekte in ihrer dreidimensionalen Ausdehnung zu erfassen. Vorangetrie-
ben wurden diese Entwicklungen durch ein breites Anwendungsspektrum dreidimension-
aler raumbezogener Informationen u.a. in der Archäologie, der Telekommunikation und
des Umweltschutzes, aber auch in Tourismus und Edutainment. Mit Hilfe dreidimension-
aler Modelle können Umweltsituationen wie die Abgas- und Lärmausbreitung in Städten
simuliert und für den Bürger verständlich präsentiert werden [Knol98]. In der Stadtpla-
nung wird der eigentliche Planungsprozeß durch die Verfügbarkeit dreidimensionaler
Computermodelle stark unterstützt. Alternativen können besser beurteilt werden, und
auch Laien können die Folgen der vorgeschlagenen Änderungen nachvollziehen
[Aria94], [Coor99]. Das kulturelle Erbe einer Stadt wird für Touristen erfahrbar
[Coor00b].
Auch in der Telekommunikation wächst der Bedarf an Modellen, die zusätzlich zu der
Erdoberfläche auch urbane Regionen dreidimensional abbilden. In der Tat sind in Deut-
schland derzeit die Mobilfunknetzbetreiber die treibende Kraft bei der Erfassung flächen-
deckender dreidimensionaler Stadtmodelle in Ballungsgebieten. Vorrangiges Ziel der
Mobilfunktnetzbetreiber ist ein möglichst hoher Netzabdeckungsbereich. Zur Planung
dieses Netzes werden dreidimensionale Stadtmodelle eingesetzt, um Bebauungseffekte
wie Funkschatten und Reflexionen elektromagnetischer Wellen durch Gebäude berück-
sichtigen zu können [RaLa00].
Die Nachfrage nach entsprechenden dreidimensionalen Modellen wird durch eine
OEEPE Studie zu 3D-Stadtmodellen der Europäischen Organisation für Experimentelle
Photogrammetrische Forschung [Fuch98] bestätigt: 95% der Teilnehmer sehen dengrößten Bedarf an dreidimensionalen Gebäudedaten in einem digitalen Stadtmodell, ge-
folgt von Informationen über das Verkehrsnetz (etwa 85%) und 3D-Informationen über
die Vegetation (etwa 75%).
Wie aus den oben genannten Beispielen deutlich wird, sind neben einem digitalen Gelän-
demodell der Erdoberfläche insbesondere dreidimensionale Modelle urbaner Regionen
und Ballungszentren von großer Wichtigkeit. Die Erfassung dieser Daten ist heutzutage
durch photogrammetrische Verfahren möglich [Förs99], [Maye99], [BrHa00]. Es fehlen
jedoch geeignete Werkzeuge, um diesen Datenbestand geeignet zu verwalten und einer
großen Zahl von Nutzern zur Verfügung zu stellen.
Neue Chancen, dem Nutzer qualitativ hochwertige Daten einfach zugänglich zu machen,
sind durch moderne Kommunikationsmedien gegeben, insbesondere durch das Internet,
welches eine sehr einfache Verbreitung von Daten erlaubt. Aber nicht nur die Verfüg-
barkeit der Informationen wird durch eine entsprechende Infrastruktur wesentlich erhöht,
auch neue Formen der Kommunikation werden möglich. So können beispielweise Pla-
nungsvorhaben in der Stadt vorab verständlich dargestellt und diskutiert werden. Dem
steigenden Informationsbedarf bei Entscheidungsträgern und der Bevölkerung wird somit
Rechnung getragen. Auch die rasante Entwicklung im Bereich von persönlichen digitalen
Assistenten (PDA) bringt immer kleinere und leistungsfähigere Geräte hervor. Die Nut-
zung von dreidimensionalen Modellen auf diesen ultraportablen Geräten beispielsweise
in Systemen zur Personennavigation rückt in greifbare Nähe. Durch die steigende Daten-
rate der mobilen Kommunikationsnetze sind digitale Informationen allgegenwärtig und
können an jedem Ort zu jeder Zeit abgerufen werden. Die Kombination raumbezogener
Informationssysteme und moderner Datennetze wird in Zukunft nicht mehr aus unserem
Alltag wegzudenken sein.
3D-GIS als Forschungsgebiet
Eine verbreitete Vorgehensweise im Umgang mit dreidimensionalen raumbezogenen
Daten ist die kombinierte Anwendung von 2D-GIS, CAD- und Visualisierungssystemen.
CAD-Systeme aus der Architektur sind spezialisiert auf Planung und Konstruktion drei-
dimensionaler Gebäude. Im Gegensatz zu GIS wird in CAD-Systemen aber in einem sehr
viel kleinerem Maßstab gearbeitet, üblicherweise 1:1 bis 1:50. Im Umgang mit groß-
maßstäbigen flächendeckenden Modellen weisen diese Systeme jedoch Schwächen auf.
Visualisierungssysteme dienen, wie der Name vermuten läßt, in erster Linie der Präsenta-
tion eines Datenbestandes. Visualisierungssysteme, die mit dem hohen Datenvolumen
aus dem GIS Bereich geeignet umgehen können, haben ihre Ursprünge in der virtuellen
Realität (VR). Ziel dieser Systeme ist die interaktive Präsentation einer möglichst realen
Umgebung, wobei Stereodarstellung und spezielle Präsentationsumgebungen den Grad
der Immersion noch erhöhen. Solche VR-Systeme haben oft hohe Anforderungen an die
zugrundeliegende Hardwareausstattung und arbeiten mit einem lokalen Datenbestand.
Eine Verknüpfung der Präsentation mit thematischen Daten wird nicht unterstützt.
Im Kontext eines 3D-GIS spielt jedoch die Integration eines dreidimensionalen geome-
trischen Datenbestandes und thematischer Fachdaten eine wichtige Rolle. Erst durch
diese Verknüpfung lassen sich kombinierte raumbezogene und thematische Suchanfragen
beantworten. Beispielhaft seien hier die Suche nach Hotels in der Nähe des Bahnhofs die
Suche nach verfügbaren Immobilien mit Kindergarten in der Umgebung genannt.
Entsprechende raumbezogene Anfragen können mit Hilfe eines dreidiemnsionalen Stadt-
modells bearbeitet werden. Ob es sich bei einem Gebäude jedoch um ein Hotel oder einen
Kindergarten handelt, kann der geometrischen Beschreibung in der Regel nicht entnom-
men werden. Hier ist die Integration des dreidimensionalen Modells mit in der Regel
vorhandenen fachbezogenen Daten notwendig.
Damit die einmal erhobenen Daten einem möglichst großen Nutzerkreis verfügbar
gemacht werden können, ist der Zugriff des Datenbestandes über Kommunikationsnetze
wie das World Wide Web oder auch mobile Netze von großer Bedeutung. Aus diesen An-
forderungen ergeben sich die folgenden Kernthemen im Kontext 3D-GIS:
Konzeptionelles Datenmodell
Ein wesentliches Manko bestehender CAD- und VR-Systeme ist die mangelnde Unter-
stützung typischer fun