Kapitel 4: Das Objektmodell von CityGML

4.2 Geometrien in CityGML

4.2.1 GML-Geometrien

Weil CityGML ein Anwendungsprofil von GML ist, werden für den Aufbau des Modells Geometrien aus GML verwendet. Gegenüber dem vollen GML gibt es in CityGML jedoch noch ganz erhebliche Einschränkungen für das Geometriemodell. Einen schnellen Überblick gibt die folgende UML Übersicht.

UML Übersicht über die in CityGML verwendbare GML-Geometrieklassen

UML Übersicht über die in CityGML verwendbare GML-Geometrieklassen

4.2.2 Implizite Geometrien

Als Alternative zu expliziten Geometrien für jedes einzelne Objekt bietet CityGML die Möglichkeit, einmal definierte Prototypen durch Referenzen vielfach zu verwenden. Dies bietet sich immer dann an, wenn gleichartige Objekte wiederholt eingebaut werden müssen; also überall dort, wo wir in einer zweidimensionalen Karte Symbole verwenden würden: für Vegetationsobjekte wie Bäume und Büsche, Objekte der Stadtmöblierung wie Verkehrsampeln und Straßenlaternen bis zur Möblierung von Räumen mit Tische und Stühlen.

Implizite Geometrien mit Skalierung

Diese Innenstadtszene steht als Beispieldatensatz zum Download zur Verfügung: Implizite_Geometrien.zip

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4.3 Levels of Detail

Eines der wichtigsten Prinzipien in CityGML ist die Unterscheidung verschiedener Detaillierungsgrade des Modells, der Levels of Detail, kurz LOD genannt. Das LOD-Konzept unterscheidet fünf Stufen der Detaillierung in der Darstellung eines Objekts, die auch alle in einem Modell enthalten sein dürfen. Mit zunehmendem Detaillierungsgrad kommen optionale Bestandteile wie geometrische Feinheiten, Innen- oder Außenausstattung, Tür- und Fensteröffnungen bis hin zu Innenräumen und deren Ausstattung hinzu.

Einfaches Gebäude in den Detailstufen LOD 0 bis LOD 4

Ein einfaches Gebäude in den fünf Detailstufen LOD 0 bis LOD 4.

Für dieses einfache Gebäude stehen Beispieldaten zur Verfügung: TWINHOUSE_all_LODs

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4.4 Erscheinungsbild: Das Appearance-Modul

Alle Informationen für das Erscheinungsbild der Objekte in einer Szene werden in CityGML in einem Appearance-Modul abgelegt. Mit Hilfe von Appearance-Eigenschaften werden aus den CityObject-Objekten und ihren Oberflächengeometrien photorealistische, thematisch klassifizierte oder mit Materialien versehene Elemente in einer Szene. Innerhalb eines CityGML-Modells kann jedes Objekt – sei es ein Gebäude, ein Möbelstück, eine Wasseroberfläche oder was auch immer – verschiedene Erscheinungsformen haben.

Abb-4.10

4.4.1 Appearance Elemente und SurfaceData

In der Regel wird ein Erscheinungsbild für die Szene als appearanceMember in das City-Model eingehängt. Wie ein cityObjectMember-Element ist auch ein appearanceMember-Objekt ein Feature. Die Visualisierungen für ein Thema werden in einem Appearance-Element zusammengefasst. Jedes Appearance-Objekt hat genau ein Thema und enthält alle Visualisierungsregeln für dieses Thema als eine Menge von surfaceDataMember-Elementen.

Abb-4.11

SurfaceDataMember-Elemente enthalten entweder eine Textur oder eine Materialbeschreibung und sind eingebettet in ein Appearance Element.

Hier das Beispiel zum Download: appearence_examples.zip

4.4.2 X3D Material

Das Modell für die Beschreibung eines X3D-Materials stammt aus den Standards X3D und COLLADA. Ein solches Material besteht aus einer Farbe sowie verschiedenen Eigenschaften aus der Computergrafik, die das Verhalten der Oberfläche gegenüber einer Lichtquelle simulieren und den 3D-Effekt für den Betrachter erzeugen.

Abb-4.15

Der X3DMaterial Type

Mit dem „Material Brewer“ kann man die Effekte der unterschiedlichen Materialeigenschaften ausprobieren: ColorBrewer.html

4.4.3 Texturen

Für Texturen gibt es einen abstrakten Basistyp AbstractTextureType mit zwei Spezialisierungen: Der GeoreferenceTextureType dient dazu, ein Luftbild oder eine Karte über das Modell oder auch nur über das Relief zu breiten. Der ParameterizedTextureType dagegen dient der Anheftung von Bildern an einzelne Oberflächen, z.B. von Fassadenbildern an die Gebäudeaußenwände. Der AbstractTextureType fasst die gemeinsamen Eigenschaften zusammen.

Abb-4.20

UML Übersicht des AbstractTextureTypes mit seinen zwei Spezialisierungen

Abb-4.23: Mit Hilfe einer parametrisierten Textur werden Gebäudeoberflächen virtuell mit Fotos be-klebt (Gebäudemodell und Fotos aus dem Stadtvermessungsamt Stuttgart).

Mit Hilfe einer parametrisierten Textur werden Gebäudeoberflächen virtuell mit Fotos beklebt (Gebäudemodell und Fotos  Stadtvermessungsamt Stuttgart)

Beispiel mit parametrisierten Texturen: Parametrisierte_Texturen.zip

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4.5 Die Module in CityGML

CityGML ist ein Objektmodell für die Abbildung von Stadtlandschaften als virtuelles dreidimensionales Modell. Wie alle Modelle, ist es eine Abstraktion der realen Welt. Verschiedene Module des Modells bilden die wichtigsten Bestandteile der Realwelt ab. Jedes Modul des Standards hat ein eigenes XSD-Schema und einen eigenen Namensraum. Die Namensräume aller in einem Modell verwendeten Module müssen im CityModel-Root-Element der GML-Datei bekanntgegeben werden.

Abb-4.26 Die Module in CityGML.

Die CityGML-Module (Nach einer Abbildung von Gröber ET AL (2012))

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