Kapitel 8: Vegetation

8.1 Das CityGML-Vegetationsmodell im Überblick

Das CityGML-Modell unterscheidet flächendeckende Vegetationseinheiten als Objektklasse PlantCover von singulären, punktförmig modellierten Einzelobjekten der Klasse SolitaryVegetationObject. Eine gemeinsame Oberklasse AbstractVegetationObject bündelt diese beiden Subklassen.

Klassendiagramm für den VegetationObjectType

Klassendiagramm für den VegetationObjectType

Abb_8_3

PlantCover und SolitaryVegetationObjects im Praxisbeispiel Paderborn

Nach oben

8.2 Flächendeckende Vegetation

Die geometrische Repräsentation von PlantCover-Objekten beginnt erst in LOD1 und ist für alle Levels of Detail gleich. Es können wahlweise MultiSurface-Geometrien oder Solid-Elemente verwendet und in den verschiedenen LOD unterschiedliche Repräsentationen angelegt werden.

Abb_8_4

Klassendiagramm für den PlantCoverType

Nach oben

8.3 Praxisbeispiel: Erzeugung eines flächendeckenden Vegetationsmodells aus dem DLM

Als Ausgangsmaterial für die Erzeugung eines flächenhaften Vegetationsmodells für ländliche Bereiche wird hier das Digitale Landschaftsmodell „Basis-DLM (AAA)“ des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG) eingesetzt. Das Modell ist in thematische Ebenen gegliedert, die zusammengehörige Objektarten bündeln. Das Thema Vegetation enthält raumbezogene Objekte wie land- und forstwirtschaftliche Nutzflächen und Vegetationsflächen wie z.B. Wald, Gehölz und Heide.

Download: Testdaten Basis-DLM (AAA) des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG)

Desweiteren sind digitale Oberflächenmodelle (DOM) sowie digitale Geländemodelle (DGM) zur Durchführung des Praxisbeispiels notwendig. Auch diese Modelle sind beim Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) erhältlich.

Verwendete Werkzeuge:

  • ArcGIS Toolbox Conversion, FeatureToRaster für regelmäßige Gitter (DGM, DOM)
  • 3D Analyst Toolbox, Natural Neighbor für unregelmäßige Gitter der LIDAR-Daten
  • ArcGIS Model Builder zur Ermittlung der gemittelten Höhenwerte aus DGM und DOM und Ausschneiden der relevanten Landschaftsobjekte (Vegetationspolygone)
  • ArcScene für Extrusion und Konvertierung in 3D Multipatch
  • Spatial ETL-Tool, z.B. FME für die Erstellung der CityGML-Datei

Abb_8_13

Darstellung der Vegetationskörper in ArcScene

Download Beispieldatensatz aus dem Praxisbeispiel Paderborn: Beispieldaten_PlantCover.zip

Nach oben

8.4 Einzelne Vegetationsobjekte

Elemente der Klasse SolitaryVegetationObject sind für einzelne, nicht flächendeckende Objekte gedacht. Die Codeliste des Standards für das Attribut class umfasst Ausdrücke für Gebüsche und Strauchwerk, Gras, Farne, Laub- und Nadelbäume, Klettergewächse und Wasserpflanzen; alternativ schlägt der Standard Codes für niedrigen, mittelhohen oder hohen Bewuchs vor. Neben der üblichen geometrischen Modellierung ist es möglich einzelne Pflanzenobjekte auch über eine implizite Geometrie zu modellieren. In diesem Fall existiert ein Prototyp auf den referenziert wird und im Modell werden Position, Größe und Ausrichtung über eine Transformationsmatrix angegeben.

Abb_8_18

Das Klassendiagramm für den SolitaryVegetationObjectType

Beispielbaum: Implicit_Tree.zip, Auszug aus Beispieldatensatz „CityGML_2.0_Test_Dataset_2012-04-23.zip, © Karl-Heinz Häfele, Research Center Karlsruhe, Insitute for Applied Computer Science.

Nach oben

8.5 Modellierung der Vegetation durch Fächergeometrie

Eine weit verbreitete Möglichkeit zur Darstellung von einzelnen Vegetationsobjekten ist die Verwendung von Texturen. Ein Baum kann z.B. durch ein einfaches Polygon dargestellt werden. Auf dem Polygon wird eine Textur aufgebracht, die ein Bild des Baumes zeigt. Der Anteil des Bildes, der nicht zum Baum gehört, wird transparent dargestellt.

Vier Polygone zur plastischeren Darstellung eines Baumes über Texturen. Links mit Textur, rechts ohne Textur

Vier Polygone zur plastischeren Darstellung eines Baumes über Texturen. Links mit Textur, rechts ohne Textur

Nach oben

8.6 Modellierung von Bäumen durch analytische Geometrie

Mit Hilfe des an der HFT Stuttgart entwickelten Java-Programms TreeGenerator lassen sich Baummodelle in CityGML auf Basis von analytischer Geometrie erzeugen. Grundlage ist dabei eine Textdatei, in der ein eindeutiger Baum-Identifikator, die Baumhöhe, die Höhe des Stammes, der Kronendurchmesser, der Stammdurchmesser und die Lage des Baumes angegeben
werden.

Modell eines Laub- und Nadelbaumes generiert mit dem Tree Generator: Trees_TreeGenerator.zip

Nach oben

8.7 Praxisbeispiel: Erstellung eines Vegetationsmodells aus einem Baumkataster

Ausgangsmaterial:

  • Baumkataster mit Geoposition und Attributen wie z.B. Baumart, Baumhöhe etc. (Shape-File)
  • Falls keine Höhenangabe vorhanden ist: LIDAR-Daten (DOM)
  • Digitales Geländemodell (DGM)

Verwendete Werkzeuge:

  • ArcGIS Tool: Create TIN  – Aus den LIDAR-Daten wird ein DOM im TIN-Format generiert
  • Model Builder: Für jeden Baum werden Bodenpunkt (aus DGM) und Oberkante der Baumkrone (aus DOM) ermittelt und in die Baumkatasterdatei geschrieben einige weitere Höhenparameter aus den gegebenen Werten berechnet und eine 3D Feature Class generiert
  • ArcGIS, Layer Properties 1, Baumkronen: Den einzelnen Bäumen werden 2D-Symbole zugewiesen („Cone“ und „Sphere“), die Symbolgröße wird über das Attribut DKRONE =( [Z_DOM]-[Z_DGM])*0.7 definiert.
  • ArcGIS, Layer Properties 2, Baumstämme: Den einzelnen Bäumen werden einfache 2D-Punktsymbole zugewiesen, die in einem weiteren Bearbeitungsschritt auf das Gelände extrudiert werden.

Ergebnis: Bäume aus Baumkataster in CityGML: Vegetation_Innenstadt_Paderquellen.zip

Nach oben