Kartdata, terrengmodeller og 3D-visualisering.

Transkript

1 Kartdata, terrengmodeller og 3D-visualisering. Erfaringer, utfordringer, problemstillinger og spørsmål. Knut Helge Skare Overingeniør GeoForum fagseminar februar 2008

2 Disposisjon Litt om Høgskolen i Ålesund. Noen begreper/definisjoner. Kort om bruksområder for terrengmodeller og 3D. Hva består 3D-modellen av? Sentrale problemstillinger/spørsmål - Erfaringer. Forskningsprosjektet Det virtuelle Møre Erfaringer.

3 Litt om Høgskolen i Ålesund Ca 1900 studenter og 180 ansatte. Tilbyr utdanninger innen: Ingeniørfag, maritime fag, sykepleie, bioingeniør, fiskeri- og økonomisk- administrative fag. Bygg sentrale fag/kompetanse sett i forhold til temaet: Kart og Landmåling, Arealplanlegging, Vegbygging, GIS og Digitale terrengmodeller Maritim/Nautikk Dynamisk posisjonering, Elektroniske kart- og posisjoneringssystemer. IKT (Data) Programmering, Simulering, visualisering og VR-teknologi. Simulatormiljøet Ankerhåndtering, hurtigbåt, skip.. Offshore Simulator Center (OSC):

4 Begreper/definisjoner (fra wikipedia) Animasjon: En illusjon av bevegelse som oppstår når en viser stillestående bilder fortløpende etter hverandre. Handlingen er definert En film. Sanntid (Realtime) Et system som opererer i sanntid har krav til reaksjonstid og responstid. En beveger seg fritt i modellen. Kunstig virkelighet (Virtual Reality) En teknologi som lar brukeren interagere (påvirke) med et datasimulert miljø, f.eks. et ekte eller fiktivt. Funksjonalitet, intelligens. Virkeligheten blir til mens en går. Simulering Simulation er en imitation af noget virkeligt, tingenes tilstand eller en proces. At simulere er at lade som om, forstille sig. Konsekvenser: Hva hvis..?

5 Bruksområder for terrengmodeller og 3D INGENIØROPPGAVER : Planlegging Prosjektering (Enkel) Presentasjon

6 Bruksområder for terrengmodeller og 3D INGENIØROPPGAVER : Planlegging Prosjektering (Enkel) Presentasjon

7 Bruksområder for terrengmodeller og 3D INGENIØROPPGAVER : Planlegging Prosjektering (Enkel) Presentasjon Analyse Detaljert Presentasjon for markedsføring, salg, turisme..

8 Hva består 3D-modellen av? 3D modell Lasermålinger N5 Terreng Grunnlagsdata Objekter Grunnlagsdata N50 DEM-format Digital Elevation Model (punktsky) SOSI-format Kommunale vektordata Innsamlede data Bilder DAK-tegninger 3D-modeller En grov modell for stor geografisk dekning. Detaljert modell for begrensede områder (?) Inneholder tekniske data: Bygg, veger.

9 Sentrale problemstillinger/spørsmål I OMRÅDET: Hvor stort område skal modellen dekke? Hvordan skal terrenget presenteres? Hvilken detaljeringsgrad er nødvendig/ønskelig? ALTSÅ: Hvilket datagrunnlag har vi/kan vi benytte? Laserhøydemålinger, kommunale SOSI FBK-data, N5, N50, DEM? Hva betyr dette for datamengden? TEKSTURERING (RENDERING): Hvordan skal terrenget tekstureres? Kan vi bruke ulike detaljeringsnivå? VISNING: Skal modellen vises som en film eller i sanntid? Skal modellen vises på en lokal maskin eller kjøres over Internett? ALTSÅ: Hvilken datamengde kan vi akseptere?

10 Teksturering av terreng Ortofoto Klarer vi å utnytte den høye oppløsningen? Satellittbilder Genererte teksturer F.eks. ut fra høgde over havet og helning Hva betyr teksturen for datamengden? Kan vi bruke ulike detaljeringsnivå? (Level of details; LOD) Kan altså det som er nært øyet vises mer detaljert enn det som er fjernt? Og slik at data lastes inn (og kastes ut) etter hvert som de trengs? Hvor bra blir dette?

11 Sentrale problemstillinger/spørsmål II 3D objekter Hvilke objekter skal være med i modellen? (Bygninger, vegetasjon, stolper, skilt.) Hvordan skal disse skapes /modelleres? Fra kart, DAK-tegninger eller modelleres (bibliotek)? Hvis objekter skal modelleres Hvor detaljert? Hvor detaljert skal objektene presenteres? Finnes det DAK-tegninger o.l. og kan disse nyttes? Er tegningene i 3D? For detaljerte? Hvilken betydning har dette for datamengden?

12 Teksturering av 3D-objekter Uten eller med en enkel teksturering? eller (tilnærmet) fotorealistisk presentasjon? Fotobehandling Klipping, skalering, fargejustering, fjerning av uønskede elementer. Hvilken betydning har dette for datamengden?

13 Sentrale problemstillinger/spørsmål III - Veger Kun SOSI FKB-data fra kommunen har (gode) vegdata. Er vegdataene gode nok? Er veger og kryss flatedannet (3D-flater) og er høgdene korrekt? Høgdekurver som krysser veger skaper sprang i modellen. Hvordan kan vi løse dette? Hvordan får vi presentert veger og kryss skikkelig? Typiske problemer med broer, kulverter, ramper o.l. Må bearbeides (manuelt?). Hvordan gjør vi det rasjonelt??

14 Sentrale problemstillinger/spørsmål IV - Datakraft For utarbeidelse av: Store modeller Med fotorealistisk teksturering Kreves: Stor maskinkapasitet/prosessorkraft. Gode grafikk-kort Mye minne (operativsystemene setter begrensninger i utnyttelsen av minnet - 4 GB?). Hensiktsmessig programvare Hvordan formidler vi modellen? Høyoppløselige filmer kan lages, men tar lang tid å skape (renderpark) og blir store i volum. Sanntidsmodeller (og filmer) kan formidles over nett, men kan av kapasitetshensyn ikke være for detaljerte. Programvare utvikles etter hvert med muligheten for ulik level of details og lasting av data etter behov. Blir dette bra (nok)?

15 Noen Virtuelle Glober over Ålesund Formidling over Internett Microsoft Virtual Earth beta Kun store terrengformasjoner vises Ikke store nok utslag til å vise Ålesund. Google Earth Lite detaljert terreng, men noe bedre. Norkart VirtualGlobe Mest detaljert. Den beste. Større krav til lokal maskin og linjekapasitet. Ingen 3D-objekter i Ålesund. Generelt fra Virtual Globe: Begrenset med 3D-objekter (ofte enkle). Få objekter med tekstur. Hva når vi detaljerer og teksturerer mer? Benytter LOD. Godt nok?

16 Hva er mulig og hva forventer fremtidens brukere? Film? Sanntidsvisning? Lys, sollys og skygge? Himmel, dis og tåkeeffekter? Hav, bølger og hva under havflaten? Kan jeg bevege meg i modellen? Kan andre objekter bevege seg? Hva styrer min og andres bevegelser? - Faste programmerte ruter eller - Intelligente objekter? Hva kan jeg gjøre i modellen (kjøpe, selge, bytte, flytte, skyte.spillfunksjonalitet)? Den oppvoksende generasjonen er oppflasket med spillindustriens muligheter: Kan og ønsker vi å stette kravene disse har? Hva vil dette koste? Hva får vi igjen?

17 Utbedret DEM/DTM fra statens kartverk? Forprosjekt: Statens kartverk i samarbeid med Avinor, Statens vegvesen, Geovekst og NVE: Hvordan forvaltes terrengdata i dag? Hvordan tenker man seg å forvalte slike data i framtiden? Høring med frist 1.okt 2007 og med anbefaling om å realisere løsningen som foreslått i rapporten: En nøyaktighetsforbedring av Statens kartverks landsdekkende terrengmodell ved bruk av høydekurver og høydepunkt fra FKB Standard høydegrunnlag (FKB-H5), vann med høyde fra FKB Vanndata, samt vegsenterlinje fra Vbase. Modellen blir som før i områder hvor disse dataene ikke finnes. En forbedring, men ikke godt nok for detaljplanlegging og detaljvisualisering Tlb.mld. fra flere av høringsinstansene/etatene. Flere av etatene har behov for mer detaljerte f.eks. data basert på laserskanning. Er løsningen som er anbefalt (valgt?) fremtidsrettet? Kost/nytte?

18 Utbedret DEM/DTM fra statens kartverk? Forprosjekt: Statens kartverk i samarbeid med Avinor, Statens vegvesen, Geovekst og NVE: Hvordan forvaltes terrengdata i dag? Hvordan tenker man seg å forvalte slike data i framtiden? Høring med frist 1.okt 2007 og med anbefaling om å realisere løsningen som foreslått i rapporten: En nøyaktighetsforbedring av Statens kartverks landsdekkende terrengmodell ved bruk av høydekurver og høydepunkt fra FKB Standard høydegrunnlag (FKB-H5), vann med høyde fra FKB Vanndata, samt vegsenterlinje fra Vbase. Modellen blir som før i områder hvor disse dataene ikke finnes. En forbedring, men ikke godt nok for detaljplanlegging og detaljvisualisering Tlb.mld. fra flere av høringsinstansene/etatene. Flere av etatene har behov for mer detaljerte f.eks. data basert på laserskanning. Er løsningen som er anbefalt (valgt?) fremtidsrettet? Kost/nytte?

19 Virtuelle Møre Et forskningsprosjekt med mål om å utvikle et virtuelt Møre som en 3D virtuell informasjonsverden for forskning, opplæring, planlegging.. Med basis i: Teknologi og kompetanse brukt i Høgskolenes maritime simulatorer. Høgskolens fagmiljø (Bygg, Data og maritim) innen forskning, utvikling og undervisning. Prosjektmedarbeidere: Harald Yndestad Professor Liv Møller-Christensen Høgskolelektor Knut Helge Skare - Overingeniør Terje Slinning Avdelingsingeniør..

20 Prosjektpilot - Ålesund sentrum øst Lage en detaljert modell fra TINE Meieri til Volsdalen camping. Grovmodellere terreng utenfor området for å gi et helhetsbilde. Modellere et utvalg av bygninger i området. Vurdere teknologi; hardware, software og metodeutvikling. Teste ulike dataformat, datamengder og datautveksling. Piloten fikk en tidsrammen fra medio januar til medio mai -07. Testet to veger med ulike datagrunnlag frem mot en 3D-modell: Lett : Alt utvikles i et 3D GIS-program. Tung : Bruk av ulike verktøy for fremstilling av modellen

21 Enkel metode: Hele modellen utvikles i et 3D-GIS Modellere terreng i program direkte fra kommunale SOSI FKB-data. Drapere ortofoto som tekstur på terrenget. 3D-modellen vises i sin helhet programmenes viewere. Evt. forbedring ved: Bearbeiding av veger og kryss. Supplere med bygninger, broer o.l. fra andre 3D-program. (3DSMax, ArkPartner, AutoCAD, ArchiCAD. ) Rask metode for å lage en enkel 3D-modell, men krever gode data. Middels krav til kompetanse. Kostnader avhenger av detaljnivå. Tid og kostnadskrevende hvis en ønsker detaljerte 3D-objekter. De interne viewerne er ofte enkle og har sine klare begrensninger. Feil og mangler i kartdataene kan skape problemer. For mange polygoner genereres. Selv modeller over små områder kan bli tunge og kjøre. Egner seg dermed lite for modellering av større områder (?)

22 Tung metode: Ulike verktøy frem mot endelig 3D-modell Modellere terreng fra Statens kartverk sine DEM-data. Oppløsning på 25x25 meter. Supplere med kystkontur fra SOSI FKB-data evt. fra sjøkart. Modellere veger fra SOSI FKB-data. Enkelt? Gode metoder? Modellere bygninger og 3D-objekter (ikke med på grunnlagsdataene). Sammenstille veger og terreng sammen til en modell. Supplere med bygninger og andre 3D objekt i modellen. Testet flere verktøy for oppbygging ogforbedring av terreng og 3Dobjekter: Creator, 3ds Max, Sketcup, Photoshop, Globalmapper, Photomatch, L3DT Tid-, ressurs- og kompetansekrevende metode. Ekstraarbeid med kystkontruren, veger og andre 3D-objekter. Større mulighet for gjenbruk av data. Mindre detaljert terreng, men mindre feilkilder. Kan lage modeller over større områder.

23 Videre arbeid/uttesting Finne løsninger for store modeller. Finne løsninger for generering av veger. Kombinere data på land og sjø (dybdedata): Terreng: SOSI FKB-data.. Sjø: S-57 data. Problemstillinger: Ulike referansesystemer på sjø og land transformasjon. Manglende samsvar (pga ulik detaljering) mellom kystkontur på sjødata, SOSI FKB-data og ortofoto. Manglende samsvar mellom dybdehurver på sjødata og høydekurver i SOSI FKB-data (dybdekurver går inn på land og høydekurver går ut i sjø) p.g.a.: Ulik detaljering på sjøkart og landkart Ulik alder på dataene. Ulike høgdereferansenivå sjø og land. Ulike referansesystemer sjø og land transformasjon.

24 Erfaringer med grunnlagsdata Tilgjengelige grunnlagsdata i dette prosjektet Tekniske kart i SOSI-format (av eldre dato) Ortofoto med oppløsning 6000x8000 i jpg-format (helt nye) Høyoppløselige bilder er bra og fungerer godt i mindre modeller. Oppløsningen kan ofte ikke nyttiggjøres i større 3D-modeller p.g.a. krav til maskinresurser både under produksjon og visning. I 3D er det viktig at kvaliteten på grunnlagsdataene er gode. Manglende/feil i høgder blir veldig tydelige i 3D Kan medføre store problemer med å fremstille en god 3D-modell. 3D-objekter (Bygg) ikke godt nok beskrevet i tidligere SOSI-versjoner (før 4.0).

25 Grunnlagsdata utfordringer (med eldre data) Bygninger med kompleks takflate og/eller mangler møneretning. Bygninger som ikke er flatedannet Bygninger uten høyde (0-verdi) Veger, broer/ramper med manglende eller feil i høyde. Bekker med en og samme høyde over en lengde. Vann uten høyde FEIL MÅ OFTE RETTES MANUELT

26 En liten sanntidstur i modellen Snurr film