Adatmodellezés CityGML használatával

Átírás

1 Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia Adatmdellezés CityGML használatával Kttyán László Nyugat-magyarrszági Egyetem Geinfrmatikai Kar ÖSSZEFOGLALÁS (Times 12 pnts félkövér nagybetűk) A 3D Várskalauz kutatási prjekt a 3D vársmdellek előállításának és PDA eszközökön történő megjelenítésének lehetőségeit vizsgálja. A prjektben kialakítandó mintarendszer elsősrban lézerszkenneléssel felmért adatkból előállíttt 3D mdellen alapul, aznban hetergén adatfrrásból származó történelmi és turisztikai adatkat is tartalmaz. Az adatk egységes kezelésére a CityGML szabvány kerül alkalmazásra. A cikk röviden ismerteti a prjektet, tárgyalja a szabvány által kínált adatmdellezési lehetőségeket és bemutatja az adatmdell kialakításának lépéseit. A 3D VÁROSKALAUZ PROJEKT BEMUTATÁSA A 3D Várskalauz kutatási prjekt a Nemzeti Kutatási és Technlógiai Hivatal által támgattt prjekt, amely a főpályázó, Fehérvár ÉPÍTÉSZ Kft és a knzrciumi partner, GEOINFO Nnprfit Kft. összefgásával valósul meg. A kétéves prjekt befejezési időpntja április 30-a. A prjekt célja, a napjaink innvatív technlógiái, módszerei alkalmazásával egyrészt, a valós 3D mdellek előállításának és mbil eszközökön történő megjelenítésének vizsgálata turisztikai célú felhasználásra; másrészt, egy mintarendszer elkészítése, amely módszereket, eljáráskat kínál turisztikai infrmációs rendszerek kialakításáhz PDA eszközökön. A prjekt srán a résztvevők kutatási és fejlesztési feladatkat valósítanak meg. A kutatási feladatk a következők: Helytörténeti kutatás: Székesfehérvár belvársában egy kijelölt mintaterületre vnatkztatva adatkat gyűjtünk. Az adatgyűjtés könyvtári és levéltári kutatáskat igényel, amely eredményeként a mintaterületről művészettörténeti, régészeti adatk feltárására kerül sr. Az épületek, térbeli bjektumk elhelyezkedését helyszíni, környezeti felmérésekkel rögzítjük. 1 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

2 Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia Adat-, és eljárásmdell kidlgzása a hármdimenziós, kétdimenziós és a kapcslódó leíró adatk integrálására: A helytörténeti kutatás srán feltárt leíró szöveges, képi és audi - adatk feldlgzására, térképi és 3D környezetben történő megjelenítésére adat- és eljárásmdellt dlgzunk ki. Az adatmdell elkészítésekr arra a kérdésre keressük a választ, hgy milyen módn szervezhetők az eltérő frmátumú és eltérő karakterisztikával rendelkező leíró adatk, a kétdimenziós térképi adatk és a hármdimenziós térbeli mdell lyan adatstruktúrába, amely biztsítja a redundancia szükséges mértékű elkerülését, valamint a kherens adattárlást a PDA eszköz erőfrrásainak figyelembe vételével. Az eljárásmdellben az adatk integrálására kívánunk megldást kidlgzni. 3D mdell ptimalizálás: A valós 3D mdellek előállítására több módszer is kínálkzik. Egy új technlógiai megldás a térbeli bjektumk lézerszkennelése, amely nagy pntsűrűségű mdellt eredményez. Alkalmazható megldás a tervrajzkn, helyszíni méréseken alapuló drótvázas mdellalktás, amelyre digitális fényképek kifeszítésével áll elő a valóság virtuális mdellje. Mindkét eljárás esetében az előállíttt adatk ptimalizálása szükséges, annak érdekében, hgy a mbil eszközökön megjeleníthető, kezelhető hármdimenziós tér jöjjön létre. A fejlesztési feladat egy mintarendszer kialakítását jelenti a kutatási eredmények felhasználásával. A mintarendszert célja, a vársba, régióba látgató turisták tájékztatása, kalauzlása látnivalótól látnivalóig. A mintarendszerben feldlgztt terület Székesfehérvár belvársának egy kijelölt részére terjed ki és PDA eszközökön kerül telepítésre, felhasználva az előállíttt tartalmakat. Az előállíttt szöveges, képi és audi tartalmak egy-egy 3D bjektumhz (látnivaló, műtárgy, intézmény...), kapcslódnak és leírják az adtt bjektummal kapcslats érdekességeket, haszns tudnivalókat, illetve útbaigazítást nyújtanak. A cikk írásának időpntjáig a prjektben kiválasztásra kerültek az alkalmazandó technlógiák, meghatárzásra került az adatk tárlására használandó adatmdell, a helytörténeti és a régészeti adatk gyűjtése befejeződött és megtörtént az első lézerszkenneres felmérés a mintaterületről. A MODELLALKOTÁS SZABVÁNYAI Az adatgyűjtésből származó adatk strukturálására, mdellalktásra száms megldás kínálkzik. Napjainkban, a földrajzi 3D mdellek adatainak tárlásáhz és megsztásáhz a CityGML és a KML leíró nyelvek kínálnak szabványs megldáskat. CityGML A CityGML egy nyílt adatmdell virtuális 3D várs mdellek tárlására, amelyet a földrajzi adatkat leíró nyílt OGC szabvány, a GML 3 (Gegraphy Markup Language) alkalmazási sémájaként implementáltak. A CityGML célja a vársi bjektumk 2 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

3 Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia reprezentálása lyan módn, hgy alkalmas legyen virtuális 3D mdellek tárlására augusztus 20-án az Open Gespatial Cnsrtium a CityGML verzióját hivatals OGC szabványként fgadta el. A CityGML, ellentétben a GML mdellel, az bjektumk gemetriája mellett, azk tematikus jellemzőit is kezeli. A nyelv gemetriai mdellje a 3D vársmdellek gemetriáját és tplógiáját, míg a tematikus mdell az bjektumk szemantikus infrmációit reprezentálja. A szemantikus mdell, a gemetriáhz jelentéseket társítva, lehetővé teszi az bjektumk közötti kapcslatk meghatárzását. Így, ugyanaz a 3D mdell felhasználható különböző alkalmazási területeken, az un. szemantika-vezérelt megjelenítés révén. [Klbe] [OGC, 2008] KML A Keyhle Markup Language (KML) jelölő nyelvet a Keyhle Inc. fejlesztette a Ggle Earth alkalmazáshz áprilisában az OGC a KML-t nyílt szabványként fgadta el. Egy KML állmány tartalmazhat gemetriát, 3D mdelleket, képeket és különböző frmákban megadható leíró adatt. A dkumentáció alapján a KML, többek között használható: egy helyhez tartzó iknk, címkék meghatárzására, kamera nézetek definiálására, a földfelszínhez tartzó képek csatlására, a KML elemek megjelenítésének definiálására, stíluskkal, a KML elemekhez tartzó HTML leírásk hzzáfűzésére, helyszín, rientáció és textúra meghatárzására 3D bjektumkhz. A KML nem GML alapú, aznban a KML 2.2 már több GML elemet felhasznál, illetve megállapdás született az OGC és a Ggle között a KML nyelv GML nyelvvel való tvábbi harmnizációjára. A CITYGML FELÉPÍTÉSE A KML elsősrban a földrajzi adatkra és azk megjelenítésére - az ábrázlásn túl, beleértve a felhasználók navigálását - helyezi a hangsúlyt, míg a CityGML ezek mellett a szemantikus tulajdnságkat is tartalmaz. A prjektben a CityGML szabvány alkalmazása mellett döntöttek a résztvevők, ugyanis a szemantika-vezérelt megjelenítés elve jól illeszkedik a mintarendszer tervezett funkcinalitásáhz. A CityGML mduláris felépítésű egy adatmdell több mdul felhasználásával alakítható ki. A mdulk a következők: Cre: a mdell alapvető beállításait tartalmazza, és hivatkzáskat a tvábbi felhasználandó tematikus mdulkra. 3 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

4 Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia Apperance: a mdullal a mdell bjektumaihz megjelenítési infrmációk társíthatók. Building: az épületek, épületrészek, és az épületek belső részeinek mdellezésére alkalmas mdul, az bjektumk négy részletességi szinten definiálhatók (LOD 1-4). CityFurniture: nem mzdítható bjektumk mdellezésére alkalmas mdul, mint például az utcalámpák, közlekedési táblák, hirdetőtáblák, utcai padk. CityObjectGrup: a mdell tetszőleges bjektumai csprtkba fglalhatók a mdul segítségével. Generics: a mdul egy kiterjesztési lehetőséget biztsít, amellyel lyan attribútumk, sztályk definiálhatók, amelyek nem találhatók meg a tematikus mdulkban. LandUse: a mdul egy földterület földhasználati adatainak reprezentálására szlgál. Relief: a mdul a dmbrzat meghatárzását teszi lehetővé. Transprtatin: utak, vasútak, terek mdellezésére. Vegetatin: a növényzet mdellezésére, a mdell bjektumai lehetnek egyedi növények (pl. fa) vagy növényzettel bríttt területek (pl. erdő). WaterBdy: flyók, csatrnák, tavak, vízgyűjtők mdellezésére alkalmas mdul. TexturedSurface: a mdul az bjektumk felületinek vizuális reprezentációjára alkalmas. A szabvány későbbi verzióiban ez a mdul felfüggesztésre kerül, ezért helyette az Apperance mdul használatát javaslják. A mduláris felépítés lehetőséget biztsít, arra, hgy az alkalmazáskhz kialakítandó adatmdellben a mdulk igény szerinti kmbinációja legyen felhasználható. A mdulk egyfajta összeállítása a prfil. A szabványban definiált összes mdul által alkttt prfil az un. base prfile. Az lyan alkalmazás specifikus adatk, amelyek a szabványban nem biztsítttak a Generics mdulban definiálhatók vagy használható az un. ADE (Applicatin Dmain Extensin) mechanizmus. Az ADE kiterjesztés külön XML sémaként adható meg, definiálva az alkalmazáshz szükséges elemeket. A CityGML fnts jellemzője a mdell részletességének beállítása. A szabvány öt részletességi szintet definiál (1. táblázat), amelyekből négy az épületbjektumkra alkalmazható. 4 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

5 Mdell jellemző kiterjedése Pntsság szövegesen Pntsság számszerűen (vízszintes, magassági) Generalizáltság Épületek berendezése A tetőidmk kinézete, felépítése Tetőidmk túlnyúló része Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia 1. táblázat A CityGML részletességi szintjei [OGC, 2008 alapján] LOD0 LOD1 LOD2 LOD3 LOD4 régió várs, régió vársrész építészeti mdell (külső) építészeti mdell (belső) legalacsnyabb alacsny közepes magas nagyn magas alacsnyabb a LOD1-nél maximális generalizáció (területhasználat szerinti sztályzás) 5/5 m 2/2 m 0.5/0.5 m 0.2/0.2 m blkkszerű, generalizált bjektumk; >6*6 m/3m generalizált bjektumk; >4*4m/2M valóságszerű bjektumk; >2*2m/1m a külső megjelenés szempntjából nincs laps típus és irány a valós visznyknak - - nincs nincs igen Utcabútrk - fntsabb bjektumk Egyedülálló fák - fntsabb bjektumk Összefüggő növényzet egységes bjektumkkal egységes bjektumkkal, ha nagybbak 6 méternél a valós visznyknak egységes bjektumkkal, ha nagybbak 2 méternél épületrészek és helyiségek ábrázlása a valós visznyknak a valós visznyknak a valós visznyknak egységes, vagy a valós visznyknak megfelelő bjektumkkal - >50*50m >5*5m <LOD2 <LOD2 A részletesség egyaránt jelent gemetriai szempntból és tematikus szempntból részletezettebb reprezentációt (1. ábra). A szabvány lehetőséget biztsít arra, hgy egyegy épület bjektum egy mdellben több részletességi szinten is ábrázlásra kerüljön. [OGC, 2008] 5 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

6 Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia 1. ábra Objektumk megjelenítése különböző részletességben [OGC, 2008] A MINTARENDSZER SPECIÁLIS ADATAI A mintarendszer GPS vevővel rendelkező PDA eszközön kerül telepítésre. A rendszer fő funkciója a turisták kalauzlása látnivalótól-látnivalóig és a 3D megjelenítés biztsítása. A kalauzlás tervezett megldása a hang alapú és a szöveg alapú tájékztatás a magyar mellett, angl, német és francia nyelveken. A rendszer fnts jellemzője lesz az idő dimenzió, ugyanis egy bjektum történelmi vnatkzású leíró és térbeli adatkkal is rendelkezhet. A mintarendszer 3D bjektumai az alábbiak szerint csprtsíthatók: vársi bjektumk, amelyek jelenleg láthatók (épületek, szbrk, utcai bjektumk), az épületeken belüli bjektumk (pl.: történelmi, kulturális vagy művészettörténeti jelentőségű belső terek, festmények), történelmi bjektumk, amelyek már nem láthatók, de régészeti és művészettörténeti kutatásk eredményeként mdellezhetők (pl.: lermblt épületek, várfalak). A mintarendszer tehát a szabványban meghatárztt elemeken túl tvábbi adatkat is tartalmaz, ehhez a szabvány kiterjesztése szükséges. A kiterjesztés definiálja: a történeti és művészettörténeti leíráskat, az bjektumkhz tartzó képi (pl. fénykép, alaprajz, ) tartalmak jellemzőit, a turisztikai infrmációkat (pl. kalauzlás több nyelven, hanganyagk), az idő dimenzió adatait. 6 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

7 Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia A MODELL KIALAKÍTÁSA A prjekt megvalósítása srán az adatgyűjtés nagyrészt megtörtént. Rendelkezésre állnak a régészeti, történelmi és turisztikai leíró adatk. A történelmi bjektumk 3D mdelljét alaprajzk és leírásk segítségével, CAD szftverrel készítették el a prjekt résztvevői. A mintaterület jelenlegi mdelljét földi lézerszkenneres felméréssel biztsítjuk (3. ábra, 4. ábra), valamint rendelkezésre áll légi lézerszkennelésből származó pntfelhő, amely az épületek tetőszerkezeteinek mdellezéséhez használható. A pntfelhő feldlgzása A 3D mdell elkészítéséhez a pntfelhő ptimalizálása szükséges, amelyet követően vektrs mdell állítható elő. 2. ábra A felmért mintaterület A feldlgzás főbb lépései a következők: Adat tisztítás: a felesleges pntk kiszűrése, eltávlítása a mdellből. A pntk csökkentése (resampling). Térháló/hármszögháló illesztése. Az üres területek kitöltése. Térháló ptimalizálása az állmány méretének csökkentése céljából. Textúrázás: képek feszítése a mdellre. [Lerma et al., 2008] 7 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

8 Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia A térháló alkalmazása helyett egyes bjektumk vektrs gemetriai elemekkel is megadhatók. A CityGML mdell előállítása 3. ábra A Vársház tér részlete Miután a pntfelhő feldlgzása befejeződött és rendelkezésre állnak a mdell térbeli bjektumai, illetve rendelkezésre állnak a már krábban gyűjtött és feldlgztt történelmi térbeli bjektumk, a szöveges, a képi és hanganyagk, a következő lépés a CityGML mdell elkészítése a kidlgztt, kiterjesztett adatmdellnek. A mdell előállításáhz a prjekt részvevői egy eljárásmdellt dlgznak ki, amelynek célja a feladat, lehetőség szerinti autmatizálása. Az autmatizálást nehezíti az adatk skfélesége és a mdell részletességének mértéke. Az elképzelések szerint az épületek LOD2, illetve LOD3 szintű részletességgel ábrázlandók. Az előállítandó CityGML mdell fnts jellemzője lesz a mdell mérete, amely meghatárzza annak PDA eszközön történő kezelését. Amennyiben szükséges, a mdell kezelhetősége javítható az részletezettség csökkentésével valamint a mdell bináris frmában történő tárlásával. Az elkészült adatmdell ellenőrzésre kerül építészeti és idegenfrgalmi szempntból, amelyet a mdell javítása követ. 8 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.

9 Tvábbi feladatk Kttyán László Társadalm térinfrmatika kataszter * GISpen knferencia A prjekt résztvevői a prjekt másdik fázisában készítik el a mintarendszert, amelyhez a.net CF platfrm került kiválasztásra. Az adatk megjelenítését a Direct3D grafikus alkalmazásprgramzói felület biztsítja. Az alkalmazás fejlesztéséhez a Basic4ppc integrált fejlesztőkörnyezetet használják a prjekt megvalósítói. [Kttyán, 2009] AZ EREDMÉNYEK HASZNOSÍTÁSA Az elképzelések szerint, a kutatási eredmények és a mintarendszer alapul szlgálhatnak a későbbiekben kialakítandó turisztikai infrmációs rendszerekhez, amelyek vársi vagy reginális szinten élénkíthetik a turizmust, a turizmusban érdekelt szlgáltatók, szervek, infrmációs közpntk együttműködése révén. A PDA eszközökön elérhető turisztikai infrmációs rendszer az akadálymentesítés kérdésére is kínál egyfajta megldást, hiszen az érzékszervi fgyatékssággal élők számára megkönnyítheti az ismeretszerzést és a tájékzódást. Az audi-vizuális prezentáció egyaránt használható a gyengén látók, valamint a siketek és nagythallók számára. IRODALOM 1. Klbe, T.H.: CityGML Hme, 2. Kttyán L,: Szakmai beszámló, 1.1 Technlógiai kutatás, 3D Várskaluz prjekt, Lerma García, J.L., Van Genechten, B., Heine, E., Santana Quinter, M.: Thery and practice n Terrestrial Laser Scanning., Editrial de la Universidad Plitécnica de Valencia., Valencia, SPAIN, OGC: OpenGIS City Gegraphy Markup Language (CityGML) Encding Standard, OGC r1, 2008 A szerző elérési adatai Kttyán László Nyugat-magyarrszági Egyetem Geinfrmatikai Kar 8000 Székesfehérvár Pirsalma u Tel kl@ge.inf.hu Hnlap: 9 Nyugat-magyarrszági Egyetem, Geinfrmatikai Kar, Székesfehérvár, 2010.