Diplomarbeit 2007 - Koppel Engineering

Transcription

Fachhochschule Bochum
Fachbereich
Vermessungswesen
Diplomarbeit
Marek Koppel
Vergleichende Untersuchung zum Aufbau, zur Funktionalität und zur Nutzung
aktueller Earth-Browser sowie exemplarische Erstellung einer 3D-Szene mit
dem Konstruktionsprogramm Google SketchUp.
Referent: Prof. Dr.-Ing. Heinz-Jürgen Przybilla
Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Norbert Kersting
Bochum, November 2007
Aufgabenstellung
I
Aufgabenstellung
II
Erklärung
Erklärung
Ich erkläre hiermit, dass die vorliegende Diplomarbeit selbst angefertigt habe.
Die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als
solche kenntlich gemacht.
Die Arbeit wurde bisher keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und auch nicht
veröffentlicht.
Bochum, 15. November 2007
Marek Koppel
III
Danksagung
Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr.-Ing. H.-J. Przybilla für die
ausgezeichnete Betreuung meiner Diplomarbeit und Herrn Prof. Dr.-Ing. N. Kersting
für die Übernahme der Korreferenz bedanken.
Weiterer Dank geht an Herrn Dipl.-Ing. R. Brechtken für die Geduld bei der
Entwicklung des Programmes für die Höhenreduktion der KML 2.0 Modelle.
Ferner bedanke ich mich bei allen die mich während der Diplomarbeit unterstützt
haben, speziell Herrn Polednik und Herrn Wnuk für die Bereitstellung der
Laserscanndaten, Frau Dipl.-Ing. Antje Grünkemeier für die Hilfestellungen bei der
Auswertung der Daten mit Cyclone sowie Herrn Dipl.-Ing. Georg J. M. Riegel.
Mein besonderer Dank gilt meinen Eltern, die mich während des gesamten Studiums
mental unterstützt haben.
Bochum, 15. November 2007
Marek Koppel
IV
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1
2
Einleitung
1
1.1 Motivation
1
Software Vergleich
2
2.1 Allgemeines
2.1.1 WebMapping und WebGIS Anwendungen
2.1.1.1
Klassifizierung
2.1.1.2
Architektur
2.1.1.3
Earth Viewer
2
2
2
3
4
2.2 Earth Viewer Präsentation
2.2.1 Google Earth
2.2.1.1
Das GUI und seine Funktionen
2.2.1.2
Navigation
2.2.1.3
Daten
2.2.1.3.1 Das Bildmaterial
2.2.1.3.2 Höheninformationen
2.2.1.3.3 Daten Import/Export
2.2.1.4
Die Beschreibungssprache KML
2.2.1.5
Perspektiven
2.2.1.6
Refinanzierung
2.2.2 Virtual Earth
2.2.2.1
2.2.2.2
Navigation
2.2.2.3
Daten
2.2.2.4
Perspektiven
2.2.2.5
Refinanzierung
6
6
10
13
15
16
19
21
23
26
27
28
29
30
31
32
34
34
34
35
V
Inhaltsverzeichnis
2.2.3 Nasa World Wind
2.2.3.1
2.2.3.2
Navigation
2.2.3.3
Daten
2.2.3.4
Perspektiven
2.2.3.5
Refinanzierung
36
37
39
39
39
41
41
41
42
2.3 Direkter Vergleich der Anwendungen
2.3.1 Beurteilungskriterien
2.3.1.1
Geocodierung
2.3.1.2
Genauigkeit der Geocodierung
43
43
44
44
2.3.2
2.3.3
3
Begründung der Punkteverteilung
Ergebnis der Beurteilung
48
50
Modellierung und Visualisierung in GE
51
3.1 Allgemeines
3.1.1 Virtual Reality & Desktop VR
3.1.2 3D Stadtmodelle
3.1.2.1
LoD Qualitätsstufen
3.1.2.2
Anwendungsbereiche
51
51
52
53
54
3.2 Das Objekt „Kläranlage“
55
3.3 Redaktionelle Überlegungen
57
3.4 Ausgangsdaten
3.4.1 Terrestrische Aufnahme der Kläranlage Bottrop
3.4.2 Auswertung in Cyclone
58
58
59
3.5 SketchUp 5
3.5.1 Das GUI und seine Funktionen
3.5.2 Daten Import / Export
3.5.3 Georeferenzierung
61
62
68
70
VI
Inhaltsverzeichnis
3.5.4 Manuelle Georeferenzierung
3.5.4.1
Lage
3.5.4.2
Höhe
3.5.4.3
Abbildungsgenauigkeit manuell georeferenzierter Modelle in GE
73
74
74
75
3.5.5 Modellieren der KA Bottrop mit SketchUp
3.5.5.1
Ausgestaltung
76
78
3.6 Probleme und Lösungen
3.6.1 Bewusste Texturierung
3.6.2 Geländemodell
3.6.2.1
Eigenes Geländemodell
3.6.2.2
Anpassung der Modelle an das GE-Geländemodell
3.6.3
Lagekorrektur der Modelle im GE
3.7 Visualisierung in GE
3.7.1 Darstellungsvarianten
3.7.1.1
Modell auf eigenem DGM
3.7.1.2
Modell auf GE aufliegend
3.7.1.3
Modell auf GE einzeln angepasst
3.7.2
Vergleich der Darstellungsarten
80
80
82
83
86
87
90
90
91
92
93
94
4
Fazit
96
5
Ergänzungen
98
5.1 Virtual Earth
98
5.2 SketchUp 6
98
Literaturverzeichnis
100
Abbildungsverzeichnis
104
Abkürzungsverzeichnis
107
Tabellenverzeichnis
109
Anhang
110
VII
Einleitung
1 Einleitung
Das Aufgabenfeld des Vermessungsingenieurs beschränkt sich heutzutage nicht
mehr allein auf die Datenerhebung, sondern auch auf eine zielgerechte Präsentation
der Ergebnisse. Dazu wurden in der Vergangenheit verschiedene CAD-Programme
aber auch Virtaul-Reality-Viewer eingesetzt, die jedoch durch viele programmspezifische Formate und hohe Hardwareanforderungen nicht für die Massenutzung
bestimmt waren. Eine alternative Möglichkeit der Interpretation von Geo-Daten bieten
die s. g. Earth-Browser, die als Client-Server-Anwendungen von der Wirtschaft zur
Verfügung gestellt werden, um raumbezogene Daten einem breiten Publikum zu
präsentieren. Diese Earth-Browser gewinnen immer mehr an Popularität und
erreichen durch das Web die weltweite Öffentlichkeit. Eben diese, größtenteils
kostenlosen Plattformen, sollten für die Darbietung verschiedener Projekte
erschlossen werden.
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Ergründen der o. g.
Earth-Browser sowie den Möglichkeiten, die den Nutzern in Verbindung mit diesen
Anwendungen zur Verfügung stehen.
1.1 Motivation
Als Motivation zur Ausführung dieser Diplomarbeit steht der Wunsch im Vordergrund,
eine virtuelle Präsenz der Kläranlage Bottrop zu schaffen, um die Chancen eines
solch innovativen Auftritts einer größeren Anlage abzuwägen.
1
Software Vergleich
2 Software Vergleich
2.1 Allgemeines
Kapitel 2.1 ist eine kurze Einführung in die WebMap bzw. WebGIS Begriffswelt sowie
die Eingliederung der Earth Viewer in diese Umgebung.
2.1.1 WebMapping und WebGIS Anwendungen
WebMapping ist von dem Begriff WebMap abgeleitet und bezieht sich auf den
Herstellungsprozess von Karten in einer Internetumgebung. WebMapping umfasst
neben
der
Visualisierung
der
Karte
im
Internet
auch
einfache
Ansichtsmanipulationen, wie Zoomen, Verschieben sowie das Ein- und Ausblenden
einzelner Ebenen (Layer). Diese Funktionen gelten in der Regel noch nicht als »GIS
adäquat«.
In Abgrenzung dazu wird von einem WebGIS gesprochen, wenn der Nutzer über die
WebMapping-Funktionalitäten hinaus Sachdaten selbständig ändern und
weiterführende
GIS-Operationen,
wie
z. B.
themenbezogene
Abfragen,
Suchfunktionen, Flächen- und Streckenermittlungen, durchführen kann.
Eine einheitliche und klare Abgrenzung zwischen WebMapping und WebGIS existiert
nicht. Beispielsweise werden vielfach grundlegende GIS-Analyse-Funktionalitäten,
wie
die
Sachdatenabfrage,
ebenfalls
dem
WebMapping
zugeordnet
(DICKMANN 2003).
WebMapping und WebGIS basieren auf geocodierten Orthophotos und Karten. Die
verschiedenen Systeme preisen mit guter Qualität des Materials (Kapitel 2.3.1.1).
2.1.1.1 Klassifizierung
WebMapping-Anwendungen lassen sich nach dem Interaktionsgrad in statische und
interaktive Kartendarstellungen klassifizieren.
Die sogenannten static maps oder view only maps sind vorgefertigte Karten, die sich
unmittelbar als einzelne Grafiken in Webseiten integrieren lassen, z. B. eingescannte
Papierkarten oder Orthophotos (orthós (griech.) = richtig, gerade, aufrecht), die
lediglich in Form von Bitmaps als statische Karten im Internet visualisiert werden. Es
gibt umfangreiche Online-Sammlungen von statischen Karten. Diese Art der
Kartendarstellung ist noch heute sehr verbreitet (MITCHELL 2005).
2
Software Vergleich
Bei interaktiven Karten hat der Nutzer vielfältige Möglichkeiten den Kartenausschnitt
individuell anzupassen oder weiterführende Informationen zu erhalten
(DICKMANN 2003).
2.1.1.2 Architektur
Die Grundlage von WebMapping- und WebGIS- Anwendungen bildet das
Client-Server-Modell. Als Client wird ein Webbrowser benutzt, der die
Kommunikation mit dem Webserver übernimmt. Der Client fordert eine Karte an, in
dem er eine Anfrage formuliert und diese an den Webserver schickt. Der Webserver
leitet die Kartenanfrage an den Mapserver weiter. Dieser wertet die Anfrage aus,
greift auf die benötigten Geodaten zurück und generiert daraus eine entsprechende
Grafik. Die fertige Karte wird nun an den Webserver gesendet, wo sie in eine
HTML-Seite integriert und zurück an den Client-Browser geschickt wird (Abb. 2.1).
Diese Struktur bleibt erhalten auch wenn der Client kein Webbrowser ist. So wird
z. B. der Google Earth (GE) Client statt mit HTML mit KML Quellcode samt den
serverseitig generierten Karten versorgt.
Abb. 2.1 Client-Server-Architektur (MITCHELL 2005)
3
Software Vergleich
2.1.1.3 Earth Viewer
Unter Earth Viewern oder Planetenbrowsern sind Browser zu verstehen, die ein
geografisches Ordnungssystem über den Planeten Erde unterstützen. Dabei spielt
weniger die zwei- oder dreidimensionale Darstellung die entscheidende Rolle,
sondern vielmehr das Ordnungssystem in dem Stadtpläne, Landkarten und
Satellitenfotos mit Navigationsdaten zu globalen Infrastrukturen zusammengefügt
werden (ITWISSEN 2007).
Demnach sind Earth Viewer die nächste Generation der interaktiven WebMappingbzw. WebGIS- Anwendungen. Auch für diese sind sowohl On- als auch
Offline-Systeme denkbar. Aufgrund der großen Datenmengen auf die zugegriffen
wird und der Updatemöglichkeiten die gegeben sein müssen, um den Datenbestand
aktuell zu halten, bieten Onlinelösungen deutliche Vorteile.
Die erste Idee für einen Planetenbrowser liegt im TerraVision-Projekt der deutschen
Firma Art+Com aus Berlin. Mit TerraVision wurde zum ersten Mal die Visualisierung
und die freie Navigation innerhalb eines unendlich großen Datenraumes möglich.
Somit entwickelte Art+Com seit 1993 eine interaktive und dreidimensionale
Visualisierung der Erde in Echtzeit mit stufenlosem Zoom. Dies wurde erstmals 1994
auf der International Telecommunication Union Konferenz (ITU) in Kyoto präsentiert.
Die Kosten, der für die Visualisierung notwendigen Hardware, betrugen ca.
300000 DM (STEINMANN 2006).
Heute kann man jeden Earth Viewer mit einer handelsüblichen Grafikkarte bedienen.
An der Entstehung der Software ist erkennbar, ab wann die Hardwareindustrie eine
günstige Lösung bieten konnte (Tabelle 2.1).
Programm
NASA World Wind
Erste veröffentlichte
Version
2004
Google Maps
02.2005
Google Earth
06.2005
MS Live Maps (jetzt mit
Virtual Earth 3D Plug-In)
12.2005
Tab. 2.1 Publikationen der Earth Browser
4
Software Vergleich
Neben der Weiterentwicklung von Grafikkarten waren Streaming- und
Kachelungstechniken sowie die Integration von Location-Based-Service (LBS) für
den Erfolg der ersten Earth Viewer verantwortlich.
Auf der einen Seite entdecken die Unternehmen die Viewer als eine universelle
Schnittstelle für beliebige Informationen. Auf der anderen Seite entdecken sie diese
als eine Art Werbeplattform, auf die sie auch seitens der Softwareentwickler gezielt
gelenkt werden. Es wird also auf dem virtuellem Abbild der Erde virtuelle
Werbefläche für reales Geld verkauft. Hier wird aber auch auf die Möglichkeit
hingewiesen, dass diese Viewer in der Zukunft in Konkurrenz zu bestehenden
GIS-Anwendungen treten können.
Trotzdem verfolgt jeder der in der Tabelle 2.1 genannten Browser ein etwas anders
Konzept zur Umsetzung der teilweise gleichen Daten. So setzt z. B. Google Earth
voll auf die privaten Nutzer, die kostenlos die GE-Datenbanken mit 3D-Modellen
füllen. MS Virtual Earth lässt in der Hinsicht weniger Spielraum zu und visiert den
Handel sowie die Unternehmen als Kunden an. NASA World Wind zielt in die
Forschung (Kapitel 2.2).
5
Software Vergleich
2.2 Earth Viewer Präsentation
2.2.1 Google Earth
„For anyone who has ever dreamed of flying…“– NY Times
“3D Interface to the Planet” so betitelt Google den eigenen Planetenbrowser und es
führt kein Weg an Google Earth vorbei, wenn von 3D Visualisierung im Web
gesprochen wird.
Das Programm ist ein Browser, wie Internet Explorer oder Firefox für HTML
Quellcode, jedoch wird hier die Modellierungssprache KML (Keyhole Markup
Language) für den Datenaustausch benutzt. Was jetzt noch fehlt ist ein HTML- bzw.
ein „KML-Editor“, um möglichst einfach Datensätze zu erstellen, um sie später
auszutauschen. Mit dem Google-eigenen Modellierwerkzeug „SketchUp“ ist ein
solcher Editor realisiert und die drei wesentlichen Komponenten zur Publikation von
Geodaten und 3D Modellen im Internet stehen zur Verfügung. Diese sind:
•
Planetenbrowser Google Earth
•
Beschreibungssprache KML
•
3D-Modellierer SketchUp
Entwickelt wurde das Programm unter dem Projektnamen Keyhole EarthViewer von
der 2001 gegründeten Firma Keyhole Corp. Hierbei bezieht sich sowohl die
Bezeichnung der Firma, als auch die des von ihr entwickelten Programms, auf eine
Serie
von
Spionagesatelliten
die
unter
der
Bezeichnung
Keyhole,
(Deutsch: Schlüsselloch), ihren Dienst verrichteten. Google gab den Kauf der Firma
im August 2004 bekannt und veröffentlichte im Juni 2005 eine erste Betaversion von
GE. Doch schon vorher zeigte Google, in Form von Google Maps, ein reges
Interesse an der Präsentation von raumbezogenen Geodaten im Netz.
Google Maps bezeichnet einen im Februar 2005 gestarteten Dienst von Google, der
es ermöglicht Orte, Hotels und andere Objekte zu suchen, um deren Position dann
auf einer Karte oder auf einem Bild von der Erdoberfläche anzuzeigen. Dabei kann
der Anwender zwischen einer reinen Kartendarstellung, einem Luftbild und einer
Hybrid-Ansicht wählen, die sowohl eine Karte als auch das Luftbild darstellt
(Abb.2.2).
6
Software Vergleich
Abb. 2.2 Hybride Ansicht bei Google Maps
GE bietet erweiterte Funktionalitäten zur Erkundung der Daten von Google Maps an,
wobei die Software GE und der Web-Dienst Google Maps auf nahezu identischen
Datensätzen basieren (LÖHR 2006).
Seitdem werden in unregelmäßigen Abständen neue Versionen von GE zum
Download bereitgestellt. GE ist in seiner Form ein reines Clientprogramm welches
auf Daten eines Servernetzes zugreift. Die neueste Version 4.2.0198 stammt vom
September 2007. Schätzungen zufolge, wurde die Software bereits von über 250
Millionen Menschen (Stand Juni 2007) auf ihren Rechnern installiert (GE COMMUNITY
2007a).
Wie es von anderen Earth Viewern bekannt ist, bietet auch GE einen
dreidimensionalen Globus der komplett mit Luft- und Satellitenbildern abgedeckt ist
(Public Domain & Copyright Daten). Es ist dem Benutzer über das GUI (Graphical
User Interface) möglich, jeden beliebigen Punkt auf diesem Globus stufenlos zu
zoomen und zu betrachten, dabei werden abhängig von der Sichthöhe immer
bessere Bilder geladen. Außerdem können Vektordaten aus verschiedenen
Bereichen, z. B. Straßen- oder Tourismusinformationen (2D) sowie komplexe 3D
Modelle von Gebäuden als Layer über eine Ebenenverwaltung dazu geschaltet
werden. Die neuesten Versionen von GE erlauben sogar eine direkte Adressen- oder
Koordinateneingabe, mit der der gesuchte Ort automatisch angeflogen wird. Zudem
gibt es die Funktion eines Routenplaners, eine Suchmöglichkeit nach verschiedenen
Branchen sowie vielen anderen Points of interest (POI).
Die Basisversion und die anderen verfügbaren Versionen sind proprietäre Software.
Dies stellt Software dar, bei der eine natürliche oder juristische Person die alleinigen
7
Software Vergleich
Eigentumsrechte an dieser Software hält und anderen gleichzeitig das Kopieren,
Weitergeben, Verändern oder Studieren derselben verbietet. In den meisten Fällen
wird bei solcher Software auch der Quelltext vom Rechteinhaber geheim gehalten
oder nur unter restriktiven Bedingungen verfügbar gemacht (W IKIPEDIA 2007).
Die Basisversion darf nicht weiter gegeben werden, kann aber kostenlos vom
Google-Server herunter geladen werden, hier ähnelt die Lizenz der Basisversion den
Bestimmungen von Freeware. Die gebührenpflichtigen Varianten werden aus der
Basisversion über ein Upgrade aktiviert oder müssen komplett neu installiert werden.
Wie bereits erwähnt ist die Basisversion für den privaten Gebrauch kostenfrei. Sie ist
an den Benutzer adressiert, der eine „virtuelle Reise“ unternehmen will oder einen
„ungestörten Blick“ in Nachbars Garten werfen möchte. Die Plus-Version wird gegen
eine Jahresgebühr von derzeit 20US$ angeboten und ist an Hobby-Kartographen
gerichtet. Die Pro-Variante ist für den professionellen und kommerziellen Einsatz
gedacht. Das Visualisieren, Analysieren sowie Präsentieren von Geodaten wird
durch verschiedene Erweiterungen vereinfacht. Diese Version wird für 400US$/Jahr
bereitgestellt. Zusätzlich gibt es eine Enterprise-Version für Unternehmen. Google
Earth Enterprise bedient Geschäftskunden mit eigenem Datenbestand, der auf
dedizierten Servern angeboten werden soll. Es werden keine Preise für diesen
Service genannt.
Alle Versionen (Tab. 2.2) beruhen jedoch auf dem gleichen Bildmaterial (GOOGLE
EARTH 2007).
8
Google Earth
Enterprise
Google Earth Pro
Google Earth Plus
Basisversion
Software Vergleich
•
Kostenloser Download im Internet
•
Drucken mit einer Auflösung von 1000 X 1000 Pixeln
•
Support nur über Web
•
Kosten: 20US$ pro Jahr
•
Schneller Netzwerkzugang
•
GPS Datenimport
•
•
Support über Web und eMail (nur Installations- und
Serverprobleme)
•
Import von bis zu 100 Ortskoordinaten oder Adressen aus
CSV-Dateien
•
Kosten: 400US$ pro Jahr
•
Import von Daten in größeren Mengen (bis zu 2500
Koordinaten oder Adressen)
•
•
Support über Web, eMail und Telefon
•
Messen von Flächen möglich
•
Erwerb zusätzlicher Module für je 200$ möglich
o GIS Data Importing Module (Shapefile oder TABo
o
o
o
Format)
Premium Printing Module (4800 X 4800 Pixel)
Movie Making Module (Export als wmf)
GDT Traffic Counts Data (aktuelle Verkehrsdaten)
NRB Shopping Center Data (Informationen zu den
USA-Einkaufszentren)
•
Google Earth Fusion: Werkzeug zur Intergration von Punkt-,
Raster-, GIS- und Geländedaten
•
Google Earth Server: Streamt die Daten zur Clientsoftware
(Google Earth EC)
•
Google Earth EC (Enterprise Client): Erweiterte Software zum
Betrachten, Bearbeiten und Ausdrucken
Tab. 2.2 Google Earth Versionen (GOOGLE EARTH 2007)
9
Software Vergleich
2.2.1.1 Das GUI und seine Funktionen
Der Standardbildschirm von Google Earth ist in drei Hauptsegmente unterteilt
(Abb. 2.3). Die Menüleiste im üblichen Windows-Layout, die Seitenleiste, die
wiederum in die Bereiche SUCHEN, ORTE und EBENEN aufgeteilt ist, und das
Darstellungsfenster in dem die virtuelle Erde, eine Statuszeile und der Kompass
angezeigt werden. Wird der Kompass mit der Maus angefahren, so erweitern sich
seine Funktionen um einige Navigationselemente. Außerdem kann das
Darstellungsfenster um ein Gitternetz und eine Übersichtskarte erweitert werden
(Menü ANSICHT -> Gitternetz bzw. Übersichtskarte).
SUCHEN
Adressen- und
Koordinateneingabe
Kompass
Statuszeile
Abb. 2.3 Das Google Earth GUI
Die wichtigsten Funktionen des GE befinden sich in der Seitenleiste:
Im oberen Teil der Seitenleiste können unter SUCHEN Adressen,
Ortsbezeichnungen oder auch geographische Koordinaten eingegeben werden.
Unter dem Reiter „ANFLIEGEN“ findet GE die dazugehörige Position und fliegt
diesen Ort selbstständig an. Unter „BRANCHEN“ kann noch zusätzlich eine Branche
eingegeben werden, wie z. B. Hotels oder Kinos. Die Ergebnisse erscheinen nach
dem Anfliegen der Position als Icons. Des Weiteren werden alle gefundenen
Zusatzinformationen,
wie
die
genaue
Adresse,
Link
zur
Homepage
oder
10
Software Vergleich
Telefonnummer in einem Fenster angezeigt. Die Aufgabe von einer Art „verortete
Gelbe Seiten“ wird hier ansatzweise gut gelöst. Der Reiter „WEGBESCHREIBUNG“
erfüllt die Aufgabe eines Routenplaners, die genaue Wegbeschreibung erscheint im
dem darunter liegendem Fenster.
Alle drei Reiter können mehrere Suchergebnisse bzw. mehrere Stationen einer
berechneten Route liefern, diese Stationen können dann mit dem Tour-Tool bequem
nacheinander angeflogen werden.
Das Fenster ORTE in der Seitenleiste (Abb. 2.4)
ermöglicht eine einfache Navigation und Darstellung der
PlaceMarks (Ortsmarke) sowie der 3D-Modelle, die über
die Zeit gespeichert wurden. Es ist in zwei Bereiche
unterteilt. MEINE ORTE beinhaltet alles was gespeichert
ist. MEINE ORTE kann zur MeineOrte.KMZ exportiert
werden. TEMPORÄRE ORTE umfasst alles was bei der
aktuellen Sitzung neu dazu gekommen ist. Wenn eine
GE-Sitzung geschlossen wird und es neue PlaceMarks
bzw. 3D-Modelle in dem Ordner TEMPORÄRE ORTE
gibt, wird MEINE ORTE nach einer kurzen Abfrage um
diese neuen Objekte erweitert. Alle Objekte die im
Fenster ORTE angeklickt sind, können mit dem
Tour-Tool angeflogen werden.
Das Segment EBENEN ist für die Ebenenverwaltung der
georeferenzierten Daten zuständig. Hier können die
verschiedenen Datenpools, die von GE bereitgestellt
werden,
dazugeschaltet
werden.
Zu
den
interessantesten Layern gehören das „Gelände“,
„3D-Gebäude“, und „Straßen“.
Abb. 2.4 GE Seitenleiste
Die Menüleiste ist mit den Menüpunkten Datei, Bearbeiten und Ansicht analog zu
klassischen Windowsprogrammen aufgebaut. Der Menüpunkt Tools bietet einige
Unterpunkte die erwähnenswert sind:
11
Software Vergleich
Das LINEAL bietet ein einfaches aber sinnvolles Werkzeug um Entfernungen zu
messen und Größen schätzen zu können. Abhängig von der GE-Version, mit der
gearbeitet wird, können folgende Mess-Tools genutzt werden:
•
•
Messen einer Linie oder eines Pfads (alle GE-Versionen)
Messen eines Kreises oder eines Polygons (GE PRO)
Der Unterpunkt GPS erlaubt es GPS-Daten (Wegepunkte, Tracks, Routen) in das
Programm zu importieren, um sie dann im GE zu betrachten (nur in den Versionen
PLUS, PRO und EC).TOUR ABSPIELEN ist gleichwertig mit den Play-Tasten in der
Seitenleiste.
Ein neues Feature stellt der in GE integrierte Flugsimulator dar. Hier kann der
Benutzer zwischen einem Düsenjäger oder einem Propellerflugzeug wählen. Die
Steuerung ist nicht trivial und benötigt etwas Übung. Der Simulator wird entweder im
Menü oder mit der Strg + ALT + A Tastenkombination gestartet.
Abb. 2.5 Menüunterpunkt OPTIONEN
Unter OPTIONEN (Abb. 2.5) finden sich wichtige Einstellmöglichkeiten, die abhängig
von der Hardware vorzunehmen sind, um sich möglichst komfortabel im GE zu
bewegen. Die anisotrope Filterung (Methode zum Filtern von Pixeln beim
Textur-Mapping) im Reiter 3D-ANSICHT sollte z. B. ausgeschaltet bleiben, wenn die
Grafikkarte weniger als 32 MB Speicherkapazität verfügt. Darüber hinaus kann hier
die Längeneinheit und die Darstellungsart der geographischen Koordinaten
festgelegt werden. Die Höhenverstärkung (Überhöhung des Geländes) lässt sich um
einen Faktor zwischen 0,5 und 3,0 manipulieren.
Der Reiter CACHE verwaltet den Speicher, der für GE freigegeben werden soll, unter
TOUREN können einige Toureneigenschaften beeinflusst werden.
12
Software Vergleich
Der Menüpunkt HINZUFÜGEN listet alles auf, was der GE-Nutzer selbst in das
System hinzufügen kann. Es findet also ein Datenimport statt. Beginnend bei
Ordnern, die das Sortieren der POI erleichtern, über PlaceMarks bis zu Pfaden,
Polygonen und ganzen 3D-Modellen.
Zudem gibt es noch die Möglichkeit Bild-Overlays in das System zu implementieren.
Es ist möglich im GE eigenes Bildmaterial zu verwenden und es auf das
Geländemodell der Erde zu projizieren. Dies macht natürlich nur Sinn, wenn diese
Bilder qualitativ besser sind, als die von GE zur Verfügung gestellten. Ein
interessantes Beispiel dafür sind großflächige Bild-Overlays des Mondes, die auf den
GE-Globus projiziert eine Weltraumszene nachempfinden. Die wiederum z. B. zur
Präsentation eines mit SketchUp modellierten Raumschiffs benutzt werden kann.
Über den Menüunterpunkt Netzwerk-Link können Serverinhalte dargestellt werden.
Alles was in GE eingefügt wird bleibt erstmal nur für den Nutzer sichtbar. Es findet
kein Export der Daten an einen Server oder ähnliches statt. Es gibt jedoch
Möglichkeiten um sich mit Gleichgesinnten auszutauschen (Kapitel 2.2.1.3.3).
HILFE ist selbsterklärend und verweist auf einige Hilfestellungen, Versions-, und
Lizenzhinweise sowie Updates und Upgrades.
Ein wichtiger Punkt ist der Hinweis auf die sehr schnell wachsende GE-Community.
2.2.1.2 Navigation
Die Steuerung ist intuitiv und leicht zu erlernen. Es können zur Navigation die Maus,
die Tastatur und der eingeblendete Kompass (Abb. 2.6) benutzt werden.
Es gibt drei verschiedene Navigationsmodi:
• Trackball-Navigationsmodus verwenden (standardmäßig aktiviert)
Dieser Modus ist standardmäßig aktiviert, wenn Google Earth gestartet wird.
Direkt angesprochen wird dieser Modus mit der Tastenkombination Strg +T.
Der Modus ist aktiv, wenn der Navigations-Cursor die Form einer Hand hat.
• Navigationsmodus "Klicken-und-Zoomen" verwenden
Aktiviert wird der Navigationsmodus mit:
(Windows und Linux) Tools -> Optionen -> Navigation -> Klicken-und-Zoomen.
Wenn sich der 3D-Viewer in diesem Navigationsmodus befindet, wird der Cursor
als Fadenkreuz dargestellt. Dabei ist die Navigation mit der Maus eingeschränkt.
Das Klicken mit der linken bzw. rechten Maustaste zoomt um eine feste Distanz
heran oder heraus. Zum Verschieben und Drehen werden die
Navigationsbedienelemente verwendet.
13
Software Vergleich
• G-Force-Navigationsmodus verwenden (erweitert)
Das Wechseln in diesen Navigationsmodus kann direkt mit der
Tastenkombination: Strg + G erfolgen. Dieser Modus ist aktiv, wenn der
Navigations-Cursor die Form eines Flugzeugs hat.
Die Navigationselemente behalten ihre Funktionen, mit der Maus kann die Sicht
wie in einem Flugzeug gesteuert werden. Bei gedrückter, linker Maustaste wird
die Richtung angegeben, bei gedrückter rechter Maustaste wird vor- bzw.
rückwärts beschleunigt. Der Modus ähnelt einem Flugsimulator - benötigt jedoch
etwas Übung – und die Steuerung ist in Bodennähe schwer zu bedienen.
Abb. 2.6 Navigationskompass
1. Neigungs-Schieberegler ändert die Neigung des Geländes.
2. Joystick bewegt den Mittelpunkt der Ansicht.
3. Richtungspfeile verschieben die Ansicht.
4. N-Button des Kompass´ richtet den Globus nach Norden aus.
5. Zoom-Schieberegler zoomt herein oder heraus.
6. Navigationsring dreht die Ansicht.
Außerdem kann der Globus leicht angeschubst werden, indem die linke Maustaste
gedrückt und nach einer kurzen Bewegung des Mauscursors die Taste wieder
losgelassen wird. Ein weiterer Klick beendet den Flug.
14
Software Vergleich
Die folgenden Tastenkombinationen steuern die Navigation im Viewer (Tab.2.3).
Tastatur
Maus im TrckballNaviModus
Ansicht verschieben
Die Pfeiltasten
Die linke Maustaste
drücken und das Bild
ziehen
Zoomen
Strg + Aufwärtspfeil bzw.
Abwärtspfeil
Mit den Scrollrad wird in
das Bild hinein oder
heraus gezoomt / rechte
Maustaste + Maus voroder rückwärts bewegen
Ansicht neigen
Umschalt + Aufwärtspfeil
bzw. Abwärtspfeil
Bei gedrücktem Mausrad
die Maus voroder
rückwärts bewegen
Ansicht drehen
(nicht unterstützt)
Bei gedrücktem Mausrad
die Maus links oder rechts
bewegen / Strg- Taste +
Scrollrad
Tab. 2.3 Tastenkombinationen (GOOGLE EARTH 2007)
2.2.1.3 Daten
Im Juni 2006 betrug die Größe der Datenbank ca. 70,5 Terrabyte groß, davon 70 TB
Bilddaten und 500 GB Indexdateien. Nach mehreren großen Updates wird der
Umfang z. Zt. auf über 150 TB geschätzt.
Bei GE werden ständig sehr große Datenmengen gestreamt, um einen konstanten
Flug zu gewährleisten. Das Streaming der Daten, ist der Kern des Erfolgs. GE nutzt
bei seinem Streamingverfahren eine direkte Datenübertragung, was sich auch in der
kurzen Verzögerung der Bilddaten widerspiegelt (PILARSKI & ZEIDLER 2007). Direkt
bedeutet in diesem Fall, dass keine Middleware (Zwischenanwendung) für die
Kommunikation zwischen Anwendung und Betriebssystem eingesetzt wird und die
Netzwerk-Standardprotokolle TCP / IP und HTTP gradewegs angesprochen werden
(IRMSCHER 2007). Diese Vorgehensweise macht das System zwar schnell aber nur
eingeschränkt plattformunabhängig.
15
Software Vergleich
Für die elegante Darstellung der Bilder beim Zoomen wurde sehr wahrscheinlich die
Bildpyramidentechnik angewandt, bei der ein Bildausschnitt in mehreren
Auflösungen vorliegt. Außerdem wird bei den Übergängen die Transparenz der
Bilder angepasst.
2.2.1.3.1
Das Bildmaterial
Google zeichnet sich vor allem durch seine Bilder und dem homogenen
Erstgesamteindruck aus. Was beim Programmstart so überzeugend wirkt, wird beim
Zoomen sehr schnell zum Flickenteppich.
Abb. 2.7 Lagefehler bei GE
Qualitativ sehr gute Bilder liegen übergangslos neben Bildern minderer Qualität. Erst
bei weiterem Zoomen werden bessere Bilder nachgeladen und die Erdoberfläche
erscheint wieder konformer. Dies liegt daran, dass die Daten von verschiedenen
Anbietern stammen, die jeweils nur bestimmte Auflösungen liefern. Problematisch
wird es mit zunehmender Bodennähe, wenn Satellitenbilder mit Luftbildern, die
immer eine deutlich bessere Auflösung haben, verknüpft werden. Es ist fast
unmöglich die Aufnahmen übergangslos zu verbinden, wodurch im
Übergangsbereich ein unruhiger Gesamteindruck entsteht. Des Weiteren ist davon
auszugehen, dass die besser aufgelösten Bilder eine höhere Lagegenauigkeit
aufweisen und somit Lagefehler besonders bei einem Übergang zwischen Satellitenund Luftbild aber auch bei Luftbildern unterschiedlicher Güte auftreten werden.
Abbildung 2.7 zeigt einen solchen Fehler an der Stadtgrenze Duisburg / Oberhausen.
Werden in der Zukunft Luftbilder einheitlicher Güte flächendeckend für Europa oder
zumindest Deutschland vorliegen, so sollte ein Teil der vorhandenen Probleme mit
der geometrischen Genauigkeit wegfallen (LÖHR 2006).
16
Software Vergleich
Das verwendete Bildmaterial lässt sich an Hand der Angabe über die Copyrights
nicht eindeutig einem Unternehmen und somit einem Sensor und einer bestimmten
Auflösung zuordnen. Dies liegt vor allem an den spärlichen Metadaten, die nur
ansatzweise in einer Textzeile im Darstellungsfenster dargestellt werden.
So wird zum Beispiel in einer Sichthöhe von 4500 km „Image NASA“ und „Image
2007 TerraMetrics“ angezeigt. Da die NASA über eine große Palette von
Erderkundungssatelliten im Orbit verfügt ist die Zuordnung nicht eindeutig. So
gestaltet sich auch die Situation mit anderen Lieferanten der Rasterdaten. Die
Schlussfolgerung, dass „2007“ für die Aktualität der Bilder steht, ist ebenfalls nicht
zutreffend. Es handelt sich hierbei vielmehr um Angaben zu den Copyrights der
Bilder. Es hat sich jedoch rausgestellt, dass „Image NASA“ für Satellitenbilder steht
die mit dem Landsat TM (Thematic Mapper) Sensor gemacht wurden (Tabelle 2.4).
Dieser Sensor wurde im Landsat 5 Satelliten verbaut und liefert eine Auflösung von
30 Metern. TerraMetrics steht ebenfalls für ein Unternehmen und beliefert GE mit
Aufnahmen des Landsat 7 Satelliten mit einer Auflösung von 15 Meter / Pixel (USGS
2007a). Die beiden Datenquellen stellen die Grundversorgung mit Satellitenbildern
für GE dar und repräsentieren die erste Auflösungsstufe.
Satellit
Landsat 7
Startdatum
15.04.1999
Trägerrakete
Delta II
Umlaufbahn
sonnensynchron
Höhe
705km
Sensoren
•
panchromatisch 15m/Pixel
•
multispektral 30m/Pixel
•
thermal 60m/Pixel
Tab. 2.4 Daten des Landsat 7-Satelliten
17
Software Vergleich
Satellit
Quickbird II
Startdatum
18.10.2001
Trägerrakete
Delta II
Umlaufbahn
sonnensynchron
Höhe
450km
Sensoren
•
panchromatisch 60cm/Pixel
•
multispektral 2,4m/Pixel
Tab. 2.5 Daten des Quickbird II-Satelliten
DigitalGlobe-Daten werden ab 100 km Flughöhe abgerufen, haben Anfangs eine
Auflösung von 15 Meter / Pixel. Zudem liefert DigitalGlobe Bilder, mit denen viele der
städtischen und stark bevölkerten Gebiete der Erde mit einer Auflösung von
60-70 cm / Pixel abgedeckt sind. Die Aufnahmen stammen vom hauseigenen
QuickBird II-Satelliten (Tabelle 2.5) und werden mittels „Image Fusion“ oder
„Pan-Sharpening“ aus panchromatischen (60cm / Pixel) und multispektralen Bildern
(2,4 m / Pixel) zusammengesetzt. In diesen Bereichen kann man bis auf unter 300 m
zoomen, ohne dass die Bilder unscharf werden (DIGITALGLOBE 2007).
Die dritte und letzte Auflösungsstufe bieten Firmen wie AeroWest oder GeoContent
(für Deutschland). Diese Unternehmen sind spezialisiert in der flugzeug- oder
hubschraubergetragenen Photogrammetrie und liefern Luftbilder in einer Auflösung
von 15 cm. Die besten Luftbilder, die bei GE zu finden sind, haben eine Auflösung
von 8 cm / Pixel. Sie beschränken sich jedoch auf kleine Bereiche, wie z. B. Berlin
und Siegburg. Um alle Ballungsräume der Erde in der dritten Auflösungsstufe zu
erfassen, sind eine ganze Reihe von solchen großen und mittelgroßen Unternehmen
bei GE involviert.
Laut eigenen Angaben kauft Google die neusten auf dem Markt verfügbaren Daten
ein und integriert sie regelmäßig in GE (GOOGLE EARTH 2007).
GE zeigt uns die Erde in der Zentralprojektion (d. h., mit einem im Endlichen
liegenden Projektionszentrum) und nicht in der Orthogonalprojektion. Die Bilder sind
dennoch Orthophotos die auf das Geländemodell projiziert werden. Jedes Pixel des
Orthophotos behält seine Koordinate, die entstandenen Lücken bekommen
interpolierte Farbwerte und Koordinaten. Als Referenzellipsoid dient das WGS84.
18
Software Vergleich
2.2.1.3.2
Höheninformationen
Die für die Darstellung der dritten Dimension benötigten Daten für das Festland und
größere Inseln, stammen aus der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) der
NASA.
Die SRTMission ermöglichte zum ersten Mal eine präzisere dreidimensionale
Ansicht der Erde aus dem Weltall, für Gebiete zwischen 60° nördlicher und 58°
südlicher Breite, zu generieren. Die Rasterweite dieser Daten beträgt ca. 30 m bei
einer absoluten vertikalen Genauigkeit von ± 16 Metern (relative Genauigkeit ± 6 m)
(DLR 2007). Um das Datenvolumen jedoch klein zu halten, wird bei GE eine
Rasterweite von durchschnittlich 60 m verwendet.
Das generelle Problem bei solchen Messverfahren lässt sich am besten mit einer
Grafik (Abb. 2.8) erklären. Hier fallen unstetige Formen durch das Raster und der
Datensatz entspricht nicht der Realität. GE hat aber sein Höhenmodell an besonders
kritischen Stellen um Daten aus anderen Quellen erweitert, die vom GE nicht weiter
genannt werden. Zudem wurde zusätzlich das Raster der o. g. SRTMission
verdichtet.
Abb. 2.8 Prinzip der SRTM Messung (Wikipedia 2007)
Gebiete der Erde die außerhalb von 60° bzw. 58° Gra d liegen, wurden
wahrscheinlich mit Daten aus dem GTOPO30 des USGS (United States Geological
Survey) abgedeckt. Dieses Modell wurde 1996 erstellt und enthält weltweite Höhen
im Abstand von 30 Bogensekunden. (ca. 1 Kilometer) Die vertikale Genauigkeit ist
mit ± 160 m angegeben. Die Geländeform des Meeresbodens wird mittels der
Schummerung dargestellt (USGS 2007b).
19
Software Vergleich
Die Daten liefern eine Erdoberfläche samt aller Landschaftselemente, besonders
Bebauung und Vegetation. Messfehler sowie die teilweise fehlende Nachbearbeitung
der Daten führen zur sehr schwankenden Qualität des DGMs (LÖHR 2006).
Das Beispiel in Abb. 2.9 zeigt offensichtliche Fehler des DGMs. Es handelt sich hier
um ein einzelnes 80 m hohes Gebäude (Gasometer in Oberhausen), welches in die
Berechnung des DGM voll eingegangen ist. Das DOM wird hier also ohne spezielle
Korrekturen als ein DGM eingesetzt. Es besteht für den Benutzer keine Möglichkeit
das DGM zu korrigieren. Dies könnte ein Hinweis auf die Haltung der Datensätze
sein.
Abb. 2.9 Fehler des GE-DGMs
Ein einmal über die Dreiecksvermaschung berechnetes TIN (Triangulated Irregular
Network) beansprucht viel weniger Speicherplatz und ist schneller geladen als
rasterförmig verteilte Höhenpunkte aus denen noch ein Gelände generiert werden
muss (LÖHR 2006). Der Nachteil ist, dass aus einem TIN keine einzelnen
(fehlerhaften) Punkte gelöscht oder bearbeitet werden können. Die Ausgangsdaten
müssen zunächst korrigiert und dann erst ein neues TIN berechnet werden. Dies
könnte den Nutzer schnell überfordern.
Wird das „Gelände“ in der Ebenenverwaltung eingeschaltet, so wird ein DGM in die
Darstellung mit einbezogen. Die Oberfläche ist dann nicht mehr auf den
Meeresspiegel bezogen, sondern folgt den jeweiligen Geländeformen. Die darüber
liegenden Luftbilder werden verzerrt auf dem DGM abgebildet. Zusätzlich wird dann
die Geländehöhe für die Position des Cursors am unteren Bildrand eingeblendet.
20
Software Vergleich
2.2.1.3.3
Daten Import / Export
Wie bereits erwähnt können bei GE Fremddaten importiert werden. Diese Daten sind
anfangs nur einfache PlaceMarks oder Routen. Es können jedoch auch komplexe
3D-Modelle werden, die mittels SketchUp oder einem anderen KML-Editor erstellt
wurden. Über Umwege können auch DXF-Dateien eingelesen werden, indem sie in
die SketchUp 5 Version importiert und im KML oder KMZ Format exportiert werden.
GIS-Importfunktionen stehen nur bei der Plus- und Enterprise-Version zur Verfügung.
Hier können Vektordaten aus typischen GIS-Formaten oder aus Textdateien in
Verbindung mit Excel-Tabellen eingelesen werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit eigene Daten zu exportieren und zu
veröffentlichen. Einfache Objekte (Pfade, PlaceMarks), die selbst im GE produziert
wurden, werden mittels Rechtsklick und „Speichern unter…“ zu einer KML- bzw.
KMZ-Datei zusammen gefasst. Diese Datei kann dann weiter gegeben oder auf der
eigenen Internetseite zum Download bereitgestellt werden.
Das Veröffentlichen mit Google gestaltet sich etwas komplizierter. Als erstes wird ein
Google-Mail-Account benötigt. Über diesen Account werden alle Modelle eines
Benutzers verwaltet. Alle Objekte, die hier entweder über GE oder SketchUp
hochgeladen werden, können dann ab sofort in einem Katalog (3D Warehouse)
gesucht und gefunden werden.
Eine einfache Möglichkeit die Position von Modellen zu finden bietet der 3D
Warehouse Network Link. Der Link öffnet eine Datei, die im GE geladen wird und
Positionen von Warehouse Modellen als Signatur in Form eines kleinen Häuschens
anzeigt. Ein Klick auf die Signatur erlaubt das Herunterladen des Modells nach GE.
An dieser Stelle müssen auch die zahlreichen Foren erwähnt werden, die sich
hauptsächlich mit dem Tauschen von interessanten PlaceMarks beschäftigen und
somit einen wichtigen Teil zum Datenaustausch beitragen. Hier bekommt der
Anfänger schnelle Hilfe und ein umfangreiches Basiswissen vermittelt.
Anspruchsvolle Fragen bleiben jedoch oft unbeantwortet. Die US-Community ist da
zurzeit besser informiert.
21
Software Vergleich
Mit SketchUp
georeferenziertes
Modell
Google Account
(https://www.google.com/
accounts/newaccount)
3D Warehouse
Zugriff über Network
Link in Google Earth
(http://services.google.com/earth/
kmz/3D_Warehouse_de.kmz)
Zugriff direkt über das
3D Warehouse
(http://sketchup.google.co
m/3dwarehouse/)
Abb. 2.10 Ablaufschema der Publikation eigener 3D-Modelle mit Google
22
Software Vergleich
2.2.1.4 Die Beschreibungssprache KML
Die Keyhole Markup Language wurde schon vor der Übernahme durch Google von
der Firma Keyhole entwickelt. KML basiert auf XML und ist eine Sprache um
geographische Objekte und ihre graphische Präsentation zu definieren. KML
unterstützt nur grundlegende Geometrietypen wie Punkt, Linie, Fläche und
Kamerapositionen und wurde bis zu der Version 2.0 in ihrer ursprünglichen Form
eingesetzt. Mittlerweile gibt es die Versionen 2.1 und 2.2 Beta.
Es folgt eine Beschreibung der Versionen 2.0 und 2.1, deren Unterschiede im
Dateiaufbau sowie in der Modellhaltung. Die Version 2.2, die sich im „BETA“ Status
befindet, bringt bis jetzt (Stand: August 2007) nur einige neue Tags mit sich und wird
nicht weiter kommentiert.
KML 2.0
Wie bereits erwähnt wird bei KML die geometrische Ausprägung von Objekten in
einer TAG-Struktur definiert. Als Beispiel für eine einfache Geometrie wird ein
PlaceMark erläutert. Exportiert in eine KML- Datei und mit einem Text- Editor
geöffnet, wird der Aufbau der KML- Datei des PlaceMarks sichtbar.
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<kml xmlns="http://earth.google.com/kml/2.1">
<Document>
<name>Gasometer Fehler.kml</name>
<Placemark>
<name>Gasometer Fehler</name>
<visibility>0</visibility>
<LookAt>
<longitude>6.872172408157368</longitude>
<latitude>51.49167207961039</latitude>
<altitude>0</altitude>
<range>1025.419485274386</range>
<tilt>84.78515315044724</tilt>
<heading>130.3921058053815</heading>
</LookAt>
<styleUrl>#msn_ylw-pushpin2</styleUrl>
<Point>
<coordinates>6.869492349058946,51.49450555899509,0</coordinates>
23
Software Vergleich
</Point>
</Placemark>
</Document>
</kml>
Anhand des PlaceMarks wird hier der generelle Aufbau einer KML-Datei
beschreiben.
KML besteht wie HTML aus einer TAG-Struktur, alle Tags müssen einen öffnenden
und einen schließenden Tag haben.
Der <Header> gibt den Namen der Datei an, der darauf folgende Tag <PlaceMark>
beschreibt allgemein Punkte, Linien, Polygone auf der Oberfläche. Im Beispiel ist es
jedoch nur ein Punkt. <LookAt> steht für die Kameraposition. <Tilt> gibt die Neigung
an, <Heading> die Richtung der Betrachtung. Mit <Point> wird der Bezugspunkt
festgelegt.
Mit weiteren Tags wie <Polygon>, <outerBoudaryIs>, <innerBoudaryIs> werden über
Flächen Bauwerksmodelle beschrieben. Stilvereinbarungen werden mit <Style> und
z. B. <IconStyle> getroffen. Erläuterungen zu weiteren Tags finden sich z. B. in (KML
DOKUMENTATION 2007).
KML 2.1
Beginnend mit der Publikation der GE Version 4 (Beta) kann GE auch Phototexturen
verarbeiten, wozu schon im Vorfeld eine Erweiterung der Beschreibungssprache
nötig wurde. Die Mitarbeiter von GE haben sich mit KML und COLLADA für eine
Symbiose zweier Formate entschieden (KML 2.1). Das ausgewählte COLLADA
Format, welches von der Spielindustrie entwickelt wurde, transportiert um sog.
Assets (Modelle, Texturen, Sounds, Scripts u. a.) zwischen verschiedenen
Applikationen verlustfrei. Sollten also in der Zukunft noch mehr als nur Texturen bei
GE zu sehen oder zu hören sein, dann ist das COLLADA Format dafür bestens
geeignet (POMASKA 2007).
Mit der KML 2.1 Version wird KML als eine Art Erweiterung des COLLADA Formats
(ebenfalls XML basiert) eingesetzt (Abb. 2.11). Die KML ist dann bei GE nur für die
Position der Objekte auf der Erdoberfläche verantwortlich (GE COMMUNITY 2007b).
24
Software Vergleich
Abb. 2.11 Aufbau einer KMZ-Datei ab KML 2.1
Das 3D-Modell an sich wird in einer COLLADA-Datei gespeichert, die zusammen mit
einer Referenzdatei für die Texturen und den Texturen selbst gepackt die KMZ-Datei
ergeben (W EHRLE & SCHROTTER 2007). Alle Modelle können bei Bedarf komplett in der
alten Form aus SketchUp exportiert werden.
Die Umstellung auf das neue KML-COLLADA Format bringt einige Probleme mit
sich. Viele PlugIns müssen neu geschrieben werden und das in COLLADA abgelegte
Modell ist nicht so schnell nachvollziehbar wie in KML. Unter KML waren die Körper
in Flächen aufgeteilt, alle Eckpunkte hatten eigene geografische Koordinaten.
COLLADA speichert die Modelle als Dreiecke in lokalen Koordinaten ab. Erst bei der
Darstellung in GE werden die COLLADA Modelle über einen Punkt in GE
georeferenziert. Eine manuelle Bearbeitung, wie z. B. eine Anpassung eines Modells
an ein GE-Gelände (Kapitel 3.6.2.2), gestaltet sich schwierig. Der grafische Aufbau
eines COLLADA Modells im GE verläuft jedoch erfahrungsgemäß schneller, als der
des gleichen Modells in reiner KML-Form. Somit wirkt der Flug flüssiger und es
können gleichzeitig mehrere Modelle dargestellt werden, ohne dass der Flug zu
stocken beginnt. Negativ aufgefallen ist, dass durch die neuen Möglichkeiten der
Texturierung die Modelle sehr schnell, sehr groß werden können. Hält man sich aber
an gewisse Regeln bleibt die KMZ-Datei angenehm klein (Kapitel 3.6.1). Beachtet
man, dass die meisten der GE-Modelle durch das Internet veröffentlicht werden,
kann die Größe der KMZ-Datei ein Problem werden.
Ein großer Vorteil zeigt sich bei der Verwendung fremder Modelle, die z. B. aus
VRML oder X3D nach COLLADA exportiert werden. Hier werden sie in die KML
Dateistruktur integriert und über die doc.kml georeferenziert. Demnach können auch
andere Modellierwerkzeuge als nur SketchUp verwendet werden (Abb. 2.12).
Außerdem bietet KML 2.1 durch neue TAGS eine große Palette an innovativen
Möglichkeiten.
25
Software Vergleich
SKETCHUP
*.KMZ
DOC.KML
TEXTURES.TXT
GOOGLE
EARTH
IMAGES
MODELS/*.DAE
ANDERES
MODELLIERWERKZEUG
*.DAE
MODELL IN
COLLADA
Abb. 2.12 Implementierung fremder Modelle bei GE
2.2.1.5 Perspektiven
Mit den im Kapitel 2.2.1 genannten Funktionalitäten bietet GE eine sehr große und
weiter wachsende Anzahl an Werkzeugen.
Wurde GE anfangs nur als ein Visualisierungsinstrument für Punktdaten genutzt,
hauptsächlich in den Bereichen Tourismus und Freizeit, so entwickelt es sich mit
seinen offenen Schnittstellen zu einem „Alleskönner“.
Angefangen bei einem Rundflug um die Welt, über eine Wegbeschreibung in
Kombination mit einer Suchmaschinenfunktion, in der z. B. Dienstleistungen
angeboten werden (LBS) oder Werbefläche vermietet wird, bis zur Präsentation
bereits existierender Gebäude, Bauten aus der Zukunft oder auch der
Vergangenheit, ist Vieles möglich.
Die jetzt schon großen Datenmengen, die in Layern dazugeschaltet werden können,
werden in der Zukunft dazu führen GE als GIS-Frontend nutzen zu können. Doch im
Moment sind in dieser Hinsicht, wegen der stark schwankenden Genauigkeit und
fehlender Metadaten, die Dienste von GE nicht zu gebrauchen.
26
Software Vergleich
2.2.1.6 Refinanzierung
Vorerst finanziert sich GE mit den Gebühren der nicht kostenlosen Versionen.
Werbung in der virtuellen 3D Welt soll in Zukunft folgen. Des Weiteren kann der
Browser für die kostenpflichtige Darstellung und Überwachung von Schiffen, LKWs
usw. eingesetzt werden.
Zeitgleich werden die personalintensiven Arbeiten (z. B. Erstellung von 3D-Modellen)
auf die Nutzer verlagert.
27
Software Vergleich
2.2.2 Windows Live Maps (Virtual Earth)
Windows Live Maps (Map Control Version 5, Stand:Juli 2007) bildet mit Beginn
seiner Veröffentlichung das Gegenstück zu Google Maps. Mit dem PlugIn Virtual
Earth 3D erweitert sich der Web Service um die Möglichkeiten der 3D Darstellung
der Erde und steht somit in Konkurrenz mit Google Earth.
Im Gegensatz zu GE benutzt Virtual Earth (VE) einen Web-Browser für seine
Präsentation.
Im Vorfeld muss jedoch eine Zwischenanwendung, die NET-Framework (ca. 88Mb)
von Microsoft (MS), sowie das VE PlugIn selbst installiert werden. Der Download der
einzelnen Installationskomponenten (Abb. 2.13) erfolgt automatisch, wenn versucht
wird die 3D-Ansicht im Browser zu aktivieren.
Internet
Browser
VE 3D
PlugIn
NET Framework
Abb. 2.13 Installationskomponenten VE
Ferner ist VE eine AJAX-Web Anwendung, die es ermöglicht, Teile einer HTML-Seite
oder Daten zu laden, ohne die Seite komplett neu aufzurufen (W IKIPEDIA 2007).
Die VE Plattform ist als ein Web Map Service (WMS) konzipiert und versorgt viele
Dienste mit Visualisierungsmöglichkeiten eigener Daten bzw. Suchergebnisse. Zu
diesen Diensten gehören neben der U.S. Air Force auch kleinere kommerzielle und
private Webseiten, wie z. B. Harley-Davidson (VE 2007b).
Die einfache Einbindung der VE Plattform in jede Webseite basiert auf der API
Technik (Application Programming Interface, englisch für Programmierschnittstelle).
Alle Dienste haben eins gemeinsam: sie wollen ortsbezogene Informationen
weitergeben. Mit einer Karte (2D oder 3D) auf der die jeweilige Position markiert ist,
funktioniert es am besten. In dieser Hinsicht ähnelt VE Google Maps. Es bietet
darüber hinaus aber noch einige zusätzliche Features (SPATIALPOINT 2007).
Virtual Earth entwickelte sich aus dem MapPoint Projekt von Microsoft. MapPoint war
ein Offlinesystem für Reiseplanung, also ein Routenplaner. Implementiert im
Windows Live Local erfüllt VE diese Funktion ebenfalls. Aufbauend auf den schon
bestehenden interaktiven Straßenkarten und Adressinformationen wurden als erstes
Orthophotos in VE hinzugefügt. Durch Schrägaufnahmen der Pictometry (in VE
BirdEye-View) ist eine 2,5 D-Option geschaffen worden. Die dritte Dimension wurde
ähnlich wie in GE durch einen 3D Globus eingeführt (VE 2007a).
28
Software Vergleich
Da das GUI sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Dienst stark unterscheiden
kann, werden hier nur das Darstellungsfenster sowie die grundlegenden Funktionen
anhand der Implementierung im Windows Live Local erläutert.
Der Dienst wird mit der Eingabe folgender URL http://maps.live.com/ gestartet.
Suchfunktionen
ZoomPanel
Kompass
s
Abb. 2.14 Das Virtual Earth GUI
Die Web-Seite (Abb. 2.14) ist in drei Hauptbereiche unterteilt. Der obere Balken
bietet verschiedene Suchfunktionen. So steht z. B der Button „Business“ für eine
ortsbezogene Branchensuche, „People“ erinnert an eine Suche im Telefonbuch und
„Maps“ sucht nach Adressen und Ortsbezeichnungen. Es ist jedoch zu bemängeln,
dass bis auf die „Maps“-Suche keine andere Suchfunktion für Deutschland
Ergebnisse liefert. Es scheint sogar, dass nur die USA in der VE-Datenbank
eingebunden sind. Davon abgesehen erscheinen die Suchergebnisse untereinander
im linken Seitenteil des Browsers und zugleich in der Karte im Darstellungsfenster.
Es werden maximal zehn Ergebnisse angezeigt. Hat man jedoch einen sehr großen
Kartenausschnitt vor sich, so konzentrieren sich die Treffer um die Mitte des
Darstellungsfensters.
In der rechten Ecke des Browsers finden sich drei Links. HELP öffnet ein
Hilfefenster, jedoch ausschließlich auf Englisch, und OPTIONS bietet sehr sparsam
29
Software Vergleich
gehaltene Einstellungsmöglichkeiten für die Suchfunktionen, Navigation sowie die
Darstellung der 3D-Modelle im 3D-Modus.
Es ist aber bei den beschränkten Einstellungsmöglichkeiten zu bedenken, dass VE
komplett im Browser implementiert ohne eine extra Software, mit Ausnahme der
NET-Framework, die für das Streaming der Daten zuständig ist, funktioniert.
SIGN IN verlinkt auf die Windows Live Account Seite. Hier kann ein Account
angelegt werden, um z. B. PushPins (PlaceMarks im GE) usw. zu speichern. Mit dem
Account sind aber auch andere Dienste von Microsoft nutzbar.
Im Darstellungsfenster sind ein Navigationskompass sowie ein Zoom-Panel
(Abb. 2.15) zu finden, in dem die drei Layer KARTE, LUFTBILD und die HYBRIDE
Darstellung gewählt werden können.
Die 2D und 3D Ansichten sind streng von einander getrennt, was
eine eindeutige Aussage über die geometrischen Eigenschaften
der verwendeten Orthophotos zulässt. In der rechten unteren Ecke
ist ein Maßstab eingeblendet sowie spärliche Informationen zu
den
gerade
betrachteten
Bildern.
Die
über
dem
Darstellungsfenster sichtbaren Menüpunkte ermöglichen die
Verwaltung der PushPins, die Bedienung eines Routenplaners mit
einer Staumeldefunktion, die jedoch nur auf die USA begrenzt ist,
und eine sehr sparsame Export- und Druckfunktion. Der einzig
interessante Menüpunkt LOCATE ME soll die Position des Surfers
auf dem Globus ermitteln, ist aber in der Praxis sehr ungenau.
Die geografischen Koordinaten und die Höhe des gerade
Abb. 2.15 ZoomPanel bei VE
gewählten Punktes der Erdoberfläche werden in der Statuszeile
des Browsers angezeigt.
2.2.2.2 Navigation
Die Navigation gestaltet sich bei VE erstaunlich komfortabel. Da bei VE der virtuelle
Flug fast nicht realisiert wurde, hat man keine Probleme mit nur einem
Navigationsmodus die Möglichkeiten voll auszuschöpfen.
Mit gedrückter linker Maustaste verschiebt man den Globus. Gezoomt wird mit dem
Scrollrad oder dem Schieber im Zoom- Panel. In der 3D Ansicht besteht zusätzlich
die Möglichkeit das Bild zu neigen. Dazu wird in der linken, unteren Ecke des
Darstellungsfensters ein Navigationskompass eingeblendet. Außerdem ist es
möglich die Neigung mit der Strg-Taste und der Maus auszuführen. Die Strg-Taste
30
Software Vergleich
fixiert zugleich einen ausgewählten Punkt und lässt in Verbindung mit der
Maussteuerung die Ansicht um diesen fixierten Punkt drehen und neigen.
2.2.2.3 Daten
Wie bei GE stellen Satelliten- und Luftbilder (Public Domain & Copyright Daten) den
größten Teil der VE Datenbank her. Zudem hat MS vor kurzem die österreichische
Firma VEXCEL mit der hauseigenen 216 Megapixel Kamera (UltraCam) aufgekauft
(LGD 2007). Die großformatigen Bilder werden nicht lange auf sich warten lassen.
Dazu kommen außerdem Karten, das für die 3D Darstellung der Erde verwendete
Höhenmodell, Vektordaten der 3D Gebäude, deren Texturen sowie das Fotomaterial
mit dem der BirdEye-View realisiert wird. Mit dem BirdEye-View wird eine neue
Technik, die Pictometry (Abb. 2.16) in VE eingebunden.
Abb. 2.16 Pictometry
Die Schrägaufnahmen nach dem Pictometry-Verfahren stellen eine neue
Luftbildtechnologie dar, die von dem gleichnamigen US Unternehmen (Pictometry
Visual Intelligence™) 1993 patentiert wurde. Seitdem baut Pictometry seine
Datenbanken ständig aus und bietet zusammen mit der eigenen Software Electronic
Field Study (EFS) eine schnelle und einfache Art der Auswertung dieser Aufnahmen
an. Die georeferenzierten Bilder zeigen jeden Standort im städtischen Umfeld aus bis
zu zwölf Blickrichtungen (bei VE nur vier) in perspektivischer Ansicht. Zudem kann
man Objekte lokalisieren, Koordinaten abgreifen sowie Höhen, Strecken und Flächen
messen (nicht realisiert in VE). Über Plugins können die Daten in alle gängigen GISSysteme integriert sowie mit anderen Geodaten verknüpft werden. Für den
31
Software Vergleich
europäischen Raum bezieht VE seine Pictometry Daten jedoch nicht direkt von
Pictometry Visual Intelligence™ sondern von der norwegischen Firma Bloom, die
eine Kooperation mit dem US Unternehmen eingegangen ist. Bloom soll
hauptsächlich eine Datenbank für Europa aufbauen und diese dann vermarkten.
Inzwischen ist die europäische Datenbank auf über 900 Städte angewachsen, davon
allein in Deutschland über 180 Städte (PICTOMETRY 2007).
Beim Pictometry-Verfahren werden Flugzeuge bzw. Hubschrauber mit fünf Kameras
eingesetzt, die gleichzeitig ausgelöst werden. Vier der Kameras sind unter einem
Winkel von 45° in alle vier Himmelsrichtungen ausge richtet, die fünfte nach unten. Es
wird also außer den Schrägaufnahmen eine Senkrecktaufnahme produziert, die bei
VE ebenfalls für die Orthophotoabdeckung genutzt wird. Somit haben alle
BirdEye-Bereiche zwangsläufig ein Luftbild mit einer Auflösung zwischen
8 - 30 cm / Pixel für den 2D bzw. 3D Modus als höchste Auflösungsstufe.
Die Aufnahmen werden in einer Höhe von 1000 - 2000 m geflogen (BLOM 2007a).
Beim Streaming der Daten hat sich VE für die Net-Remoting Technologie
entschieden. Sie ist zwar auf der einen Seite sehr modern und elegant zu
programmieren, auf der anderen Seite aber sehr langsam, was diverse Benchmarks
beweisen (PILARSKI & ZEIDLER 2006). Net-Remoting Technologie basiert auf der
NET-Framework Middleware, die die Kommunikation zwischen VE und dem
Betriebssystem (BS) verwaltet. Technisch stellt sie Software-Schnittstellen und/oder
Dienste bereit. Als ein weiteres Zwischenglied im Ablaufprozess (AnwendungMiddleware-BS-Internet) verlangsamt sie das komplette System. Im Gegensatz
dazu kommt GE ohne eine Middleware aus.
2.2.2.3.1
Das Bildmaterial
Microsoft macht keine genauen Angaben zu der Qualität der verwendeten Bilder. Es
heißt nur, dass die Bilder von den besten Anbietern für Satelliten- und Luftbilder
stammen. Aus den im Darstellungsfenster angezeigten Infos sind Firmen wie z. B.
GlobeXplorer, Navtaq und Earthgeographics ersichtlich. Weitere Recherchen haben
für den Raum der USA zu folgenden Organisationen geführt: National Agriculture
Imagery Program (NAIP) und U.S. Geological Survey (USGS), beides Institutionen
der US Regierung (VE 2007a).
Die meisten dieser Unternehmen beziehen ihre Satellitenbilder von der NASA,
packen diese in kleinere Formate, bearbeiten sie spektral und verkaufen sie. Daher
ist davon auszugehen, dass zumindest die bei VE bereit gestellten
Satellitenaufnahmen zum größten Teil den gleichen Satelliten entstammen wie die
Bilder in GE, also ca. eine Auflösung von 0.6-1 m / Pixel bieten.
32
Software Vergleich
Das Luftbildmaterial ist noch nicht so gut wie bei GE. Zwar findet man überall dort,
wo der BirdEye-View verfügbar ist, eine Auflösung von ca. 15 cm / Pixel, dies
beschränkt sich jedoch momentan auf 58 deutsche und 15 US Städte (Stand: Juni
2007). Die Auflösung hängt von dem eingekauften Material ab.
Zudem muss noch gesagt werden, dass weite Teile der VE-Szenerie überhaupt nicht
mit Luftaufnahmen abgedeckt sind. Hier bleibt es also bei der 0.6-1 m / Pixel
Auflösung der Satelliten.
MS könnte aber in der Zukunft die Konkurrenz deutlich deklassieren und das aus
mehreren Gründen. Erstens ist BirdEye ein „Eye Catcher“ den GE momentan nicht
bieten kann, zweitens müssen keine hochauflösenden Senkrechtaufnahmen extra
dazugekauft werden und schließlich werden aus den Schrägaufnahmen
Gebäudetexturen für die ständig wachsende Datenbank der 3D Gebäudemodelle
abgeleitet. Höchstwahrscheinlich werden die Gebäudehöhen für die Modellierung
ebenfalls aus den Pictometrybildern entnommen.
Die Pictometrydaten werden also vielfach genutzt und stellen eine gute Investition für
VE dar. Eine günstige Realisierung des True-Orthophotos für diese Gebiete wäre
denkbar.
Mit der österreichischen Firma VEXCEL und der eigenen digitalen Kamera UltraCam,
wird zudem die Qualität der Luftbildabdeckung ständig steigen.
Abb. 2.17 Schlechte Texturen bei VE
Die Ergebnisse jedoch sind aktuell nicht immer sehr gut. So sind z.B. die Texturen in
sehr hoch und eng bebauten Gebieten zum Teil sehr schlecht, um nicht zu sagen
erschreckend schlecht (Abb. 2.17).
33
Software Vergleich
2.2.2.3.2
Höheninformationen
Zu den Höheninformationen gibt es leider keine offiziellen Stellungnahmen von MS.
Die spärlichen Informationen aus sehr vage gehaltenen Artikeln und Kommentaren,
die in Internet Foren aufgetaucht sind, zielen auch auf die von GE verwendeten
Daten der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) der NASA.
2.2.2.3.3
Daten Import/Export
Der Daten Import bzw. Export findet immer über das Weitergeben des URL Links
statt. Es können einfach nur Ansichten getauscht werden, aber auch PushPins,
Polygone oder markierte Flächen.
Unter SHARE IT gibt es die Möglichkeit den Link, entweder in einer Email oder als
Eintrag, im eigenen Blog weiterzugeben.
Eigene 3D Modelle können in der freien Version jedoch nicht im System angezeigt
werden. Zusammen mit dem französischen Unternehmen Dassault Systèmes wird
jedoch ein Gegenstück zu GE 3D Warehouse erarbeitet. In der Hinsicht wurde
bereits ein XML basiertes Format erwähnt, das 3DXML indem die bereits in VE
vorhandenen 3D Modelle abgelegt sein könnten (OGLE EARTH 2007a).
Ein KML Import soll ebenfalls in der Zukunft möglich sein (OGLE EARTH 2007b).
Im direkten Vergleich zu GE erscheinen die Möglichkeiten der MS-Anwendung auf
den ersten Blick etwas beschränkt. Doch wird hier nur die freie Version des Dienstes
begutachtet. MS versichert mit verschiedenen Services das Angebot in der
gebührenpflichtigen Variante deutlich auszuweiten. Die Visualisierung von
unternehmenseigenen Daten, verbesserte, kundenorientierte Routenplanung und
erweiterte Suchfunktionen sollen möglich sein. Außerdem wirbt MS mit einer
günstigen und effizienten GIS Lösung für Unternehmen, die nicht auf teure und
komplexe GIS Produkte angewiesen sind (VE 2007a).
Nicht außer Acht gelassen werden sollte auch die Implementierungsfreundlichkeit
des Dienstes sein, da gerade in diese Richtung die Weiterentwicklung geht. Im
Gegensatz zu GE beschäftigen sich die zahlreichen Internetforen weniger mit
Sehenswürdigkeiten als mit den immer besseren Techniken die Ressourcen von VE
mehr auszunutzen.
34
Software Vergleich
In erster Linie refinanziert sich VE durch die gebührenpflichtigen Versionen, die
Firmen und Regierungen angeboten werden. Mit der Weiterentwicklung soll die VE
Umgebung zusätzlich als Werbeplattform genutzt werden.
35
Software Vergleich
2.2.3 Nasa World Wind
Nasa World Wind (NWW) ist ein Geoinformationssystem, das nicht
kommerziell
sondern eher wissenschaftlich geprägt ist.
Die Software wurde von dem NASA Ames Research Center (ARC) entwickelt, um
zusammen mit dem NASA Learning Technologies Project (LTP) NASA Daten mit
innovativen Technologien zu verwenden und zu präsentieren. Seit Herbst 2004 ist
das Programm kostenlos mit einer Open Source Lizenz erhältlich.
Nachdem Herunterladen der NWW Datei (16 MB) von der NASA Web-Seite,
gestaltet sich die Installation ähnlich wie bei GE und reduziert sich auf das
Bestätigen verschiedener Dialogfenster. Allerdings ist wie bei VE, die
NET-Framework- und zusätzlich DirectX9-Datei notwendig. Die Komponenten (Abb.
2.18) werden nicht automatisch installiert, es wird lediglich bei der Installation auf die
jeweiligen Downloadseiten verlinkt.
NWW
Client
Direct X9
NET Framework
Abbildung
Abb. 2.18 Installationskomponenten NWW
Von seiner Struktur her ist NWW als Analyse- und Visualisierungstool für beliebige
Daten ausgelegt. Wie gewohnt wird das Bildmaterial auf einem 3D Globus
präsentiert. Es gibt jedoch zwei generelle Unterschiede zu GE und VE:
•
•
Datenquellen
Lizenzrechte
NWW verwendet Public Domain Daten und Daten der hauseigenen Satelliten. Es
entstehen somit keine Mehrkosten für das Ausgangsprodukt. Da diese Daten auf
verschiedenen Servern und in verschiedenen Formaten zur Verfügung gestellt
werden, würde sich das Betrachten dieser freien Daten als sehr beschwerlich ohne
ein Programm wie das NWW erweisen.
Der zweite gravierende Unterschied zu anderen Earth Viewern ist die Lizenz auf
deren Basis das Programm angeboten wird. NWW ist eine Open Source
Anwendung.
Open Source bezieht sich auf praktische Aspekte der gemeinschaftlichen
Entwicklung und deren vielfältige Überlegenheit – und nicht, wie freie Software, die
36
Software Vergleich
den moralischen Wert der Freiheit für den Benutzer in den Mittelpunkt stellt
(W IKIPEDIA 2007).
„Open Source bezieht sich auf den Zugang zum Quellcode.“
Der Quelltext darf also verändert und weitergegeben werden. Dieser Zustand
erleichtert die Programmierung kleiner PlugIns und prädestiniert die Software für
Wissenschafts- und Forschungszwecke (FSF EUROPE 2007).
Zu den interessanten PlugIns gehört beispielsweise ein Programm, das die
stereoskopische Betrachtung am Monitor mittels der Anaglyphentechnik ermöglicht.
Das GUI von NWW besteht aus fünf Komponenten (Abb. 2.19):
Die Menüleiste ermöglicht den Zugriff auf nahezu alle Darstellungsfunktionen des
Programms.
Außerdem
können
über
die
Menüs
verschiedene
programmübergreifende Einstellungen bearbeitet und die Hilfe abgerufen werden. In
der neusten Ausgabe von NWW (Version 1.4.0 Stand August 2007) ist es möglich
den Mond, Jupiter, Mars und die Venus zu erforschen, der Szenenwechsel wird in
der Menüleiste vollzogen. Ein noch tieferer Blick ins Universum ist mit dem SDSS
(Sloan Digital Sky Survey) PlugIn möglich, in dem Daten des Apache Point
Observatory in New Mexico präsentiert werden (EIS 2006).
Über die Symbolleiste wird auf die verschiedenen Kartenmaterialien zugegriffen. Hier
werden auch die Ansicht des Layer Managers, die Positionsangaben, weitere
Informations- und Datenquellen sowie die verschiedenen NWW Module angezeigt.
Viele der bereits in der 1.4 Version integrierten PlugIns sowie eine Suchfunktion sind
hier ebenfalls zu finden. Den größten Teil der Schnittstelle beansprucht der
Darstellungsbereich des 3D Globus. Im Layer Manager werden ähnlich einer
Ebenenverwaltung viele PlugIns aktiviert bzw. deaktiviert. Die Positionsanzeige liefert
geografische Koordinaten, die Nordausrichtung, die Geländehöhe, die Sichthöhe und
den Neigungswinkel. Es werden jedoch nicht die Koordinaten und die Geländehöhe
des Mauszeigers, sondern die des Fadenkreuzes angezeigt.
Da der NWW Browser in den ersten Versionen nur wenige Funktionalitäten
beinhaltete, wurden neue Optionen in Form von PlugIns integriert. Somit kann jeder
Benutzer seine individuelle Oberfläche gestalten. Neue, nicht gewollte Möglichkeiten
werden einfach im PlugIn Menü aus dem GUI entladen bzw. geladen. Man muss
jedoch erwähnen, dass alle auf der Basis von PlugIns installierte Funktionen und
Erweiterungen sehr einfach und wenig komplex wirken. So z. B. die Ortsuche, die
nur wenig genaue Ergebnisse liefert. Ein Messwerkzeug, das Strecken zwischen
zwei auf der Oberfläche der Erde ausgewählten Punkten liefert, ist ebenfalls
37
Software Vergleich
integriert. Das Werkzeug funktioniert auch bei anderen Planeten, da ihnen jeweils ein
eigenes DGM zugrunde liegt. So kann der Nutzer z. B. einen realistischen Eindruck
von den Dimensionen des Mondes bekommen.
Der Browser besitzt aber auch drei, voll integrierte Module, die nicht entfernt werden
können. Mit dem SVS (Scientific Visualization Studio) ist es möglich von GSFC
(Goddard Space Flight Center) erstellte Animationen abzurufen, die die
verschiedenen Effekte darstellen, die auf der Erde anzutreffen sind. Dazu gehören
Animationen der Erdplattentektonik oder Hurrikan-Bewegungen. Das MODIS-Modul
(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) zeigt Umweltkatastrophen an.
Hierzu werden Daten verschiedener Spektralbereiche ausgewertet und dem
jeweiligem Naturereignis zugeordnet. Mit WMS-Browser wird der WebMappingServer
Browser geöffnet. Erwartungsgemäß können hier Daten unterschiedlicher Server
abgerufen und im NWW Browser dargestellt werden. (NASA W ORLD W IND KOMPAKT
2007)
Symbolleiste
Positionsangaben
Abb. 2.19 Das NASA World Wind GUI
Standardmäßig verfügbare Server sind die NASA SVS Image Server und der
GLOBE Program Visualization Sever, da diese schon für die anderen Module Daten
liefern.
38
Software Vergleich
2.2.3.2 Navigation
Ähnlich den anderen Browsern ist die Navigation mit der Maus bei NWW einfach zu
erlernen.
Das Verschieben der Ansicht und das Zoomen gestaltet sich wie bei GE. Zum
Neigen und Drehen der Ansicht wird die rechte Maustaste benutzt.
Zusätzlich zu der Maus kann die Tastatur für viele Aktionen verwendet werden. Zu
den wichtigsten Tasten gehört die Leertaste, die die Ansicht wieder in den
Ausgangspunkt zurücksetzt. Außerdem können zur Rotation die Tasten W, A, S, D
und zum Schwenken um den Erdmittelpunkt die Tasten U, H, J, K benutzt werden.
Des Weiteren können die Funktionstasten direkt die verschiedenen Module starten
sowie den Cache-Speicher löschen.
Sehr sinnvoll ist die eingebaute Dämpfung der Rotationsbewegung, die einen
natürlichen Umgang mit dem Globus nachempfindet. Der 3D-Kompass kann nicht
zur Navigation benutzt werden.
2.2.3.3 Daten
Das Datenvolumen bei NWW beschränkt sich auf 4,7 Terrabyte, was im Vergleich
mit GE oder VE sehr wenig ist. Dies liegt vor allem an den größten Teils nicht
vorhandenen Luftbildern. Luftaufnahmen sind nur für wenige Großstädte der USA
verfügbar und kommen aus den USGS Beständen.
Für das Streaming nutzt NWW analog zu VE die Net-Remoting Technologie, die
langsamer als der von GE gewählte Weg ist (Kapitel 2.2.2.3).
2.2.3.3.1
Das Bildmaterial
Wie den NWW Informationen zu entnehmen ist, basiert das Programm hauptsächlich
auf Satellitenaufnahmen die in wenigen Bereichen (USA) von Luftbildern oder auch
Karten ergänzt werden.
Beim Programmstart erblickt der Benutzer den Globus in der Blue Marble Darstellung
(Abb. 2.20). Blue Marble wird mit dem Earth Observing System der NASA
produziert. Es werden Aufnahmen des Terra und des Aqua Satelliten benutzt um ein
möglichst realistisches Abbild der Erde wiederzugeben. Die Auflösung liegt bei 1000
bis 500 Meter / Pixel. Der besondere Clou ist, dass die Bilder ständig (monatsweise)
aktualisiert werden (NASA 2007).
39
Software Vergleich
Abb. 2.20 Blue Marble-Darstellung
Beim Zoomen erreicht die Blue Marble Projektion schnell ihre Grenzen. Jetzt müssen
die anderen Layer dazu geschaltet werden. Als nächste Stufe der Auflösung stehen
Aufnahmen des Landsat 7-Satelliten, in unterschiedlichen Ausführungen zur
Verfügung.
Abb. 2.21 NLT Landsat 7 Symbolbutton
Die NLT Landsat7 (Visible Color) Darstellung (Abb. 2.21) zeigt die Erde in den
natürlichen Farben. Bei Pseudo Color werden abhängig vom Layer unterschiedliche
Spektralbereiche visualisiert, um z. B. die Waldflächen besser zu erfassen. Die
Auflösung liegt für die meisten Bereiche bei ca. 30 Meter / Pixel. Die Bilder sind vier
bis acht Jahr alt. Für den Bereich der USA wurden auch freie Daten des USGS
integriert. Ein schwarz-weiß Orthophoto (1 Meter / Pixel) sowie verschiedene
topografische Karten sind für die ganze USA verfügbar. 47 Städte sind sogar mit
einer 25 cm / Pixel Auflösung vorhanden (aufgenommen 2001-2004).
Ein kleines Extra stellen die Wetterdaten dar, die allerhöchstens drei Tage alt sind.
Das PlugIn GlobalClouds soll sogar Realtime-Bilder auf der „blauen Murmel“
präsentieren.
40
Software Vergleich
2.2.3.3.2
Höheninformationen
Die Höhen für das Höhenmodell stammen wie bei GE und VE aus dem SRTM
Projekt. Das Raster der Höhenpunkte variiert zwischen 90 Meter im Flachland bis 40
Meter im Gebirge. Außerdem wurden die Daten in problematischen Gebieten aus
zusätzlichen Quellen erweitert.
Erwähnenswert ist auch, dass für die Darstellung des Mondes und der anderen
verfügbaren Planeten jeweils die echten Höhenmodelle verwendet wurden. Somit
können sogar Strecken auf dem Mars abgegriffen werden. Bei GE wird bei dem
Mond PlugIn einfach nur ein Bildoverlay auf das Höhenmodell der Erde projiziert.
2.2.3.3.3
Daten Import/Export
Unter „Import KML / KMZ file…“ können KML-Dateien importiert werden. Der Import
beschränkt sich vorerst nur auf KML 2.0. Gepackte KLM 2.0 Dateien (KMZ-Dateien)
werden nicht unterstützt. Der Importer wird aber kontinuierlich weiter entwickelt.
Bildoverlays können ebenfalls eingefügt werden. Jedoch erweist sich das Laden von
Bildern in NWW als schwierig. Die Bilder können nur über ein zusätzliches Plug-In
eingefügt und manuell georeferenziert werden. Eine Drehung der Bilder ist dabei
nicht möglich.
Obwohl NWW mit dem geringstem Datenvolumen und somit auch der geringsten
Auflösung der Daten den anderen beiden Programmen deutlich unterlegen ist, ist es
vorstellbar, dass mit neuen hochauflösenden Aufnahmen und den schon jetzt
einzigartigen Visualisierungsmöglichkeiten neue Maßstäbe gesetzt werden können.
Nicht zu vernachlässigen ist die Open Source Lizenz des Programms und die damit
verbundenen Vorteile. Auf der anderen Seite muss NWW noch Programmfehler
beheben, wie z. B. die permanente CPU Vollauslastung.
NWW kann aber schon jetzt sehr gut für Bildungszwecke genutzt werden, da
komplette CACHE-Packs downloadbereit zur Verfügung stehen, um einen
Offline-Betrieb zu ermöglichen.
Alle Funktionalitäten und Möglichkeiten die bei der Konkurrenz heute schon Realität
sind, könnten auf der NWW-Plattform ebenfalls realisiert werden.
41
Software Vergleich
NWW ist auf eine Refinanzierung nicht zwangläufig angewiesen. Entwickelt wurde
das Programm im Rahmen eines Projektes der NASA, die Programmierer mussten
also nicht extra eingestellt werden. Weiterentwickelt wird es von der Open Source
Community. Des Weiteren sind die Ausgangsdaten nicht gekauft worden, sondern
entstammen den eigenen Beständen oder sind frei erhältlich. Es ist aber dennoch
denkbar, dass die Software dem Hause NASA Geld einbringt, indem sie die Daten
publik macht und potenzielle Interessenten anspricht.
42
Software Vergleich
2.3 Direkter Vergleich der Anwendungen
2.3.1 Beurteilungskriterien
Der hier präsentierte Vergleich ist im klassischen Sinn anwendungsorientiert.
Die Anwendungen werden nach folgenden Kriterien miteinander verglichen (Tabelle
2.10). Da nicht alle der Kriterien gleichgewichtig sind, werden die vergebenen Punkte
prozentual in das Endergebnis eingehen. Überall können zwischen einem und zehn
Punkten vergeben werden.
•
Mindestsystemanforderungen an den PC
•
Datenqualität (Auflösung und Geocodierung)
Updates der Daten
Community und Entwicklung
Lizenz und deren Folgen für die Benutzung
Analyse-, Such-, GIS-, Hilfe-, Druckfunktionen
extra Funktionen
•
•
•
•
•
Da der Erfolg einer jeden Software nicht nur an reinen Fakten auszumachen ist,
werden in die Schlussbetrachtung und dem Vergleich auch einige Kriterien des so
genannten Software Testing mit einfließen, in diesem Fall die Usability
(»Gebrauchstauglichkeit«)- Kriterien. Diese beziehen sich auf die Interaktion des
Benutzers mit einem System beziehen. Es wird also die Qualität des GUI unter
folgenden Gesichtspunkten betrachtet (SCHÜTZE 2007):
•
Learnability: Das System sollte möglichst leicht zu erlernen sein, um
schnellstens Arbeitsaufgaben zu bewältigen.
•
Efficiency: Das System sollte zeitlich effizient zu nutzen sein und einen
hohen Grad an Produktivität ermöglichen.
•
Memorability: Die Bedienung des Systems sollte leicht erinnerbar sein, so
dass nach einer späteren Rückkehr das System nutzbar ist, ohne sich wieder
neu einarbeiten zu müssen.
•
Errors: Das System sollte eine niedrige Fehlerrate besitzen.
43
Software Vergleich
•
Satisfaction: Das System sollte angenehm zu benutzen sein, so dass sich
Zufriedenheit bei der Benutzung einstellt.
2.3.1.1 Geocodierung
Geokodierung (engl. geotagging oder geocoding) ist ein Vorgang mit dem Medien
wie Bilder, Filme, Blogs oder andere Informationen mit Koordinaten versehen werden
können. Die Koordinaten werden als zusätzliche Metadaten zur betreffenden
Information abgelegt. So werden die Metadaten um eine geografische Komponente
erweitert und die Information wird mit eindeutigen Koordinaten versehen
(W IKIPEDIA 2007).
2.3.1.2 Genauigkeit der Geocodierung
In der vorliegenden Arbeit werden, im Rahmen einer exemplarischen
Genauigkeitsprüfung Soll- mit Ist-Koordinaten verglichen. Es wird nur die
Lagegenauigkeit begutachtet; die Adresscodierung usw. wird nicht überprüft. Die
Höhengenauigkeit wird ebenfalls nicht untersucht, da diese mit der Genauigkeit des
Messverfahrens der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) bereits bestimmt ist
(Kapitel 2.2.1.3.2).
Um die absolute Genauigkeit der Lagekoordinaten der Earth-Browser bestimmen zu
können, müssen sie in das Bezugssystem der Sollkoordinaten überführt werden.
Dies geschieht z. B. mit Abbildungsgleichungen nach Molodjenski, die Umrechnung
von
Ellipsoidisch
bzw.
UTM
nach
Gauß-Krüger
erfolgt
mit
Transformationsgleichungen, wie sie in der Literatur zu finden sind (FRÖHLICH &
KÖRNER 2001).
Eine programmtechnische Realisierung der o. a. Abbildungsgleichungen findet sich
u. a. im Programm Transdat, dass im vorliegenden Fall genutzt wurde (Abb. 2.22).
Das Programm ermöglicht schnellen Bezugssystem- und Koordinatenartwechsel
ohne die für die Molodjenski-Formeln benötigten Datumshiftparameter ∆X, ∆Y, ∆Ζ für
den Raum Bottrop zu kennen. Datumshiftparameter werden zum Wechsel zwischen
dem deutschen Kartendatum und globalen Datum WGS84 benötigt. Die
durchschnittlichen Shiftparameter für Nordrhein-Westfalen garantieren nur eine
Genauigkeit von ca. 5-6m (LVERMA 2007).
44
Software Vergleich
Abb. 2.22 Programm TRANSDAT Version 7.87 (C. KILLET SOFTWARE ING.-GBR)
Es wurden eindeutige, gut erkennbare Punkte ausgewählt, deren genaue Lage der
Übersicht (Abb. 2.23) zu entnehmen ist. Dabei wurden die Koordinaten von jeweils
drei Punkten mit dem Browser bestimmt, in das Bezugssystem der Sollkoordinaten
(G / K im DHDN) umgerechnet und verglichen.
Abb. 2.23 Übersicht der Punkte zur Prüfung der Lagegenauigkeit
45
Software Vergleich
Da NWW keine hochauflösenden Aufnahmen von Deutschland und Europa bieten
kann und es nicht möglich ist, Sollkoordinaten von topografischen Punkten der USA
zu bekommen, wird NWW nur einem relativen Vergleich unterzogen.
Für die relative Genauigkeitsbestimmung wurden Punkte in den USA miteinander
verglichen. Da alle Systeme geographische Koordinaten im Bezugssystem WGS84
liefern ist eine Umformung nicht nötig. Der Vergleich gestaltet sich einfach.
Die Ergebnisse basieren auf einigen wenigen Punkten, die miteinander verglichen
wurden, um eine ungefähre Größenordnung der Genauigkeit zu bekommen. Der
Umfang der Stichprobe ist zu klein, um statistische und weitergehende Folgerungen
ziehen zu können.
Pkt 1 (Becken)
UTM (WGS 84)
Google Earth
Pkt 2(HauptGeb)
Pkt 3(GasAnlage)
32360130,55m
5708972,16m
32360038,44m
5708980,44m
32360131,55m
5709092,43m
G/K (DHDN)
Google Earth
2568364,16m
5709350,29m
2568271,76m
5709354,79m
2568360,22m
5709470,53m
G/K (DHDN)
Soll
2568364,11m
5709352,73m
2568270,77m
5709358,56m
2568359,67m
5709474,59m
dX
dY
-0,05m
2,44m
-0,99m
3,77m
-0,55m
4,06m
dS
2,44m
3,90m
4,10m
Tab. 2.6 Absolute Genauigkeit der GE-Koordinaten
Der durchschnittliche Fehler der bei GE abgegriffenen Koordinaten ergibt sich somit
(unabhängig von der Auflösung der Bilder) zu 3,48m.
46
Software Vergleich
Pkt 1 (Becken)
Pkt 2(HauptGeb)
Pkt 3(GasAnlage)
B, L (WGS 84)
Virtual Earth
51°30´52,52´´
6°59´03,04´´
51°30´52,55´´
6°58´58,18´´
51°30´56,41´´
6°59´02,89´´
UTM (WGS 84)
Virtaul Earth
32360127,42m
5708978,04m
32360033,78m
5708981,55m
32360127,84m
5709098,27m
G/K (DHDN)
Virtual Earth
2568360,79m
5709356,04m
2568267,06m
5709355,71m
2568358,39m
5709475,93m
G/K (DHDN)
Soll
2568364,11m
5709352,73m
2568270,77m
5709358,56m
2568356,28m
5709476,21m
dX
dY
3,32m
-3,31m
3,71m
2,85m
3,39m
-1,62m
dS
4,69m
4,68m
3,76m
Tab. 2.7 Absolute Genauigkeit der VE-Koordinaten
Der durchschnittliche Fehler der bei VE abgegriffenen Koordinaten ergibt sich somit
(unabhängig von der Auflösung der Bilder) zu 4,38m.
Auf Grund des Datenbestandes für Bottrop sowie der nicht vorhandenen
Sollkoordinaten für Punkte in den USA, konnte die absolute Genauigkeit nicht
untersucht werden.
Bottrop
Pkt1
Pkt2
Pkt3
Σ/n
Chicago
SanFrancisco
Florida
absolut
GE
[dS]
relativ
2,44m
3,90m
4,10m
3,48m
6,66m
4,79m
6,91m
6,12m
1,36m
1,56m
16,72m
GE vs VE
[dS]
absolut
VE
[dS]
relativ
VE vs
NWW
[dS]
4,69m
4,68m
3,76m
4,38m
absolut
NWW
[dS]
-
2,92m
1,99m
1,95m
relativ
NWW vs
GE
[dS]
absolut
GE
[dS]
2,44m
3,90m
4,10m
3,48m
1,67m
0,58m
18,63m
Tab. 2.8 Relative Genauigkeit aller Systeme
Die Gegenüberstellung zeigt, dass die Punkte in Bottrop relativ, deutlich schlechter
zueinander liegen als die Punkte in den USA. Eine Ausnahme ist Florida mit ca.
17 m. Der relative Vergleich zwischen VE und NWW liefert ausnahmslos gute
47
Software Vergleich
Ergebnisse, es ist also zu vermuten, dass der große Fehler in Florida auf GE zurück
zu führen ist.
Die kleinen Unterschiede bei der relativen Genauigkeit in den USA, lassen auf eine
bessere absolute Genauigkeit dort zu Lande hoffen.
NWW zeigt im relativen Vergleich zu GE, ähnliche Ergebnisse wie VE. Beide
Anwendungen platzieren sich wegen des Florida Ausreißers vor GE, die erzielten
Werte sind zufrieden stellend.
2.3.2 Begründung der Punkteverteilung
•
Die Mindestkonfiguration (15%) ist ein wichtiges Kriterium bei der
Beurteilung, da hohe Anforderungen an die Hardware den Nutzerkreis deutlich
einschränken. Die Tabelle 2.9 gibt hierzu Auskunft.
NWW
700 MHz CPU
128 MB RAM
500 MB disk space
Google Earth
Pentium 500 MHz
128 MB RAM
400 MB disk space
Virtual Earth
Pentium 1000 MHz
256 MB RAM
250 MB disk space
Tab. 2.9 Mindestkonfiguration
•
Die Datenqualität (15%) äußert sich vor allem in der Auflösung und
flächendeckenden Verfügbarkeit. Die Genauigkeit der Geokodierung wird
auch berücksichtigt. Der normale Benutzer wählt oft das Programm mit dem
besten Datensatz.
GE besitzt zurzeit die größte Sammlung von hochauflösenden Bildern. Die
beste Auflösung liegt hier bei 8 cm / Pixel. Die absolute Genauigkeit der
Geocodierung ist um ca. 1 Meter besser als die von VE; in den USA ist jedoch
ein Ausreißer von ca. 18 Meter aufgefallen. VE wertet seinen Bestand mit den
Pictometrydaten auf, momentan sind jedoch nur ca. 70 Städte mit
15 cm / Pixel vorhanden. Der Bestand weißt eine gute Geocodierung auf.
NWW hat in der Hinsicht die schlechtesten Daten. In Bereichen, in denen
hochauflösende Bilder vorhanden sind, stimmt auch die Geocodierung (ca. 50
Städte mit 25 cm / Pixel).
•
Updates der Daten (15%), bezieht sich auf die Aktualität der Aufnahmen.
Hier schneiden fast alle Anwendungen gleich gut ab. GE macht die Updates
öfter publik, also kommen die aktuellen Bilder auch aktueller an den Nutzer.
NWW aktualisiert die Aufnahmen selten, punktet aber mit den Wetterdaten,
die annähernd in Echtzeit verfügbar sind.
48
Software Vergleich
•
Analyse-, Such-, GIS-, Hilfe-, Druckfunktionen, (10%) beschreibt die
Möglichkeiten der Standardfunktionen.
Alle Anwendungen haben ihre Stärken und Schwächen, wobei GE am besten
abschneidet. NWW punktet mit „GIS“ bei anderen Planeten. VE ist etwas
schwächer, vieles funktioniert nur für die USA. Bei allen besteht noch
Entwicklungspotenzial.
•
Extra Funktionen, (10%) Aussage über die EXTRAS.
NWW trumpft hier mit weit reichenden Analysetools auf, die nicht mehr zu den
Standardfunktionen gehören. GE folgt mit vielen Zusatzdaten auf
verschiedenen Layern, Bildoverlays usw. VE muss hier auf Grund seines
Aufbaus als WebMapService auf Extras verzichten.
•
Lizenzen (5%) korrespondiert direkt zu der Software Lizenz, unter der die
jeweilige Anwendung veröffentlicht wurde. Abhängig von der Lizenz sind die
Freiheiten, die der Nutzer im Umgang mit dem Produkt bekommt.
NWW ist mit der Open Source Lizenz weit Vorne, da fast alles erlaubt ist. GE
ist laut Lizenz eine Software, die proprietäre und vertrauliche Daten enthält.
Der Quellcode darf nicht eingesehen und verändert werden. An VE darf
„getüftelt“ werden.
•
Community (5%) bewertet die Community, also die verschiedenen Foren und
Internetseiten, die sich um eine Anwendung gebildet haben. Entscheidend ist
nicht die Anzahl der Foren, sondern die Qualität und der Nutzen.
NWW hat eine kleine aber sehr aktive Gemeinde; neue PlugIns werden
regelmäßig entwickelt. GE ist momentan sehr populär. Die Community ist sehr
groß, jedoch selten wirklich kompetent. VE ist ebenfalls aktiv. Die Community
wird von MS stark unterstützt und auch gelenkt (einseitige Entwicklung).
•
Learnability (5%) GE ist trotz der vielen Optionen am schnellsten zu erlernen.
VE folgt, da hier auch die Funktionen sehr kompakt gehalten worden sind.
NWW leistet viel, die Handhabung ist jedoch nicht immer intuitiv.
•
Efficiency (5%) Verschiedene Aufgaben könne bei VE und NWW
vergleichbar schnell bewältigt werden. GE erscheint effizienter.
49
Software Vergleich
•
Memorability (5%) Die Programme gestalten sich komplex. NWW verändert
sich ständig durch neue PlugIns. VE präsentiert sich oft unterschiedlich,
abhängig von der jeweiligen Implementierung. GE ist überschaubar.
•
Errors (5%) GE läuft sehr stabil und weißt kaum Fehlermeldungen auf. VE
liefert oft Suchergebnisse nur für die USA, was als Fehler gewertet werden
kann. Leider muss NWW mit der offenen Entwicklungsweise auch mit den
Konsequenzen kämpfen. Vieles funktioniert nicht oder noch nicht.
•
Satisfaction (5%) Alle Programme hinterlassen ein zufrieden stellendes
Gefühl. GE überzeugt mit dem Gesamtbild, NWW mit den vielen, bis dahin nie
gesehen Daten. VE ist als Service sehr überzeugend.
2.3.3 Ergebnis der Beurteilung
%
Google Earth
Virtual Earth
Nasa World
Wind
7
Mindestsystemanforderungen
an den PC
Datenqualität
15
8
6
15
8
7
5
Updates der Daten
15
8
7
6
Analyse-, Such-, GIS-, Hilfe-,
Druckfunktionen
Extra Funktionen
10
8
4
6
10
6
3
8
Lizenzen
5
3
6
9
Community
5
6
5
7
Learnability
5
7
6
5
Efficiency
5
7
5
5
Memorability
5
6
5
4
Errors
5
7
5
3
Satisfaction
5
8
6
7
100
7,2
5,6
6,1
Ergebnis
(*)Höhere Werte sind besser. Maximal konnten im Endergebnis 10 Punkte erreicht werden.
Tab. 2.10 Ergebnis der Beurteilung
50
3 Modellierung und Visualisierung in GE
Nachdem der Earth Viewer GE präsentiert und mit anderen Viewern verglichen
worden ist, wird die Plattform für eine praktische Visualisierung eines 3D-Modells
genutzt. Für die Modellierung wird eine gebührenpflichtige Variante des SketchUp
Modellierers benutzt. Hierfür ist die erweiterte Funktionalität der SketchUp Pro
Version ausschlaggebend (Kapitel 3.5.1).
Außerdem werden verschiedene Varianten des zu bearbeiteten Gesamtmodells
erstellt, um die bestmögliche Darstellung, beim geringsten Konstruktionsaufwand und
der kleinsten Datenmenge in GE zu erzielen. Es wird hauptsächlich Wert auf die
visuellen Aspekte gelegt; eine evtl. spätere Mehrfachnutzung des Modells in einer
komplexen GIS-Anwendung (für z. B. Facility Management) wird nicht berücksichtigt.
Alle produzierten Modelle stellen die Kläranlage Bottrop-Welheim der Emscher
Genossenschaft dar (einschließlich der Schlammbehandlungsanlage).
3.1 Allgemeines
Im Folgenden werden einige Parallelen zwischen Virtual Reality und GE verdeutlicht.
Es wird die Entwicklung der 3D-Stadtmodelle dargestellt sowie der Einsatz des Earth
Viewers GE als ein Virtual Reality-Viewer gerechtfertigt.
3.1.1 Virtual Reality und Desktop VR
Als virtuelle Realität oder Virtual Reality (engl.), kurz VR, wird die Darstellung und
gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physikalischen Eigenschaften
in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven und virtuellen Umgebung
bezeichnet. Virtuelle Realität lässt sich in vielen Bereichen einsetzen. Ein sehr
bekanntes Einsatzgebiet ist die Pilotenausbildung in Flugsimulatoren. Auch in der
Industrie wird diese Technologie verstärkt eingesetzt, vor allem zur Erstellung von
virtuellen Prototypen (WIKIPEDIA 2007).
Seit den 80er Jahren stellt die militärische Forschung einen sehr wichtigen Teil der
Entwicklung der VR dar. Die NASA und die US-Air-Force gehören bis heute zu den
führenden Institutionen bei der Entwicklung von VR-Systemen (HAASE 2006).
Um ein Gefühl der Immersion (beschreibt das Eintauchen in eine künstliche Welt) zu
erzeugen, wird aufwändige Hardware (Eingabe- und Ausgabegeräte) zur Darstellung
virtueller Welten benötigt. Die so genannte Desktop VR kommt ohne diese
aufwändige Hardware aus.
51
Systeme die zur Darstellung der 3D-Welten eine 2D-Projektionsfläche benutzen,
bezeichnet man als Window-on-World–Systeme (WoW-Systeme). Der Benutzer
betrachtet von außerhalb, wie durch ein Fenster die VR-Welt, in der sich das Modell
befindet. Als Software zur Abbildung dient ein Real-Time-Viewer. Im einfachsten Fall
ist die Projektionsfläche der Monitor. GE erfüllt hier diese Aufgabe und bietet
gegenüber aufwändigen VR-Systemen den Vorteil, dass der Betrachter keine
zusätzlichen Hilfsmittel benötigt, sozusagen mit unbewaffnetem Auge die Szene
betrachten kann (POMASKA 2007).
Außerdem hat der Nutzer alle Vorteile eines Earth Viewers die ein VR-Viewer nicht
bieten kann.
3.1.2 3D-Stadtmodelle
3D-Stadtmodelle entwickelten sich hauptsächlich durch die VR-Forschung. Seit jeher
gab es Bestrebungen, Ansiedlungen und Bauvorhaben in der dritten Dimension zu
visualisieren. So waren z. B. Kupferstiche und Klapprisse seit dem 17. Jahrhundert
das einzige Medium für viele Menschen, sich ein Bild fremder Orte und Landschaften
zu machen (POMASKA 2007).
Da die 3D-Stadtmodellentwicklung, abhängig von der VR-Forschung und der
Computertechnik, erst seit wenigen Jahren für die zivile Nutzung verfügbar ist,
besteht noch Bedarf bei Standards zur Datenerhebung, um eine Mehrfachnutzung zu
ermöglichen. Hier setzt die SIG 3D (Special Interest Group 3D der
Geodaten-Initiative NRW) an und bearbeitet Fragenstellungen rund um
3D-Stadtmodelle. Die Entwicklung von offenen Standards für die Modellierung,
Repräsentation und Visualisierung sind hier ein Thema. So ist auch im Rahmen
dieser Arbeitsgruppe der Begriff LoD (Level of Detail) für die verschiedenen
Ausprägungen und Qualitätsstufen von 3D-Stadtmodellen übernommen worden.
Unabhängig davon können aber jetzt schon virtuelle Realitäten, beispielsweise zu
Planungszwecken von Bürgern, Kommunen oder Unternehmen, erstellt und
präsentiert werden (HAASE 2006, STÄDTETAG NRW 2007, SIG 3D 2007).
52
3.1.2.1 LoD Qualitätsstufen
Die LoD Abstufung kommt direkt aus der Computergrafik. So werden Modelle in
einer VR-Umgebung abhängig von dem Abstand zum Projektionszentrum nach und
nach in unterschiedlichen LoD-Stufen geladen. Dies entlastet den Viewer und
optimiert, ähnlich dem Prinzip einer Bildpyramide, die Darstellung. Die Abstufung
kann jedoch genau so gut bei 3D-Stadtmodellen zur Beurteilung des
Detaillierungsgrades benutzt werden. So stuft die SIG 3D die 3D-Stadtmodelle in 5
Detailstufen (LoD 0-4) ein. Die Unterschiede in den Modellen orientieren sich am
Umfang der darzustellenden Objekte, der Objektauflösung und der Genauigkeit.
•
LoD 0 (Punktgenauigkeit > 5 m) ist ein Regionalmodell, das im Wesentlichen
aus einem DGM besteht, auf das ggf. ein Satelliten-, Luftbild oder eine Karte
drapiert ist.
•
LoD 1 (Punktgenauigkeit 5 m) ist
Dachstruckturen noch Texturen enthält.
•
Beides kommt erst im LoD 2 (Punktgenauigkeit 2 m) hinzu.
•
LoD 3 (Punktgenauigkeit 0,5 m), das
ausgeprägte Dach- und Fassadenstrukturen.
das
Blockmodell,
Architekturmodell,
das
weder
beinhaltet
•
LoD 4 wird als das Innenraummodell bezeichnet und fügt Strukturen im
Inneren von Gebäuden hinzu
(STÄDTETAG NRW 2007).
Die LoD 1-3 werden als Stadt- oder Standortmodell bezeichnet.
Die Klassifizierung in die fünf LoD Stufen dient sowohl der Vergleichbarkeit von
Datensätzen als auch der schnellen Beurteilung der Daten und deren Eignung für
einen konkreten Zweck (GRÖGER ET AL. 2005).
53
3.1.2.2 Anwendungsbereiche
3D-Stadtmodelle werden heutzutage hauptsächlich im Bereich der Visualisierung
eingesetzt. Teilweise hat die Mobilfunkbranche schon in den 90er Jahren 3D-Modelle
für die Berechnung der Ausbreitung von Funkwellen entdeckt. Jedoch war die
Weitervermarktung solcher teuren Modelle kaum möglich, da sie perspektivisch, auf
ihren ursprünglichen Zweck ausgerichtet, entstanden sind. Damit Investitionen sich in
der Zukunft amortisieren, müssen Modelle offen für die vielfältigsten Aufgaben sein,
die semantische Ebene muss deutlich erweitert werden. Mit der SIG 3D wird jedoch
deutlich, dass das Interesse an der Interoperabilität ständig steigt und somit auch
3D-Modelle entstehen werden, die verschiedene Nutzer aus verschiedenen
Bereichen zufrieden stellen. Direkt mit einem solchen Modell könnte:
•
in der Architektur
•
im Bauwesen,
•
bei den Versorgern,
•
im Verkehr,
•
Mobilfunk,
•
Tourismus und
•
in der Vermessung
gearbeitet werden. Als Datenquelle könnte ein solches 3D-Modell dann für die
unterschiedlichsten Anwendungen herbei gezogen werden (STÄDTETAG NRW 2007).
54
3.2 Das Objekt „Kläranlage“
Die ausgewählte Anlage entwickelte sich aus einer Fluss-Kläranlage, die bereits
1928 erbaut wurde. Ab 1991 wurde diese ausgebaut und modernisiert. Seit 1997 hat
die Anlage ihre jetzige Form (Abb. 3.1), dennoch existiert bis heute keine
vollständige Dokumentation des aktuellen Zustandes.
In der Zentralen Schlammbehandlungsanlage der Emscher Genossenschaft (EG)
werden
Klärschlämme
der
Kläranlagen
Duisburg-Alte Emscher
sowie
Emschermündung in Dinslaken und Bottrop weiterverarbeitet. Die Kläranlage
versorgt sich selbst im Normalfall mit Strom und Wärme, die wiederum aus den
ausgefaulten und entwässerten Schlämmen durch Verbrennung entstehen. Die
Anlage hat eine Kapazität von 1,34 Millionen Einwohnerwerten. Diese nutzt die EG
zu einer Hälfte zur Klärung von Abwässern aus Privathaushalten und zur anderen
Hälfte zur Klärung von Industrie-Abwässern. Sie erstreckt sich über ein ca.
800 m X 400 m großes Gebiet.
Der Reinigungsprozess erfolgt in fünf Reinigungsschritten:
•
mechanische Reinigung
•
Sandfang
•
Vorklärung
•
Belebung
•
Nachklärung
Abb. 3.1 Kläranlage Bottrop
Die genaue Benennung der einzelnen Anlagenteile folgt aus der Abb. 3.2.
55
Abb. 3.2 Plan der KA Bottrop (EmscherGenossenschaft)
56
3.3 Redaktionelle Überlegungen
Da bekanntlich der Arbeitsaufwand einer 3D-Konstruktion und die erreichte
Genauigkeit sich nicht linear zueinander verhalten und die Modellierung der Anlage
eine Vielzahl von Gebäuden umfasst, müssen für eine effiziente Vorgehensweise
redaktionelle Überlegungen getroffen werden. Es muss eine Aussage über die
angestrebte Qualität der Gebäude gemacht werden und über das Modellieren selbst.
Das Datenvolumen des Gesamtmodells sowie die mit der Modellausprägung
verbundenen Hardwareressourcen müssen auch mitbedacht werden.
Die Anlage bietet vor allem technische Bauwerke, die bis auf einige Ausnahmen, aus
geometrischer Sicht durch Regelflächen (wie z. B. Ebene, Zylinderfläche,
Kegelfläche) beschreibbar sind. Da im Hinblick auf das Endprodukt weitestgehend
Dachaufbauten und Geländer nicht interessant sind, ist davon auszugehen, dass das
Objekt aus einigen wenigen Primitiven zusammengesetzt werden kann. Eine
Ausnahme sind die Schlammfaulbehälter, die eine sehr komplexe Oberfläche
aufweisen. Hier und bei dem zu generierenden Gelände, muss eine Art der
Dreiecksvermaschung mit anschließender Kantenglättung eingesetzt werden. Für
das Gesamtbild wichtige Straßenmöbel und Leitungsbrücken werden ebenfalls mit
modelliert. Die neue Möglichkeit des Texturierens wird ebenfalls mit eingebracht, um
das aufwändige geometrische Modellieren zu minimieren. Die mögliche Genauigkeit
des geometrischen Modellierens im SketchUp sollte an exemplarischen Beispielen
gezeigt werden.
Die Genauigkeit der einzelnen Gebäude kann durch die SIG 3D LoD Qualitätsstufen
mit LoD2-3 angegeben werden (Punktgenauigkeit siehe Kapitel 3.1.2.1). D. h.,
Dachstrukturen und Texturen sind vorhanden, die Fassadenstrukturen sind
ausgeprägt.
Da das GE-Geländemodell im Bereich der Anlage nur sehr schlecht der Realität
entspricht, muss über Alternativen nachgedacht werden.
57
3.4 Ausgangsdaten
Für jedes Modell, also für eine Nachbildung eines technischen Erzeugnisses in
verkleinertem Maßstab, werden Ausgangsdaten benötigt, die je nach
Vorgehensweise unterschiedlichen Datenquellen entstammen können.
Zur Modellierung des vorliegenden Objekts wurden hauptsächlich Daten des
terrestrischen Laserscanners Riegl LMS Z420i ausgewertet (Grundrisse, Höhen). Die
Gebäudefassaden wurden aus digitalen Photos mit einer handelsüblichen
Digitalkamera rekonstruiert, teilweise wurden auch direkt die Photos als Texturen
benutzt. Die Auflösung der Kamera spielte dabei keine Rolle, da die Photos in der
Nachbearbeitung deutlich verkleinert werden mussten, um das Datenvolumen des
späteren Modells klein zu halten. Des Weiteren wurden bei der Generierung der
Geländeoberfläche zusätzlich Höhenlinien der DGK 5 mit eingebracht. Das Gelände
wurde schließlich mit einem aktuellen Orthophoto, welches vom Labor für
Photogrammetrie bereitgestellt wurde, texturiert.
Eine alternative Möglichkeit für eine Datenbasis könnten CAD- oder ALK-Daten der
Anlage sein, aus welchen Grundrisse abgeleitet werden. Für die vertikale
Ausdehnung besteht die Möglichkeit ein DOM aus Luftbildern auszuwerten.
3.4.1 Terrestrische Aufnahme der Kläranlage Bottrop
Wie bereits erwähnt wurde die Anlage mit dem Riegl LMS Z420i Laserscanner (Abb.
3.3) erfasst. Die Orientierung der einzelnen Scans und der digitalen Bilder wurde mit
der dazugehörigen Software RISCAN PRO vollzogen. Die eigentliche Aufnahme und
die spätere Verknüpfung der einzelnen Scans wurde von einer parallel laufenden
Diplomarbeit (Polednik & Wnuk 2007) als Zwischenergebnis zur Verfügung gestellt.
Abb. 3.3 RIEGL LMS Z420i Laserscanner
58
3.4.2 Auswertung in Cyclone
Die Auswertung im Programm Cyclone liefert in erster Linie Maße, die zur
Rekonstruktion der Gebäudegrundrisse und der Höhen einzelner Gebäude in
SketchUp benötigt werden. Grundrisse werden als geschlossene Polygone modelliert
und mit Höhen extrudiert. Diese Schritte liefern das bekannte Blockmodell (Kapitel
3.1.2.1).
Die Cyclone Software bietet dem Anwender ein breites Spektrum zur PunktwolkenBearbeitung von 3D-Laserscanning Projekten. Das Paket besteht aus verschiedenen
Modulen für unterschiedliche Anforderungen. Je nach Lizenzart kann in Cyclone
registriert, modelliert und gemessen werden. Der Cyclone-SERVER ermöglicht
einzelnen Nutzern den gleichzeitigen Datenbankzugriff zu 3D-Punktwolken
und / oder Modellen. Der kostenlose Cyclone-VIEWER ist eine Version, die nur der
Datenansicht dient (LEICA CYCLONE 2007).
Für die Auswertung wurde Cyclone-Model Version 5.6 eingesetzt.
Die Arbeiten beschränken sich im vorliegendem Fall auf das Legen von vertikalen
(Abb. 3.4) sowie horizontalen (Abb. 3.5) Schnitten durch die registrierte Punktwolke.
Die einzelnen Schnitte wurden parallel zu einer vorher definierten Referenzebene
gelegt. Die Dicke der Schnitte sowie der Offset konnten variiert werden, um eine
ausreichende Menge an Punkten pro Schnitt zu gewährleisten.
59
Abb. 3.4 Vertikaler Schnitt des Hauptgebäudes in Cyclone
Abb. 3.5 Horizontaler Schnitt des Hauptgebäudes in Cyclone
Der Nutzer von Cyclone kann sich in der 3D-Punktwolke frei bewegen, was die
manuelle Auswahl der Punkte, zwischen denen eine Strecke bestimmt werden soll,
erleichtert. Die Bilder zeigen jeweils die kompletten Schnitte des Hauptgebäudes.
Um Verwechslungen auszuschließen, wurde bei der Streckenmessung der Anfangsund der Endpunkt explizit gezoomt und ausgewählt.
Des Weiteren kann die Punktwolke, entsprechend den Intensitätswerten, koloriert
werden. In manchen Fällen kann es die Punktzuordnung erleichtern. In den
Abbildungen 3.4 und 3.5 sind die Punkte jeweils mit den orientierten Fotos koloriert.
60
3.5 SketchUp 5
In diesem Kapitel werden die wichtigsten Funktionen von SketchUp beschrieben,
welche zur Modellierung der Kläranlage Bottrop benutzt werden. Außerdem wird die
Entwicklung des Programms kurz dargestellt. Ziel dieses Kapitels soll es sein, einem
späteren Benutzer von GE-SketchUp einen schnelleren Einstieg in das Programm zu
ermöglichen. Der Leser soll, mit Hilfe der Darstellung, eine ungefähre Vorstellung
von den Möglichkeiten des Programms erhalten. Obwohl SketchUp sich durch seine
Einfachheit auszeichnet, ist das Handbuch ca. 350 Seiten stark. Die einzelnen
Unterkapitel erheben deshalb keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Hierzu wird auf
die hilfreichen Tutorials und Videobeispiele verwiesen die sich auf der SketchUp
Internetseite befinden (http://sketchup.google.com/tutorials.html).
Die englische Firma @Last Software entwickelte das Programm SketchUp zum
Entwerfen von Bauprojekten. Den Namen SketchUp verdankt das Programm dem
Stil, in dem die erstellten Modelle präsentiert werden. Der NPR-Stil (non
photorealistic rendering-Stil) präsentiert die 3D-Modelle nicht mit der Zielsetzung
einer fotorealistischen Abbildung. Er ist als Cartoon-Rendering oder SketchRendering bekannt. Nach der Übernahme durch GE wurde die Software für den
privaten Gebrauch unter der Bezeichnung GE-SketchUp kostenlos zum Download
angeboten. Zudem gibt es die PRO Versionen, die für eine Lizenzgebühr zu erhalten
sind. Dafür bekommt der Nutzer Erweiterungen in der Funktionalität
(Sandkistenfunktion), vor allem jedoch beim Datenexport (Tabelle 3.2).
Eine weitere Besonderheit ist die Ruby-Programmierschnittstelle (API), bei der
Benutzer, die mit der Ruby-Skriptsprache vertraut sind oder diese Skriptsprache
erlernen möchten, die Funktionalität von SketchUp erweitern können
(SKETCHUP 2007).
SketchUp ist ein 3D-Programm für den Entwurf in der Konzeptionsphase.
Größtenteils können hier schnelle Änderungen am Modell ohne erheblichen
Mehraufwand durchgeführt werden. Es ist ein robustes Werkzeug, das jedoch nicht
mit herkömmlichen CAD-Systemen vergleichbar ist, da es mehr einem Vorabentwurf
als der Detailkonstruktion zugewandt ist (POMASKA 2007).
Im Privatbereich wird SketchUp vor allem als Schnittstelle zu GoogleEarth eingesetzt
und im Profisektor zum Skizzieren dreidimensionaler Situationen.
61
3.5.1 Das GUI und seine Funktionen
Die SketchUp Oberfläche (Abb. 3.6) besitzt eine Menüleiste, die die Mehrzahl der
SketchUp-Funktionen, -Befehle und -Einstellungen beinhaltet. Die standardmäßig
angezeigten Menüs sind:
•
Datei
•
Bearbeiten
•
Ansicht
•
Kamera
•
Zeichnen
•
Werkzeuge
•
Fenster
•
Hilfe
Zudem können fast alle Funktionen über die Symbolleisten, die sich unterhalb der
Menüs und auf der linken Seite der Anwendung befinden, direkt angesprochen
werden. Der Benutzer kann die hier angezeigten Steuerelemente individuell
anpassen. Im Zeichnungsbereich wird das Modell erstellt. Der 3D-Raum des
Zeichnungsbereichs wird visuell durch die Zeichnungsachsen gekennzeichnet. Im
unteren Bereich des Bildschirms befindet sich die Statusleiste. Hier werden Tipps für
die gegenwärtig verwendeten Zeichnungsfunktionen angezeigt, einschließlich
besonderer Funktionen, die über Tastenkombinationen verfügbar sind. Im rechten
Teil der Statusleiste befindet sich das Wertefeld, das beim Zeichnen
Bemaßungsdaten anzeigt. Es können auch Werte in das Wertefeld eingegeben
werden, um die gegenwärtig ausgewählten Elemente zu bearbeiten, bzw. Elemente
mit bestimmten Abmessungen zur erstellen.
62
Ansichten
Anzeigestil
Standard
Sandkistensymbolleiste
Schattensymbolleiste
Google
Layer
Grundsymbolleiste
Materialien Browser
Zeichnungssymbolleist
e
Änderungssymbolleiste
Konstruktionssymbolleiste
Kamera-/ Navigationssymbolleiste
Durchlaufsymbolleiste
Materialien Editor
Koordinatenursprung
Wertefeld
Abb. 3.6 Das SketchUp GUI
Die meisten der Grund-, Zeichnungs- und Änderungsfunktionen sind aus anderen 2D
/ 3D Zeichen- bzw. Bildbearbeitungsprogrammen bekannt. Die innovativen Tools
werden im Folgenden kurz vorgestellt.
Kein direktes Tool, aber ein wertvolles Feature, ist die inference engine mit der
SketchUp ausgestattet ist. Mit dieser Software, aus dem Bereich der künstlichen
Intelligenz, die durch Schlussfolgerung neue Aussagen aus einer bestehenden
Wissensbasis ableitet kann, wird das Konstruieren im SketchUp deutlich erleichtert
werden. So werden mit Hilfe dieser Ableitungsfunktion, Folgedaten aufgrund
bereits bestehender Geometrie abgeleitet. Beispielsweise kann die Länge einer Linie
von einer bereits bestehenden, parallelen Line abgeleitet werden. In diesem Fall wird
der Mauszeiger auf den erahnten Punkt gefangen oder „gesnapped“, wenn er in die
Nähe des Punktes geführt wird. SketchUp teilt solche Punkte durch Farbindikatoren
und eine QuickInfo mit. Quickinfos sind Bildschirmmeldungen, die den Standort des
Cursors beim Zeichnen eines Elements angeben. SketchUp zeigt beispielsweise "Auf
63
Fläche" an, wenn der Cursor eine Fläche berührt. Die folgende Abbildung (Abb.3.7)
enthält fünf häufige QuickInfo-Ableitungen (SKETCHUP 2007).
Abb. 3.7 Quickinfo-Ableitungen bei SketchUp
Ein weiteres, interessantes Tool ist das Drück- / Ziehtool.
Mit der Drück- / Ziehfunktion (Abb. 3.8) werden Flächenelemente
(geschlossene Polygone) gedrückt und gezogen (extrudiert), um
3D-Modellen Volumen hinzuzufügen oder aus ihnen zu entfernen. Diese
Funktion kann auf beliebige Flächentypen, einschließlich kreisförmigen,
rechteckigen und abstrakten Flächen, angewendet werden. Wird
Abb. 3.8
während des Extrudierens ein Betrag in das Wertefeld eingegeben, so Drück- /
wird das Flächenelement um genau diesen Wert gedrückt bzw. gezogen Ziehfunktion
(SKETCHUP 2007).
Abb. 3.9
"Folge Mir"
-Funktion
Mit der Funktion "Folge Mir" (Abb. 3.9) werden Flächen entlang eines
Pfades, wie beispielsweise einer Kante oder einer mit dem Freihandstift
gezeichneten Linie, extrudiert. Diese Funktion ist besonders nützlich,
wenn Details zu einem Modell hinzugefügt werden. Sie ermöglicht das
Detail an einem Ende des Pfades auf dem Modell zu zeichnen und mit
der Funktion "Folge Mir" dieses Detail entlang des Pfades fortzuführen.
Diese Funktion ist empfehlenswert bei Leitungen und ähnlichen
Objekten (SKETCHUP 2007).
Die Sandkiste in SketchUp (nur in der PRO Version verfügbar) wird in der
Geländeformungsterminologie gewöhnlich als Dreiecksvermaschung (TIN)
bezeichnet. Der Begriff Sandkiste visiert dabei die Tatsache an, dass eine
Geländeoberfläche ebenfalls wie die Oberfläche eines Sandkastens nie ideal eben
ist. Eine Dreiecksvermaschung besteht dabei aus mehreren verbundenen
dreieckigen Flächen, die geglättet wie eine durchgehende glatte Oberfläche
erscheinen. Zu beachten ist, dass die Sandkistenfunktionen nicht auf das Erstellen
von Gelände beschränkt sind. Mit diesen Funktionen können auch andere
organische Formen erstellt werden.
64
Die Sandkisten Toolbar bietet zwei Möglichkeiten ein Gelände schnell zu generieren
und mehrere Arten dieses oder ein zuvor importiertes Gelände zu verändern. Die
einzelnen Tools werden in der folgenden Tabelle 3.1 aufgelistet.
Funktion
Typ
Anmerkungen
Erstellt
Dreiecksvermaschung
Erstellt eine flache, rechteckig geformte Dreiecksvermaschung, die
mit anderen Sandkistenfunktionen geändert werden kann.
Erstellt
Dreiecksvermaschung
Erstellt TINs oder Sandkisten aus Konturlinien auf unterschiedenen
Höhen.
Große
Änderungen
Ermöglicht das Formen von oder Durchführen großer Änderungen
an einer Dreiecksvermaschung, indem Gruppierungen von
Scheitelpunkten verschoben werden, um Hügel, Böschungen oder
andere Features zu erstellen.
Große
Änderungen
Ermöglicht das Formen von oder Durchführen großer Änderungen
an einer Dreiecksvermaschung, indem Abdrücke, z. B. der Abdruck
eines Gebäudes, auf der Dreiecksvermaschung abgebildet werden.
Große
Änderungen
Ermöglicht das Verbinden von Straßen-, Pfad- und
Gebäudekonturen, die auf einer flachen Ebene gezeichnet sind, auf
einer Dreiecksvermaschung.
Kleine
Ermöglicht das Formen von oder Durchführen kleiner, detaillierter
Änderungen
Änderungen an einer Dreiecksvermaschung, indem einer
Dreiecksvermaschung zusätzliche Dreiecke hinzugefügt werden.
Kleine
Änderungen
Ermöglicht das Formen von oder Durchführen kleiner, detaillierter
Änderungen an einer Dreiecksvermaschung, indem die
Triangulation einer Dreiecksvermaschung angepasst wird.
Sandkiste – Neue
weiche Fläche
Sandkiste aus
Konturen
Weich bewegen
Fläche abbilden
Fläche verbinden
Detail hinzufügen
Kante spiegeln
Tab. 3.1 Funktionen der "Sandkiste"
Als letztes wird hier die Möglichkeit des Texturierens vorgestellt, da sie eine sinnvolle
Art bietet, aufwändige Geometrie zu vermeiden und dem Modell ein fotorealistisches
Aussehen zu verleihen. Jedoch kann beim unbewussten Texturieren die Dateigröße
der exportierten KMZ-Datei schnell auf über 100 MB ansteigen, was wiederum
65
Schwierigkeiten bei der Darstellung im GE nach sich zieht (Kapitel 3.6.1). In
SketchUp wird im Zusammenhang mit Texturierung der Begriff „Material“ verwendet.
Materialien können Farben, Muster, Zeichnungen oder Fotos sein, die als Texturen
auf Flächen projiziert werden. Im SketchUp Material-Browser ist eine Vielzahl
verschiedener Materialien bereits vorgegeben. Im Material-Editor können neue
Texturen erstellt werden. Fototexturen werden ebenfalls im Editor als Rasterbilder
importiert und können hier weiter bearbeitet werden. Wird eine neue Textur erstellt,
kann auf sie über den Material-Browser jederzeit zugegriffen werden. Soll die Textur
nicht nur lokal sondern auch für spätere Projekte erhalten bleiben, muss sie der
Bibliothek hinzugefügt werden. Des Weiteren sollte die voreingestellte
Namensgebung der neuen Materialien durch eigene, dem Modell eindeutig
zugeordnete Bezeichnungen ersetzt werden um spätere Darstellungsfehler zu
vermeiden.
Die Materialien werden mit der Füllungsfunktion (Abb. 3.10) auf den
zu texturierenden Flächen platziert und mit der Funktion „Textur
positionieren“ in die passende Form gezogen, verschoben, gedreht
oder skaliert. Diese Funktion arbeitet mit so genannten
Materialpositionierungsreißzwecken (PINS). Es gibt zwei Modi mit
Abb. 3.10
Füllungsdenen die Materialien an die Geometrie des Modells angepasst werden
funktion
können. Der Modus "Fixierte Reißzwecke" ordnet jeder Zwecke eine
Funktion zu, z. B. Verschieben, Skalieren oder Verzerren. Die PINS sind hier an
andere Reißzwecken gebunden, was eine freie Entzerrung erschwert.
Der zweite Modus "Nicht fixierte Reißzwecke" ist übersichtlich und kann am besten
an Hand einer Grafik (Abb. 3.11) erläutert werden.
66
Abb. 3.11 Entzerrung einer Phototextur in SketchUp
Hier (Abb. 3.11) werden die PINS auf dem Rasterbild in jeweils einer Ecke des
Gebäudes positioniert und dann samt Bild auf die entsprechende Ecke des Modells
zugezogen. Als Resultat bietet sich eine entzerrte und gleichzeitig auf die passende
Größe skalierte Textur an (Abb. 3.12). Durch das Entzerren verändert der Benutzer,
das perspektivisch aufgenommene Bild zu einer Senkrechtaufnahme.
Abb. 3.12 In SketchUp entzerrte Phototextur
67
3.5.2 Daten Import / Export
Wie bereits erwähnt, besteht einer der Unterschiede zwischen der kostenlosen und
der Pro Version von SketchUp in den Exportmöglichkeiten. In Tabelle 3.2 werden
VideoExportformate
3DExportformate
2D-Exportformate
Importformate
diese gegenüber gestellt.
Google SketchUp
3DS (*.3ds)
DEM (*.dem)(*.ddf)
ACAD Files (*.dwg, *.dxf)
SketchUp Files (*.skp)
JPEG Image (*.jpg)
Portable Network Graphics (*.png)
Tagged Image Files (*.tif)
Targa Files (*.tga)
Windows Bitmap (*.bmp)
JPEG Image (*.jpg)
SketchUp Pro 5
3DS (*.3ds)
DEM (*.dem)(*.ddf)
SketchUp Files (*.skp)
JPEG Image (*.jpg)
Targa Files (*.tga)
Portable Document Format (*.pdf)
Encapsulated PostScript Format (*.eps)
JPEG Image (*.jpg)
Epix (*.epx)
Google Earth (*.kmz)
Google Earth 4 (*.kmz)
3DS (*.3ds)
FBX (*.fbx)
OBJ (*.obj)
XSI (*.xsi)
VRML (*.wrl)
Google Earth (*.kmz)
Google Earth 4 (*.kmz)
AVI (*.avi)
Tab. 3.2 Import- / Exportformate in SketchUp
Das AVI Format (Audio Video Interleaved) dient als
Filmsequenzen, die im SketchUp Pro 5 erstellt werden können.
Exportformat
von
68
Die Formate Google Earth (*.kmz) und Google Earth 4 (*.kmz) sind strikt zu
unterscheiden. Das Google Earth Format exportiert die in SketchUp erstellten
Modelle laut den Spezifikationen von KML 2.0. Im Detail bedeutet dies:
•
keine Phototexturen möglich (anstatt der Phototexturen
durchschnittliche Farbwert ermittelt und exportiert)
•
das Modell ist zu 100% im KML Quellcode abgelegt (kein COLLADA in der
KMZ-Datei)
•
alle lokalen Koordinaten der Punkte eines Modells, werden beim Export zu
geographischen Koordinaten transformiert
wird
der
Das Google Earth 4 Format exportiert die Modelle unter Benutzung aller neuen
TAGS und Möglichkeiten von KML 2.1 (Kapitel 2.2.1.4.). Da der GE-Viewer
abwärtskompatibel ist, werden beide Arten der so erstellten KMZ-Datei dargestellt.
Aus der Fülle der verschiedenen Import- und Exportformate ist klar ersichtlich, dass
die kostenlose Version von SketchUp allein auf GE fixiert ist. Die PRO Version kann
jedoch als Schnittstelle zwischen verschiedenen Programmen dienen, deren
Produkte im Endeffekt nichts mit GE zu tun haben müssen.
69
3.5.3 Georeferenzierung
Wird SketchUp für das Modellieren von 3D-Gebäuden für Google Earth verwendet,
muss ein PlugIn für die Georeferenzierung der erstellten Daten installiert werden.
Zudem liefert das PlugIn eine Möglichkeit eigene Modelle im Google 3D-Warehouse
zu publizieren oder von dort zu laden. Die Icons hierzu stellen zwei Kartons dar (Abb.
3.13). Die neuen Funktionen erscheinen dann in der Google-Toolbar. Bei der
Georeferenzierung (KML 2.1 und höhere) werden die lokalen Koordinaten des
SketchUp Koordinatenursprungs in das globale geographische Koordinatensystem
WGS84 transformiert. SketchUp und GE bieten hierfür eine einfache grafische
Drag&Drop-Lösung an.
Referenzierung
eines Modells
Up- / Download
eines Modells
mit dem 3D
Warehouse
Abb. 3.13 Google Earth PlugIn
Das Referenzieren eines Modells auf dem GE-DGM läuft in drei Schritten ab, wozu
die drei Symbole (Abb. 3.13) der Google Toolbar benutzt werden. Vorrausetzung ist,
dass der Rechner über genügend Arbeitsspeicher verfügt um beide Programme
(Google Earth und SketchUp) parallel ausführen zu können. Obwohl es heutzutage
nicht besonders relevant erscheint, können bei einem Modell, welches ein eigenes
DGM beinhaltet, 512 MB RAM zu wenig für den Export (SKP->KMZ) sein.
In einem ersten Schritt wird das fertig gestellte Modell gruppiert, um das spätere
Verschieben komfortabel zu gestalten. Im GE-Darstellungsfenster muss jetzt der
Bereich der Erde ausgewählt werden (Senkrechtansicht), in dem das Modell platziert
werden soll. Über das Symbol
(Get Current View) wird das GE-Bildmaterial
automatisch nach SketchUp importiert. Zuvor sollten folgende Einstellungen im GE
vorgenommen werden:
•
das Gelände muss in der Ebenenverwaltung eingeschaltet werden
•
unter OPTIONEN; Einstellen der Höhenverstärkung auf 1
•
der darstellbare Detailbereich sollte auf GROß gesetzt werden
70
Der importierte GE-Bildausschnitt erscheint in SketchUp in Graustufen unter dem
Modell liegend. Wird jetzt das Modell markiert, so kann es lagemäßig an das
Graustufenbild angepasst werden. Für die höhenmäßige Anpassung muss das
Gelände, das ebenfalls in SketchUp exportiert wurde, mit der Toggle Terrain Taste
( ) aktiviert werden. Nun kann das Modell in der Höhe verschoben werden. Zu
beachten ist, dass nur eine Bewegung auf der blauen Achse (Höhe) stattfindet,
ansonsten muss erneut die Lage überprüft werden. Aufgrund des fehlerbehafteten
GE-DGM sollten alle Modelle unterkellert werden, damit ein Gebäude später bei der
GE-Darstellung, nicht über dem Gelände schwebt. Das so georeferenzierte Modell
wird mit der Place Model Taste(
) nach GE exportiert. Jetzt wird die KMZ-Datei
Abb. 3.14 Georeferenzierung eines COLLADA-Modells
geschrieben und an GE weiter gegeben. Die KMZ Datei beinhaltet, wie im Kapitel
2.2.1.4 beschrieben, das *.dae COLLADA-Modell sowie die doc.kml für die
Referenzierung. Die Parameter der Referenzierung beziehen sich nicht direkt auf das
Modell, sondern auf den Koordinatenursprung des SketchUp-Koordinatensystems.
Das Modell wird also nur über einen Punkt georeferenziert, die Nordausrichtung
(heading = 0 siehe Abb. 3.14) des Modells wird über die Koordinaten des lokalen
Collada-Systems eindeutig. Dies setzt voraus, dass das SketchUpKoordinatensystem immer nach Norden ausgerichtet ist und nicht rotiert werden
71
kann. Die Achsenfunktion verändert also nur die Zeichnungsachsen aber nicht das
zugrunde liegende lokale Koordinatensystem.
Des Weiteren sollte an dieser Stelle erwähnt werden, dass der Export (ab KML 2.1)
von SketchUp nach GE nicht ganz reibungslos verläuft. Das in SketchUp exakt an
das Gelände angepasste Modell, wird lagemäßig nicht an der gleichen Stelle in GE
abgebildet (Abb. 3.15). Es ist eine leichte Rotation erkennbar. Die Höhe passt
perfekt. Eine Lagekorrektur kann jedoch leicht in GE vollzogen werden(Kapitel 3.6.3).
Abb. 3.15 Lagefehler beim Export nach GE
72
3.5.4 Manuelle Georeferenzierung
In diesem Kapitel wird eine alternative manuelle Möglichkeit der Georeferenzierung
von Modellen in GE beschrieben, die sich grundsätzlich auch automatisieren ließ.
Dies kann besonders interessant bei der Überführung schon bestehender, großer
COLLADA-Modellverbände in GE sein. Zudem wird hierzu der Genauigkeitsaspekt
erörtert.
Kurz gefasst beschäftigt sich dieses Kapitel mit folgender Fragestellung:
„Können Modelle manuell georeferenziert und damit eine höhere Genauigkeit
erzielen werden, als bei der grafischen Drag & Drop-Lösung von SketchUp?“
Als Ausgangspunkt wird
angenommen (Abb.3.16).
folgendes
Szenario
eines
praktischen
Beispiels
Abb. 3.16 Beispiel einer manuellen Georeferenzierung
Ein Gebäudemodell wurde in einem lokalen Koordinatensystem konstruiert bzw.
importiert, wobei das lokale Koordinatensystem nicht nach Norden orientiert sein
muss (anders als im SketchUp). Der Ursprungspunkt (erste Gebäudeecke) des
Systems sowie ein zweiter Gebäudepunkt sind aufgrund der Kartenlage in
Gauß-Krüger Koordinaten bekannt. Das Gebäudemodell wurde in einer KMZ-Datei
implementiert (Kapitel 2.2.1.4), die Georeferenzierung auf GE soll folgen.
73
3.5.4.1 Lage
Der erste Passpunkt, der für die
Referenzierung benötigt wird, ist der
Koordinatenursprung
des
lokalen
Systems, der ebenfalls in G/KKoordinaten zu Verfügung steht. Da
GE jedoch nicht mit G/K-Koordinaten
arbeitet und GE ein anderes
Bezugssystem zugrunde liegt, müssen
die
G/K-Koordinaten
einem
Bezugssystem- und Koordinatenartwechsel
unterzogen
werden
(Kapitel 2.3.1.2). Die so errechneten
geographischen
Koordinaten
des
ersten Passpunktes, werden in die
doc.kml eingetragen (Dezimalgrad).
AltitudeMode
Altitude
geogr.
Koordinaten
Heading
Abb. 3.17 Quellcode einer doc.kml-Datei
Die Nordausrichtung des Modells ist aus den Koordinaten des lokalen Systems nicht
abzuleiten, da das System selbst nicht nach Norden ausgerichtet sein muss. Der
Richtungswinkel des Modells muss also aus den vorhandenen G/K-Koordinaten des
Ursprungs (erster Gebäudepunkt) und des zweiten Gebäudepunkts berechnet
werden. Der so errechnete Richtungswinkel ist unter <heading> (Dezimalgrad)
einzutragen (Abb. 3.17).
3.5.4.2 Höhe
Bei der Höhe ist es deutlich einfacher, da die Abbildung aller Modelle standardmäßig
auf dem GE-DGM stattfindet. Hierzu ist nur darauf zu achten, dass die Höhe „0“ bei
<altitude> eingetragen wird und der <altitudeMode> mit dem Attribut
relativeToGround belegt ist. Bei dieser Einstellung wird das Modell in einer relativen
Höhe von null Metern über dem GE-DGM positioniert. Bei stark bewegtem Gelände
können die Modelle jedoch teilweise schwebend dargestellt werden. Um in diesem
Fall einen realitätsnahen Eindruck zu erreichen, kann die Geometrie der Modelle an
das GE-DGM angepasst werden (Kapitel 3.6.2.2).
74
3.5.4.3 Abbildungsgenauigkeit manuell georeferenzierter Modelle in GE
Im vorliegenden Kapitel wird ein möglicher Ansatz vorgestellt, die in Kapitel 2.3.1.2
exemplarisch ermittelten Fehler von GE-Koordinaten zu benutzen, um den daraus
resultierenden Unterschied in der Abbildung zwischen referenzierten Modellen und
der GE-Oberfläche zu minimieren. Der Begriff „Abbildungsgenauigkeit“ zielt also auf
die Passgenauigkeit zwischen referenzierten Modellen und den GE-Orthophotos.
Wie im Kapitel 2.3.1.2 gezeigt wurde, fällt die Geokodierung der Orthophotos bei GE
unterschiedlich fehlerhaft aus. Im Bereich der Kläranlage Bottrop liegt z. B. im Schnitt
ein Fehler von ca. 3,5 m vor. Wird der Lagefehler in ∆X und ∆Y aufgeteilt, so fällt auf,
dass die ∆ um einen konkreten Wert streuen. Sie sind also systematischer Natur und
könnten minimiert werden. Des Weiteren sind die Fehler ortsabhängig; dies liegt
zweifellos an der Randanpassung der Orthophotos untereinander.
Es ist folgender Ablauf einer Minimierung der Abbildungsungenauigkeit, der manuell
georeferenzierten Modelle, denkbar:
•
Bestimmung der Genauigkeit der Geokodierung im
Georeferenzierung (Vorgehensweise siehe Kapitel 2.3.1.2).
•
Ermittlung eines Durchschnittswertes für jeweils ∆X und ∆Y.
•
Anbringen der Korrekturwerte, an die G/K-Koordinaten der Passpunkte (1./2.
Gebäudepunkt, Kapitel 3.5.4.1).
•
Die Modelle sind jetzt um diesen konstanten Betrag, besser an die
Bereich
der
GE-Oberfläche angepasst.
Ein derart georeferenziertes Modell, wird höchst wahrscheinlich nicht so präzise an
das GE-DGM angepasst sein, wie es mit SketchUp möglich wäre. Doch kann diese
Vorgehensweise automatisiert werden. Die große Unsicherheit liegt dabei in der für
solche Zwecke schlechten Geokodierung der GE-Orthophotos.
75
3.5.5 Modellieren der KA Bottrop mit SketchUp
Ziel der Modellierung war es, eine realitätsgetreue Szene der KA Bottrop in der
GE-Umgebung zu präsentieren. Es sollte gezeigt werden was mit den heutigen
Werkzeugen machbar ist und wo die Grenzen liegen. Es wurden unterschiedliche
Techniken verwendet um realistische Gebäudemodelle zu erzeugen, die jedoch
lediglich einer Visualisierung dienen sollten und keine „3D-ALK“-Qualität besitzen.
Bei der Modellierung der Anlage werden die meisten Gebäude einzeln oder in
kleinen Gruppen konstruiert und später exportiert. Jede Modellgruppe ist also in einer
eigenen SKP- und KMZ-Datei vorhanden. Dies ist sinnvoll, um später die Modelle
einzeln im GE ansprechen zu können. Außerdem gestaltet sich die
Georeferenzierung kleinerer Verbände einfacher und im Endergebnis genauer.
Trotzdem wurden im Nachhinein, alle Teile der Anlage aus GE als eine KMZ-Datei
exportiert, um das Gesamtmodell einfacher weitergeben zu können.
Alle Modelle bestehen aus Flächenelementen, die entweder aus einzelnen
Linienelementen zusammengesetzt oder mit einem Zeichenwerkzeug erstellt
wurden. Eine Definition von Volumenelementen im SketchUp existiert nicht.
Alle Gebäude werden auf einer ebenen Bodenplatte modelliert und alle
Darstellungsarten werden aus diesen Modellen abgeleitet (Kapitel 3.7.1). Hierzu
werden auf Grundlage der Cyclone Ergebnisse (Kapitel 3.4.2) Grundrisse der
Modelle aus Linienelementen zu Flächenelementen zusammengesetzt. Die
Grundrisse werden dann an Hand der ermittelten Höhen zu Blockmodellen extrudiert
und die Blockmodelle für die grobe Fassadenaufteilung mit Fotos der Fassaden
texturiert. Danach werden alle wichtigen Konstruktionslinien auf dem Blockmodell
nachgezeichnet und das Fassadenfoto aus der Materialienbibliothek wieder entfernt
(Abb. 3.18).
76
Abb. 3.18 Blockmodell samt Fassadenaufteilung in SketchUp
Alle so entstandenen Flächen (Türen, Fenster usw.) werden nun entweder mit Fotos
texturiert oder mit konventioneller Geometrie vervollständigt. Dies hängt in erster
Linie von der Qualität der Fotos ab, aber auch von der damit verbundenen
Dateigröße. Die Größe der KMZ-Datei, die in der Anfangsphase der Diplomarbeit
explosionsartig, allein beim Hauptgebäude bis auf 120 MB anwuchs, bildete die
Grundlage für weitere Nachforschungen (Kapitel 3.6.1).
Für die Dächer wurden GE-Screenshots benutzt, da diese in kleinen Bereichen eine
bessere Auflösung als das Orthophoto bieten. Nach Fertigstellung des
Hauptgebäudes betrug die Größe der KMZ-Datei nur ca. 700 kB, wobei die
Geometrie (gepackt) 100 kB beanspruchte.
Die Modellierung des Geländes wird im Kapitel 3.6.2 beschrieben.
77
3.5.5.1 Ausgestaltung
Mit Hilfe der in den Kapitel 3.5.1 beschriebenen Werkzeuge konnten markante
Elemente konstruiert werden. Des Weiteren bietet SketchUp auch eine interessante
Auswahl an Komponenten an. Hier einige Beispiele mit kurzer Konstruktionsbeschreibung:
•
Diverse Leitungen
Abb. 3.19 Diverse Leitungen
Verschiedene Leitungen und Rohre (Abb. 3.19) konnten mit Hilfe der „Folge mir“
Funktion auf einfachste Weise modelliert werden. Dazu wird als erstes ein Pfad
konstruiert, der den Verlauf der Leitung wiedergeben soll. Bei einem Rohr wird dann
ein Kreis als Ausgangsform gezeichnet und mit dem „Folge mir“-Tool entlang des
Pfades extrudiert.
•
Komplexe Formen und Flächen (Behälter für die Schlammfaulung)
Abb. 3.20 Komplexe Formen
Die Oberflächen der Faulbehälter (Abb. 3.20), wurden mit der Sandkistenfunktion
erstellt und anschließend geglättet. Als Kanten für die Generierung wurden
übereinander liegende Kreise angenommen, deren Radien in Cyclone ermittelt
wurden.
78
•
Trägerelement (für Leitungsbrücken)
Abb. 3.21 Trägerelement
Für eine Leitungsbrücke (Abb.3.21) wurde ein Element komplett konstruiert und
durch Kopieren zu einer gesamten Brücke zusammengefügt. Mit der
Skalierungsfunktion, konnte das Element für verschiedene Brücken angepasst
werden.
•
Landschaftselemente (zu finden in den SketchUp Komponenten)
Abb. 3.22 Landschaftselemente
Verschiedene Darstellungen von 2D / 3D Bäumen (Abb. 3.22) können direkt in
SketchUp abgerufen werden. Bei großen Projekten empfiehlt sich die Benutzung von
2D Strukturen, die mit der „Billboard-Methode“ dargestellt werden. Dabei drehen sich
die 2D Objekte bei der Visualisierung des 3D-Modells senkrecht zur
Betrachtungsrichtung, so dass der Betrachter einen realistischen Eindruck der
Bäume erhält (KEMPKEN 2004). Im Modell der KA Bottrop, werden Bäume nur
exemplarisch im Bereich des Hauptgebäudes, mittels der 3D-Darstellung realisiert.
Die Billboard-Methode wird in GE nicht unterstützt, sie sollte also nur für eine
Präsentation in SketchUp eingesetzt werden.
79
3.6 Probleme und Lösungen
Im Laufe der Bearbeitung traten Probleme bei der Modellierung in SketchUp aber
auch bei der Präsentation in GE auf. Im Folgenden werden diese Schwierigkeiten
samt Lösungen, chronologisch zum Entstehungsprozess des Gesamtmodells,
vorgestellt.
3.6.1 Bewusste Texturierung
Die Modellierung der Anlage wurde mit den einzelnen Modellen der verschiedenen
Gebäude begonnen. Wie bereits erwähnt war die erste Ausführung des Modells des
Hauptgebäudes ca. 120 MB groß. Dies lag zum Einem an der zu hohen Auflösung
der Photos für die Texturierung und zum Anderen an der Art und Weise, wie
Texturen unter SketchUp in das KMZ-Format exportiert werden. Immer wenn die
Geometrie des Rasterbildes sich ändert, wird der manipulierte und im Modell
sichtbare Teil der Textur beim Export nach KMZ neu gespeichert. Wird das Bild nur
skaliert auf verschiedenen Flächen angebracht, so wird es nur einmal in der
KMZ-Datei abgelegt.
Die in Abb. 3.23 dargestellte Textur mit
identischem Inhalt wird beim Export in die
KMZ-Datei nur einmal durch das Originalbild
gespeichert. Die Linien des Rasters verlaufen
weiterhin horizontal oder vertikal, wie beim
Ausgangsbild.
Abb. 3.23 Skalierte Texturen
In Abb. 3.24 wurde die Geometrie des
Rasterbildes durch Verzerrungen gestört; die
einzelnen Linien schneiden sich nicht mehr
orthogonal. Beim Export in die KMZ-Datei, wird
ein und dieselbe Textur dreimal hinterlegt.
Abb. 3.24 Verzerrte Texturen
80
Zur Verdeutlichung des Effektes wurde als Beispiel eine einfache Fassade mit fünf
verschieden großen Fenstern konstruiert (Abb. 3.25).
Abb. 3.25 Beispiel einer Gebäudefassade
Die grafischen Ergebnisse sind bei beiden Möglichkeiten fast identisch. Erst bei
näherem Hinsehen wird deutlich, dass Unterschiede in der Entzerrung sowie in der
Qualität der Bilder zu erkennen sind. Die im SketchUp manipulierte Aufnahme muss
aufwendig bei jedem Fenster neu entzerrt und angepasst werden. Bei der manuellen
Entzerrung ist es fast unmöglich bei jedem Fenster exakt die gleichen Pixel an exakt
den gleichen Stellen zu platzieren. Somit wird zwangsläufig die orthogonale Struktur
des Bildrasters zerstört und die Textur wird beim Export neu gespeichert. Die
Qualität der Fenstertexturen ist hier ebenfalls schlechter, da das Fassadenbild schon
im Vorfeld an Auflösung einbüssen musste, um auf eine passable Größe zu
schrumpfen. Alle weiteren Details können der folgenden Tabelle 3.3 entnommen
werden.
Foto
1X
komplette
Fassade
(199 kB)
1 X Fenster
(69 kB)
entzerrt/
zugeschnitten
SketchUp
Arbeitsaufwand
5min
Qualität
gut
gespeicherte
Elemente
5
KMZ
Datei
279 kB
Photoshop
3min
sehr gut
1
49 kB
Tab. 3.3 Texturierung in SketchUp
Demnach sollten alle Elemente, z. B. einer Fassade die mittels einer Phototextur
dargestellt werden sollen, schon im Vorfeld zugeschnitten und entzerrt werden. Dies
erspart Arbeit und hält die KMZ-Datei klein.
81
Erfahrungsgemäß muss die exportierte KMZ-Datei ca. genauso groß werden, wie die
SKP-Datei (SketchUp) des gleichen Modells. Wird die KMZ-Datei um ein Vielfaches
größer als die SKP-Datei, dann wurde die oben beschriebene Vorgehensweise nicht
beachtet. Um in diesen Fall mehr zu erfahren, muss die KMZ-Datei entpackt werden.
In dem Unterverzeichnis
IMAGES sind dann die mehrfach abgespeicherten
Texturelemente zu finden sein (Kapitel 2.2.1.4). Bilder können aber auch auf Modelle
projiziert werden, ohne dass jeder Fläche ein Bildausschnitt zugeordnet und
abgespeichert wird. Dabei ist jedoch eine genaue Positionierung des Bildes auf dem
Modell nicht möglich. Ein typisches Beispiel für diese Art der Texturierung ist das
Projizieren eines Orthophotos auf ein DGM (Kapitel 3.6.2.1). Wäre diese Möglichkeit
der Texturierung nicht gegeben, müsste einem jedem Dreieck eines TINs, über die
PINs ein Orthophotoauschnitt manuell zugewiesen werden (Kapitel 3.5.1), was in der
Realität nicht machbar wäre.
3.6.2 Geländemodell
Nach der Fertigstellung der einzelnen Gebäudemodelle, tauchte erwartungsgemäß
das Problem des schlechten GE-DGMs auf. Es stellt sich nicht die Frage nach der
Genauigkeit, aber der Richtigkeit des Geländes, die hier gar nicht der Realität
entspricht (Abb. 3.26). Bodenvertiefungen werden als Hügel dargestellt, flache
Bereiche erscheinen bewegt und umgekehrt. Auf solch einer Grundlage kann kein
realitätsgetreues Modell der KA aufgebaut werden. Da GE keine besondere Funktion
für den Import eigener Geländemodelle vorsieht, musste improvisiert werden.
Abb. 3.26 Vergleich des GE-DGMs (rechts) mit der Realität (links)
Es wurden drei Möglichkeiten für die Darstellung in Erwägung gezogen und
schließlich auch realisiert:
•
selbst generiertes Gelände + Gebäudemodelle
•
GE Gelände + Gebäudemodelle aufliegend
•
GE Gelände + Gebäudemodelle einzeln angepasst
82
Alle drei Möglichkeiten haben ihre Vor- und Nachteile, die erste Lösung ist zweifellos
die eleganteste. Es ist jedoch nicht ohne weiteres möglich ein eigenes DGM in GE zu
exportieren. Zudem müsste ein DGM generiert werden.
Die zweite Darstellungsart, setzt ein Verfahren voraus das es ermöglicht, die bereits
bestehenden Modelle dem GE-DGM anzupassen.
Die dritte Möglichkeit ist die einfachste, bietet jedoch ein höchst unvollkommenes
Bild der gesamten Szene. Die meisten Gebäude schweben über dem Gelände oder
verschwinden darunter.
3.6.2.1 Eigenes Geländemodell
Der Grundgedanke bei der Verwendung eigener Geländemodelle im GE, basiert auf
der Idee ein Gelände wie ein Gebäudemodell zu behandeln. Das Modell wurde also
modelliert und über dem GE-Geländemodell platziert. Es musste darüber liegen und
in den Randbereichen sich mit dem GE-DGM verschneiden.
Das Gelände gestaltet sich nur in den Außenbereichen der Anlage strukturiert. Die
Mitte der Anlage wurde als flach angenommen, was die Anpassung der Modelle
deutlich erleichtert hat. Der Außenbereich wurde jedoch den realistischen
Geländeverhältnissen nachmodelliert. Da jedoch in GE keine 3D Messungen möglich
sind, kam es weniger auf den absoluten Wert der Geländehöhe, als auf das richtige
Geländeverhältnis an. Die oben genannten Vereinfachungen des Geländes waren im
Hinblick auf das Endprodukt vertretbar.
Bei der Modellierung des Geländes wurde die Sandkisten Funktion eingesetzt. Es
wurde bewusst auf ein DGM, das einer photogrammetrischen Auswertung
entstammt, verzichtet, weil:
•
die Sandkistenfunktion auf eher kleine Datenmengen ausgerichtet ist
•
die Sandkistenfunktion eine Dreiecksvermaschung aus Konturen und nicht
aus Punkten unterstützt
•
die Geometrie eines so komplexen Geländes zu einer sehr großen SKP und
später KMZ-Datei führen würde
83
Abb. 3.27 Geländemodell, geglättet
Die Daten für die Modellierung stammen aus den terrestrischen
Laserscannermessungen. Aufgrund der dichten Bewaldung und Bebauung wurden
jedoch keine Schnitte durch die Punktwolke gelegt, sondern explizite Punkte
ausgewählt. Aus deren Höhen wurden dann Höhenunterschiede der Erhebungen
bestimmt. Sporadisch wurde auch die DGK 5 zur Hand genommen, um einen
Eindruck von nicht erfassten Randbereichen der Anlage zu bekommen. Um eine
natürliche Erscheinungsform zu erreichen, wurde das komplette Geländemodell
schließlich mit der „Kanten abmildern“ Funktion geglättet (Abb. 3.27).
Das so entstandene Modell des Geländes wurde schließlich mit einem aktuellen
Orthophoto texturiert (Abb. 3.28). Für die Texturierung wurde das Orthophoto
waagerecht über dem Geländemodell aufgespannt und auf das Modell projiziert. Das
Projizieren erlaubt eine Texturzuweiseung auf gekrümmten Flächen. Für eine
genaue Positionierung muss jedoch das gesamte Rasterbild schon im Vorfeld
passend über dem Gelände platziert werden. Das Orthophoto hat eine Auflösung von
20 cm / Pixel und wurde im JPEG Format abgelegt.
84
Abb. 3.28 Geländemodell, geglättet und texturiert
Die Georeferenzierung des DGM erfolgte in zwei Schritten. Die grobe Lage und die
exakte Höhe über dem GE-DGM wurde im SketchUp festgelegt. Die lagemäßige
Anpassung an das GE-DGM wurde im GE vollzogen.
Alle Gebäudemodelle mussten auf das neue Gelände referenziert werden
(Anhang B).
Das so entstandene Geländemodell hat eine Größe von 2,3 MB, wobei die
Geometrie (gepackt) nur 30 KB beansprucht.
85
3.6.2.2 Anpassung der Modelle an das GE-Geländemodell
Für die Realisierung der zweiten Variante der Darstellung (GE Gelände +
Gebäudemodelle aufliegend), musste ein Weg gefunden werden, um die Modelle an
das GE-Gelände anzupassen. Im Endergebnis sollten die teilweise schwebenden
Modelle an das GE-DGM gebunden sein. Dieser Eingriff verändert die Geometrie der
Gebäudemodelle, hinterlässt aber einen realitätsnahen Eindruck (Abb. 3.29). Zudem
könnte diese Methode, zusammen mit der im Kapitel 3.5.4 „Manuellen
Georeferenzierung“ automatisiert werden, um flächendeckend bereits bestehende
Modelle auf der GE-Plattform zu präsentieren.
Abb. 3.29 Vergleich eines schwebenden Modells (links) mit einem aufliegendem (rechts)
Da ab KML 2.1 alle Modelle in der COLLADA Datei abgelegt werden und diese nur
schwer zu manipulieren ist, wurden hier alle zuvor georeferenzierten Modelle der KA
Bottrop in KML 2.0 exportiert, um vollen Zugriff auf die Geometrie zu bekommen.
Beim Export eines georeferenzierten Modells ins KML 2.0 werden alle lokalen
Koordinaten aller Punkte des Modells in geographische Koordinaten transformiert.
Die lokalen Höhen bekommen die grafisch eingestellte Höhe als Aufschlag
mitgegeben. Es besteht keine Möglichkeit die lokalen Höhen nach dem Export
beizubehalten, um sie dann mit dem altitudeMode „<relativeToGround>“
darzustellen.
So wurde gemeinsam mit Herrn Dipl.-Ing. R. Brechtken ein Programm geschrieben,
welches die Höhen wiederum um den vermeidlichen Aufschlag reduziert und den
altitudeMode auf <relativeToGround> setzt. Das Programm geht folgendermaßen
vor:
Es durchsucht den Quellcode einer KLM-Datei nach Koordinatentrippeln, extrahiert
die Höhe und vergleicht sie mit der nächsten. Die niedrigste Höhe wird dann auf Null
gesetzt, die übrigen Höhenwerte werden um den Wert der niedrigsten Höhe
86
verringert. Als Ergebnis liegt dann eine KML-Datei mit geographischen
Lagekoordinaten und lokalen Höhen vor, die jedoch durch den altiduteMode
<relativeToGround> immer auf der Geländeoberfläche von GE dargestellt werden.
3.6.3 Lagekorrektur der Modelle im GE
Wie bereits erwähnt, weisen alle Modelle nach dem Export ins GE einen
lagemäßigen Versatz auf (Kapitel 3.5.3, Abb. 3.15). Dieses Problem kann am
schnellsten manuell im GE-Viewer behoben werden.
Abb. 3.30 Eigenschaften eines Modells in GE
Dazu sollte das entsprechende Modell in der Seitenleiste mit der rechten Maustaste
angeklickt werden. Unter „Eigenschaften“ (Abb. 3.30) können dann einige
Modelleigenschaften manipuliert werden.
Um das zu bearbeitende Modell erscheint eine so genannte BoundingBox
(Abb. 3.31). Die gelbe Box ist nach Norden orientiert, umschließt alle Punkte des
Modells und hat leuchtend grüne Randmarkierungen. Die Markierungen
(Ankerpunkte) dienen der Anpassung des Modells an die GE-Oberflächen. So wird
mittels des Kreuzes(1) das komplette Modell verschoben, mit dem Ankerpunkt(2)
wird gedreht, die Ankerpunkte an den Ecken(3) und Rändern(4) dehnen das Modell.
87
Abb. 3.31 Lagekorrektur eines Modells in GE
Die Höhe des Modells kann nur um ganze Meter verändert werden, was eine genaue
Höhenanpassung im SketchUp unerlässlich macht. Das Ausgangsmodell sollte nach
der Korrektur durch das „neue“ Modell ersetzt werden. Die neue Ausrichtung des
Modells wird nicht in die COLLADA-Datei geschrieben, sondern in die doc.kml unter
heading abgelegt. Liegt ein Modellteil unterhalb des GE-DGMs, so ist die
BoundingBox ebenfalls in diesen Bereich unterhalb des Geländes verborgen. Die
Grenze des Übergangs wird dann durch die BoundingBox sichtbar (5), indirekt kann
so das GE-DGM begutachtet bzw. besser sichtbar gemacht werden.
Die hier beschriebene Möglichkeit der Lagekorrektur gilt nur bei KMZ Dateien, bei
denen die Geometrie in einer COLLADA Datei abgelegt ist (ab KML 2.1). Eine
Korrektur der Modelle, die mit KML 2.0 erzeugt wurden, ist in GE nicht möglich, aber
auch nicht nötig, da der Export eines KML 2.0 Modells reibungslos verläuft.
88
Im folgenden Beispiel wurde eine vertikale Fläche entlang einer markanten Linie
georeferenziert. Die gleiche Fläche wurde einmal in KML 2.0 (Abb. 3.32 (links)) und
einmal in KML 2.1 (Abb.3.32 (rechts)) exportiert. Die Abbildung in GE zeigt
Differenzen.
Abb. 3.32 Vergleich zweier Exportoptionen, KML 2.0 (links) und KML 2.1 (rechts)
Abb. 3.33 Rotation des COLLADA Modells (KML 2.1) gegenüber dem KML 2.0 Modell
Das dritte Bild zeigt beide Flächen übereinander, sie sind gegeneinander um einen
kleinen Betrag verdreht. Da die „KML 2.0 Fläche“ an der korrekten Position in GE
abgebildet wurde, ist der Fehler auf den fehlerhaften Export der COLLADA Modelle
zurück zu führen.
89
3.7 Visualisierung in GE
Als Visualisierung wird die bildliche Veranschaulichung von Daten bezeichnet. Sie ist
das Medium zur Präsentation von Fakten und Informationen. Durch die Methoden
der Visualisierung wird eine 3D Szene anschaulich und überzeugend wiedergegeben
(HAASE 2006).
Die Präsentation des Gesamtmodells mit dem GE-VR-Viewer ist eine moderne Art
der Animation, die wiederum eine Methode der Visualisierung ist. Eine Animation
muss nicht zwangsläufig vorab berechnet sein und zugriffsbereit auf einem
Datenträger vorliegen, sie kann bei Bedarf immer wieder neu generiert werden. Die
Animation in GE wird auf zwei Darstellungsweisen verwirklicht:
•
als overview oder fly over: virtuelle Befliegung mit verschiedenen Sichten aus
der Vogelperspektive über das fertige 3D-Modellgelände
•
als walk-through oder fly-through: virtuelle Begehung entlang eines Pfades
oder mit Eigennavigation durch das Modell (KEMPKEN 2004)
Der overview oder fly over wird durch die Definition und Zuweisung, einem jedem
Modellteil einer eigenen Ansicht realisiert. Mit dem TOUR-Tool werden dann alle
Ansichten, aller Modellteile in einer vorher bestimmten Reihenfolge angeflogen.
Der walk-through wird durch die Möglichkeit der freien Navigation in der
GE-Umgebung gewährleistet.
3.7.1 Darstellungsvarianten
Die im Folgenden vorgestellten drei Darstellungsarten basieren auf den gleichen
SketchUp Modellen, die jedoch unterschiedlich georeferenziert, exportiert, aber auch
anderweitig manipuliert wurden. Nicht alle Anlagenteile wurden mit der gleichen
Modelliertechnik konstruiert. So wurde z. B. am Ofen- und Turbinenhaus (Abb. A.15)
sehr viel mit Fototexturen gearbeitet und die Geometriemodellierung dadurch auf ein
Minimum reduziert. Im Gegensatz dazu wurden die Labor- und Sozialgebäude (Abb.
A.14) fast komplett mit Geometrie ausmodelliert. Welche Darstellungsvariante mehr
anspricht, der fotorealistische Eindruck oder die geometrische Genauigkeit, ist
sicherlich benutzerabhängig (Anhang A). Hauptsächlich unterscheiden sich die drei
Varianten jedoch in der mehr oder weniger guten, realitätsgetreuen Erscheinung in
der GE-Umgebung.
90
3.7.1.1 Modell auf eigenem DGM
Diese Variante präsentiert die einzelnen Gebäudemodelle auf einem eigenem DGM,
das bestmöglich an das GE-DGM angepasst wurde (Abb. 3.34). Dazu musste ein
DGM generiert und texturiert werden. Ein eigenes Orthophoto musste für die
Texturierung eingesetzt werden, da ein GE-Screenshot eines so großen Areals (als
Bearbeitungsgrundlage für SketchUp) eine sehr schlechte Auflösung im Modell
zufolge hätte. Die Generierung des Geländes wurde rein visuellen Aspekten
unterstellt, das Zusammenspiel der Gebäude und des Geländes, besonders in den
Randbereichen der Anlage stand im Vordergrund.
Abb. 3.34 Modell auf eigenem DGM
Die Variante stellt die eleganteste Lösung der Visualisierung einer größeren Anlage
dar, die momentan mit den Google Werkzeugen zu realisieren ist.
Eine Kollisionserkennung wäre in Verbindung mit einem eigenen Geländemodell von
Vorteil, um nicht beim freien Navigieren in Bodennähe unter das DGM zu „rutschen“.
Trotz intensiver Recherche wurde keine Möglichkeit gefunden um das Durchfliegen
der Modelle zu vermeiden. Es wird bei KML kein TAG genannt, der diese Einstellung
ansprechen würde, obwohl der GE-Anwender das GE-DGM nicht durchbrechen
kann.
91
3.7.1.2 Modell auf GE aufliegend
Abb. 3.35 Modell auf GE aufliegend
Das aufliegende Modell fällt zunächst durch die dunkler gehaltenen Farben auf, die
aus dem mittleren Farbwert der in SketchUp gewählten Texturen resultieren
(Abb. 3.35). Viel wichtiger ist jedoch, dass alle Modellteile bei dieser Darstellung auf
dem GE-Gelände aufliegen, ohne dass sie neu modelliert werden mussten. Dies
bewirkt eine zusätzliche Steigerung der Realitätsnähe, besonders in wenig bewegten
Geländebereichen, wo die Geometrie der Modelle nur wenig verfälscht wird.
Meistens wird die veränderte Gebäudegeometrie nicht so störend, wie ein komplett
schwebendes Modell nachempfunden.
Des Weiteren wird auf die Möglichkeiten der Mehrfachnutzung im Sinne einer
Visualisierung hingewiesen. Explizit bedeutet es, dass bereits vorhandene Modelle,
die auf anderen Geländemodellen konstruiert oder wie hier auf einer ebenen
Bodenplatte modelliert wurden, aufliegend im GE-Viewer dargestellt werden können.
92
3.7.1.3 Modell auf GE einzeln angepasst
Diese Art der Darstellung der Anlage ist zweifellos die einfachste und entspricht den
Vorstellungen von Google (Abb. 3.36). Das Modell, wird im SketchUp grafisch
georeferenziert und wie den SketchUp Tutorials zu entnehmen ist, vorsichtshalber
„unterkellert“. Das Unterkellern soll einer schwebenden Darstellung der
Gebäudemodelle im GE vorbeugen und nur einen Bruchteil der Gesamthöhe des
Modells betragen. Was aber, wenn ein sehr flaches, sich jedoch weit erstreckendes
Objekt unterkellert wird? Der „Keller“ verändert dann das Objekt bis zur
Unkenntlichkeit. Hier sollte der Nutzer aber keinen Gedanken an das GE-DGM
verschwenden und mit der schnellen Modellierung und der einfachen
Georeferenzierung zufrieden sein. Das höchst unvollkommene Bild der Szene äußert
sich hauptsächlich durch das schlechte Zusammenspiel des Gelände-, und des
Gebäudemodells.
Abb. 3.36 Modell auf GE einzeln angepasst
93
3.7.2 Vergleich der Darstellungsarten
Da die drei Darstellungsarten bereits unfassend beschrieben wurden, wird der
Vergleich in einer tabellarischen Gegenüberstellung aller Merkmale vollzogen.
Modell auf
eigenem DGM
Modell aufliegend
auf GE-DGM
Modell auf
GE-DGM
Zeitaufwand
200 Std.
180 Std.
190 Std.
Export
KML 2.1
KML 2.0
KML 2.1
eigenes DGM
GE DGM
GE DGM
aufliegend
aufliegend
schwebend
richtig
verfälscht
richtig
photorealistisch
nur Farbwerte
photorealistisch
gut
mittelmäßig
schlecht
10,3 MB
5,3 MB
7,6 MB
gut
schlecht
gut
Gelände
Abbildung in GE
Geometrie
(Gebäude)
Texturen
Realitätsnähe
Dateigröße
Performance
Tab. 3.4 Vergleich der Darstellungsarten
94
Der Zeitaufwand für die Erstellung der einzelnen Modelle resultiert hauptsächlich aus
der Erstellung der ca. 25 Gebäude (ca.175 Std.). Da die verschiedenen
Darstellungsarten aus einem Grundmodell abgeleitet wurden, gehen die 175
Stunden nur einmal in die Bearbeitungszeit ein. Die Georeferenzierung, Export,
Korrekturen und Nachbearbeitung gehen jeweils mit insgesamt 10 bis 25 Stunden
ein. Eine genaue Auflistung der einzelnen Tätigkeiten befindet sich im Anhang B.
Die Performance bezieht sich hier auf die Nutzung der jeweiligen Modelle mit
folgendem PC:
•
AMD 2800+
•
1 GByte RAM
•
GeForce 5500 mit 256 MByte Grafikspeicher
Die schlechte Performance des aufliegenden KML 2.0 Modells lässt sich mit der
Darstellung des GE-DGMs und dem altitudeMode <relativeToGround> erklären. GE
lädt das GE-Gelände in verschiedenen Qualitätsstufen, in Abhängigkeit von der
Entfernung zum Beobachter. Bewegt sich also der GE-Nutzer durch einen größeren
Bereich der mit Modellen „bebaut“ ist, so wird nicht nur die Projektion der Modelle auf
dem Bildschirm berechnet, sondern auch die neue Lage des Modells auf dem sich
ändernden DGM.
Da GE nicht hauptsächlich auf die Präsentation großer Anlagen in 3 D ausgerichtet
ist und eher die Darbietung einzelner Gebäude die Regel ist, muss gesagt werden,
dass der o. g. PC der Mindestkonfiguration entspricht, die für eine erfolgreiche
Darstellung des Modells in GE notwendig ist. Eine Anleitung zur Konfiguration des
GE-Clients findet sich im Anhang C.
Die Zusammensetzung der Dateigröße der drei Darstellungsarten, sowie einiger
Modellteile kann folgender Tabelle entnommen werden:
Modell /
Modellteil
Modell auf
eigenem
DGM
Modell
aufliegend
auf
GE-DGM
Modell auf
GE-DGM
Eigenes
DGM
Hauptgebäude
Gesamtgröße *
10,3 MB
5,3 MB
7,6 MB
2,3 MB
700 kB
5 MB
5 MB
5 MB
30 kB
100 kB
davon
Geometrie *
* gepackt als KMZ
Tab. 3.5 Zusammensetzung der Dateigröße
95
Fazit
4 Fazit
Die Beurteilung der drei Earth Viewer hat sich komplexer als erwartet offenbart, da
nur NASA tiefergehende Informationen zu ihren Viewer publik macht. Google und
MS halten sich in der Hinsicht, der Öffentlichkeit gegenüber sehr verschlossen. Wie
den Ergebnissen der Softwareuntersuchung zu entnehmen ist, hat sich GE etwas
von der Konkurrenz abgesetzt. Dies liegt hauptsächlich an den sehr guten
Ausgangsdaten und dem übersichtlichen GUI. Die finanzielle Unterstützung, das
freie Modellierwerkzeug SketchUp sowie der „Google Faktor“ sind nicht zu
unterschätzen.
VE ist ein WMS und kann oft nicht die Fülle an Optionen bieten wie die anderen
beiden Programme. Doch der Datenbestand und neuartige Techniken machen es
dennoch konkurrenzfähig.
NWW ist das älteste Programm. Es wurde mit dem geringsten finanziellen Aufwand
aufgebaut. NASA wollte hier experimentieren und genau in die Richtung geht es
weiter.
Obwohl GE im Vergleich am besten abgeschnitten hat, muss GE nicht die beste
Lösung für jede Problemstellung sein. Vielmehr sollten die hier gesammelten
Argumente für und gegen ein Programm abgewogen werden um die Entscheidung
für einen bestimmten Earth Viewer zu erleichtern.
Dennoch sind die Präsentationsmöglichkeiten eigener Daten in GE bis jetzt
einzigartig und sollten in der Geodäsie, wenn auch nur vorerst zur
Visualisierungszwecken genutzt werden.
Die Wahl von SketchUp für die Modellierung hat sich als sinnvoll erwiesen. SketchUp
besticht durch seine einfache und intuitive Bedienung. Eine effiziente Arbeitsweise
stellt sich dank der umfangreichen Hilfe-Texte und praktischen Tutorials auch beim
Neuling schnell ein. Durch die in der PRO Version erweiterten Exportfunktionen,
können die SketchUp Ergebnisse leicht anderweitig genutzt werden.
Die Funktionen zur Geländegenerierung und Texturierung von Oberflächen sind im
Vergleich zu anderer Modellierungs-Software einfach zu bedienen. Bei größeren
Vorhaben sollte jedoch die Texturzuweisung aufgrund der uneffizienten Speicherung
von professionellen Softwarelösungen wie 3D Studio Max oder Blender übernommen
werden.
Die einfache Bedienbarkeit und das rasche Arbeiten verleitet dazu, den
Modellierungsaufwand von großen oder komplexen Modellen zu unterschätzen. Hier
gilt zwar, dass einzelne Elemente mit SketchUp sehr schnell erstellt werden können.
96
Fazit
Müssen jedoch hunderte solcher Elemente konstruiert werden, summiert sich der
Zeitaufwand dennoch beträchtlich.
Bei der Ausführung gibt es jedoch ein paar Punkte, die hätten optimiert werden
können. So z. B. hätte für die Aufnahme der Texturfotos generell eine Kamera mit
einem Weitwinkelobjektiv eingesetzt werden sollen. Die Texturen hätten noch mehr
in der Auflösung und Farbtiefe verkleinert werden sollen, um die Dateigröße klein zu
halten und um die Darstellungsperformance in GE noch weiter zu verbessern. Für
eine weitere Steigerung der Darstellungsqualität empfiehlt sich die Nutzung des
LoD-Tags, bei dem das Modell in Abhängigkeit vom Abstand zum Betrachter geladen
und so die Hardware entlastet wird (Kapitel 3.1.2.1).
Die eingesetzten Ausgangsdaten (TLS) waren qualitativ und quantitativ nicht
zweckmäßig. Die Kosten für die eingesetzten Geräte und die Arbeitsstunden vor Ort,
wären normalerweise nicht rentabel gewesen. Effizienter erscheint hier der Einsatz
von Photogrammetrie, bei der Geländepunkte und Gebäudehöhen aus Luftbildern
rekonstruiert werden könnten. Die Grundrisse hätten ebenfalls durch Messungen in
den Stereomodellen bestimmt werden können.
Dennoch sind die Ergebnisse, also die modellierten Anlagenteile sowie die
erarbeiteten Darstellungsmöglichkeiten in GE zufrieden stellend und zeigen mit dem
aufliegenden KML 2.0 Modell eine unkonventionelle Möglichkeit, bereits vorhandene
3D-Modelle an das GE-DGM anzupassen.
97
Ergänzungen
5 Ergänzungen
5.1 Virtual Earth
Die kurzfristig erschienene (15.10.2007) neue Version von VE ist Anlass für eine
kurze Ergänzung der vorliegenden Arbeit. Die zum Teil gravierenden Unterschiede
der Funktionalitäten sowie die neuen Tools sollen nicht außen vor gelassen werden,
sie gehen jedoch nicht mehr in die Beurteilung der Viewer ein.
Pictometryaufnahmen
in der 3D-Ansicht
Abb. 5.1 Das neue VE 3D
Das VE 3D-GUI bekommt in der 6.0 Version ein neues Aussehen (Abb. 5.1) und der
BirdEye-View ist nun in die 3D-Ansicht eingebunden. Einzelne Pictometrybilder
können in einer 3D-Szene eingeblendet werden. Zwei Tools ermöglichen das
Modellieren sowie das spätere Exportieren eigener Objekte (ähnlich SketchUp) in die
VE-Umgebung (Virtual Earth-3DVIA). Das Projizieren eigener Overlays auf die
VE-Oberfläche (MapCruncher Beta) sowie der Austausch dieser Daten ist über das
MS-Account möglich (VE 2007c).
Die Innovationen bei VE zeigen, dass die Entwicklung nicht mehr als einseitig
gesehen werden darf, wie im Kapitel 2.3.2 suggeriert wurde.
5.2 SketchUp 6
Die neue SketchUp 6 Version optimiert die Auflösung der Modelltexturen beim Export
nach KMZ. Diese neue Eigenschaft wurde genutzt, um das Modell der KA Bottrop,
98
Ergänzungen
welches mit der SketchUp 5 modelliert wurde, nochmals zu verkleinern. Alle weiteren
Neuerungen von SketchUp 6 wurden nicht untersucht.
99
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103
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
Client-Server-Architektur (MITCHELL 2005)
Hybride Ansicht bei Google Maps
Das Google Earth GUI
GE Seitenleiste
Menüunterpunkt OPTIONEN
Navigationskompass
Lagefehler bei GE
3
7
10
11
12
14
16
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
Prinzip der SRTM Messung (W IKIPEDIA 2007)
Fehler des GE-DGMs
Ablaufschema der Publikation eigener 3D-Modelle mit GoogleEarth
Aufbau einer KMZ-Datei ab KML 2.1
Implementierung fremder Modelle bei GE
Installationskomponenten VE
Das Virtual Earth GUI
Zoom-Panel bei VE
Pictometry
Schlechte Texturen bei VE
Installationskomponenten NWW
Das NASA World Wind GUI
Blue Marble Darstellung
NLT Landsat 7 Symbolbutton
Programm TRANSDAT Version 7.87 (C. KILLET SOFTWARE ING.-GBR)
Übersicht der Punkte zur Prüfung der Lagegenauigkeit
Kläranlage Bottrop
Plan der KA Bottrop (EMSCHERGENOSSENSCHAFT)
RIEGL LMS Z420i Laserscanner
Vertikaler Schnitt des Hauptgebäudes in Cyclone
Horizontaler Schnitt des Hauptgebäudes in Cyclone
Das SketchUp GUI
Quickinfo-Ableitungen bei SketchUp (SKETCHUP 2007)
Drück- / Ziehfunktion
"Folge Mir"–Funktion
Füllungsfunktion
Entzerrung einer Phototextur in SketchUp
In SketchUp entzerrte Phototextur
Google Earth PlugIn
Georeferenzierung eines COLLADA-Modells
Lagefehler beim Export nach GE
Beispiel einer manuellen Georeferenzierung
Quellcode einer doc.kml-Datei
19
20
22
25
26
28
29
30
31
33
36
38
40
40
45
45
55
56
58
60
60
63
64
64
64
66
67
67
70
71
72
73
74
104
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
3.26
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34
3.35
3.36
5.1
Abb. A.1
Abb. A.2
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
A.3
A.4
A.5
A.6
A.7
A.8
A.9
A.10
A.11
A.12
A.13
A.14
A.15
A.16
A.17
Blockmodell samt Fassadenaufteilung in SketchUp
Diverse Leitungen
Komplexe Formen
Trägerelement
Landschaftselemente
Skalierte Texturen
Verzerrte Texturen
Beispiel einer Gebäudefassade
Vergleich des GE-DGMs mit der Realität
Geländemodell, geglättet
Geländemodell, geglättet und texturiert
Vergleich eines schwebenden Modells mit einem aufliegendem
Eigenschaften eines Modells in GE
Lagekorrektur eines Modells in GE
Vergleich zweier Exportoptionen, KML 2.0 und KML 2.1
Rotation des COLLADA-Modells gegenüber dem KML 2.0 Modell
Das neue VE 3D
Blick über die KA Bottrop
Nordansicht der Schlammfaulung, im Vordergrund die Nachklärbecken
und die Flotation
Nordansicht des Hauptgebäudes, links die Schlammfaulung
Südansicht der Nachklärbecken
Vergleich einer Ansicht mit und ohne eigenes DGM
Nordansicht der Schlammspeicher (eigenes DGM)
Nordansicht der Schlammspeicher (KML 2.0, aufliegend)
Nordansicht der Schlammspeicher (KML 2.1, schwebend,
einzeln angepasst)
Westansicht der KA Bottrop (eigenes DGM)
Westansicht der KA Bottrop (KML 2.0, aufliegend)
Westansicht der KA Bottrop (KML 2.1; schwebend, einzeln angepasst)
Westansicht der KA Bottrop in 3facher Überhöhung
(KML 2.0, aufliegend)
Nordansicht der Schlammspeicher in 3facher Überhöhung
Labor- und Sozialgebäude
Ofen- und Turbinenhaus
Ablaufschema der Tätigkeiten bei der Erstellung
des Modells auf eigenem DGM
Übersicht der Bearbeitungsschritte mit Bearbeitungszeit
77
78
78
79
79
80
80
81
82
84
85
86
87
88
89
89
91
92
93
98
110
111
112
113
114
115
115
115
116
116
116
117
117
118
118
119
105
Abb.
Abb.
Abb.
Abb.
A.18
A.19
A.20
A.21
(Modell auf eigenem DGM)
des Modells auf GE aufliegend
(Modell auf GE aufliegend)
des Modells auf GE einzeln angepasst
(Modell auf GE einzeln angepasst)
119
120
120
121
121
106
ALK
API
ARC
AVI
BS
CAD
COLLADA
DGM
DHDN
DLR
DOM
DXF
GE
GIS
GSFC
GUI
HTML
HTTp
IP
JPEG
KML
LBS
LoD
LTP
MS
NAIP
NASA
NWW
NRP
PC
Pixel
POI
SIG 3D
SRTM
TCP
TIN
TLS
URL
USGS
UTM
VE
Automatisierte Liegenschaftskarte
Application Programming Interface
Ames Research Center
Audio Video Interleave
Betriebssystem
Computer Aided Design
COLLAborative Design Activity
Digitales Geländemodell
Deutsches Hauptdreiecksnetz
Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Digitales Oberflächenmodell
Drawing Exchange Format
Google Earth
Geoinformationssystem
Goddard Space Flight Center
Graphical User Interface
Hypertext Markup Language
Hypertext Transfer Protocol
Internet Protocol
Joint Photographic Experts Group
Keyhole Markup Language
Location Based Service
Level of Detail
Learning Technologies Project
Microsoft
National Agriculture Imagery Program
National Aeronautics and Space Administration
Nasa World Wind
Non Photorealistic Rendering
Personal Computer
Picture Element
Points of Interest
Special Interest Group 3D
Shuttle Radar Topography Mission
Transmission Control Protocol
Triangulated Irregular Network
Terrestrisches Laserscanning
Uniform Resource Locator
United States Geological Survey
Universal Transverse Mercator
Virtual Earth
107
VRML
WMS
WoW
X3D
XML
Virtual Reality Modeling Language
Web Map Service
Window on World
Extensible 3D
Extensible Markup Language
108
Tabellenverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Publikationen der Earth Browser
Google Earth Versionen (GOOGLE EARTH 2007)
Tastenkombinationen (GOOGLE EARTH 2007)
Daten des Landsat 7-Satelliten
Daten des Quickbird II-Satelliten
Absolute Genauigkeit der GE-Koordinaten
Absolute Genauigkeit der VE-Koordinaten
Relative Genauigkeit aller Systeme
Mindestkonfiguration
Ergebnis der Beurteilung
Funktionen der "Sandkiste“
Import- / Exportformate in SketchUp
Texturierung in SketchUp
Vergleich der Darstellungsarten
Zusammensetzung der Dateigröße
4
9
15
17
18
46
47
47
48
50
65
68
81
94
95
109
Anhang A
Anhang A
Abb. A.1 Blick über die KA Bottrop.
Im Modell (oben) und in der Realität(unten)
110
Anhang A
Abb. A.2 Nordansicht der Schlammfaulung, im Vordergrund die Nachklärbecken und die Flotation.
111
Anhang A
Abb. A.3 Nordansicht des Hauptgebäudes, links die Schlammfaulung.
112
Anhang A
Abb. A.4 Südansicht der Nachklärbecken.
113
Anhang A
Abb. A.5 Vergleich einer Ansicht mit (oben) und ohne (unten) eigenes DGM
114
Anhang A
Abb. A.6 Nordansicht der
Schlammspeicher (eigenes DGM).
Schlammspeicher
Schlammspeicher
(KML 2.1, schwebend, einzeln
angepasst)
115
Anhang A
Abb. A.9 Westansicht der KA
Bottrop (eigenes DGM)
Bottrop
Bottrop
(KML 2.1, schwebend, einzeln
angepasst)
116
Anhang A
)
Abb. A.12 Westansicht der KA Bottrop in 3facher Überhöhung (KML 2.0, aufliegend)
Abb. A.13 Nordansicht der Schlammspeicher in 3facher Überhöhung (KML 2.0, aufliegend)
117
Anhang A
Abb. A.14 Labor- und Sozialgebäude
Abb. A.15 Ofen- und Turbinenhaus
118
Anhang B
Anhang B
Tätigkeiten bei der Erstellung der drei Darstellungsvarianten
Arbeiten in Cyclone
DGModell
SKP
Georeferenzierung
Nachbearbeitung der
Photos
Gebäudemodell
SKP
Gebäudemodelle auf DGM
SKP
Gesamtmodell
KMZ
Lagekorrektur in
GE
Gesamtmodell
KMZ in GE
Abb. A.16 Ablaufschema der Tätigkeiten bei der Erstellung des Modells auf eigenem DGM
5 2
10
25
Nachbearbeitung der Photos
Arbeiten in Cyclone
Modellierung
Georeferenzierung+Export
Lagekorrektur
160
Abb. A.17 Übersicht der Bearbeitungsschritte mit Bearbeitungszeit
(Modell auf eigenem DGM)
119
Anhang B
Arbeiten in Cyclone
Gebäudemodell
SKP
Georeferenzierung
Gesamtmodell
KML
Programm für
Höhenreduktion
Gesamtmodell
KML_Neu
Gesamtmodell
KMZ in GE
Abb. A.18 Ablaufschema der Tätigkeiten bei der Erstellung des Modells auf GE aufliegend
5
3
25
Arbeiten in Cyclone
Modellierung
Höhenreduktion
150
120
Anhang B
Arbeiten in Cyclone
Gebäudemodell
SKP
Gesamtmodell
KMZ
Nachbearbeitung der
Photos
Georeferenzierung
Lagekorrektur in
GE
Gesamtmodell
KMZ in GE
Abb. A.20 Ablaufschema der Tätigkeiten bei der Erstellung des
Modells auf GE einzeln angepasst
5 2
10
25
Nachbearbeitung der Photos
Arbeiten in Cyclone
Modellierung
Lagekorrektur
150
121
Anhang C
Anhang C
Anleitung zur Konfiguration des GE-Clients für die Darstellung
des KA Bottrop Modells
Aufgrund des Umfangs der Modellierung der KA Bottrop sowie der nicht von Anfang
an effizienten Vorgehensweise bei der Erstellung des Modells, können Probleme bei
der Darstellung, in Abhängigkeit von den Hardwareressourcen, auftreten.
Nicht mit jedem PC kann die vollständige Darstellung erzwungen werden, es können
jedoch einige Einstellungen vorgenommen werden, die eine gänzliche Präsentation
unterstützen.
I. Im Vorfeld sollte die Farbqualität der Anzeigendarstellung auf 16-Bit herunter
gesetzt werden (RECHTE-Maustaste auf Desktop -> Eigenschaften -> Einstellungen
-> Farbqualität).
II. In GE sollten unter OPTIONEN folgende Einstellungen vorgenommen werden:
•
im Reiter „3D-Ansicht“
o Detailbereich KLEIN (256X256)
o Texturfarben HIGH COLOR (16-Bit) / KOMPRIMIEREN AUS
o Anisotrope Filterung AUS
o Geländequalität NIDRIG
•
im Reiter CACHE
o Größe des Arbeitsspeicher-Cache min. 128 MB besser 256 MB
o Größe des Fastplatten-Cache 1000 MB
III. Erfahrungsgemäß sollten bei der Darstellung in GE als erstes das Geländemodell
und erst später die einzelnen Modelle geladen werden. Dazu wird die Datei
Modell (KA auf DGM_neu).kmz geöffnet und bevor die einzelnen Modellteile
aufgebaut sind, nur das DGM allein ausgewählt. Ist das komplette DGM texturiert
sichtbar, so können die Gebäudemodelle dazu geschaltet werden.
Die o. g. Einstellungen dienen maßgeblich der Einsparung des Arbeitsspeichers
sowie des Grafikspeichers der Grafikkarte.
122

Diplomarbeit 2007 - Koppel Engineering

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