„Graphic Complexity Index“ und „Level of Simplification“ in 3D: Neue Terminologie zur besseren Beschreibung der Komplexität von 3D-Geodaten und den Nutzungsmustern von 3D-Modellen

Aktueller Trend ist das Modellieren mit 3D-Daten, um beispielsweise städtebauliche Maßnahmen visuell zu veranschaulichen. Dabei gibt es oft Probleme mit der Einbindung von 3D-Modellen in eine GIS-Plattform. Dies kann unterschiedliche Ursachen haben, da verschiedene Definitionen zu speziellen 3D-Inhalten existieren und somit die Beschreibung und Umsetzung der eigenen Bedürfnisse schwerfällt.

Ein Whitepaper von Esri hat in diesem Zusammenhang die wichtigsten terminologischen Begriffe, Konzepte, Eigenschaften und Komplexitäten von 3D-Visualisierung zusammengefasst. Dabei soll die Zusammenarbeit von Anwendern, Anbietern und Esri erleichtert werden.

Warum wird mein 3D-Modell in GIS nicht richtig angezeigt?

Dafür kann es unterschiedliche Gründe geben. Eventuell sind im Voraus festgelegte Kriterien (Dateiformat, Detailgenauigkeit, deskriptive Metadaten) nicht mit denen eines GIS-Features vereinbar.

Außerdem müssen Eigenschaften des geometrischen Modellinhalts vorab definiert werden, um Modellkomplexitäten zu vermeiden und eine fehlerfreie Darstellung zu ermöglichen.

Problematisch wird es auch, wenn die fachspezifische Terminologie unterschiedlich verwendet wird. Ein gutes Beispiel dafür ist der Ausdruck Level of Detail (LOD). Dieser wird bei CityGML (Abbildung 1), BIM, Raster- und Terraindaten, sowie in der Film- und Spielebranche (Abbildung 2) für unterschiedliche Verwendungen herangezogen, was beim Benutzer durchaus zu Verwirrung und Frustration führen kann.

 

Abbildung 1: Ähnliche Modelle, unterschiedliche Komplexität: Das Gebäude links besteht aus 47 Polygonen, jenes rechts aus 2.053. Die Darstellung als CityGML LOD mit Fassade ist die gleiche. (Quelle: Esri CityEngine)

Abbildung 2: Multi-LOD-Darstellung durch Mesh-Reduktion führt zu vereinfachter Darstellung der Elemente. (Quelle: Turbosquid http://bit.ly/3DTRex)

Weitere Faktoren, die die Performance und visuelle Qualität beeinflussen:

  • Fehlerhafte/unzureichende Georeferenzierung
  • Falsch definierte Koordinatensysteme (projiziert, vertikal)
  • Gekachelte Features
  • Diverse Generierungsverfahren
  • Einfluss der Textur auf die Komplexität
  • Räumliche Ausdehnung des Datensatzes
  • Softwarearchitektur des Endkunden
  • Hardwarespezifikationen

Einführung einer neuen Terminologie zur einheitlichen Beschreibung der Featurekomplexität:

Esri definiert zur besseren Beschreibung der Komplexität von GIS-Assets und der Nutzungsmuster von 3D-Modellen eine neue Terminologie. Diese soll als Werkzeug für Anwender, Datenlieferanten und GIS-Softwareanbieter fungieren, um die Möglichkeiten von Software messen, 3D-Modelle integrieren, anzeigen und analysieren zu können.

Wichtige Begriffe dabei sind:

Level of Simplification (LOS): Datensätze mit mehreren Versionen unterschiedlicher Komplexität. Beispiel Dinosaurier in Abbildung 2: vier Dinosaurier-Modelle als alternative Darstellungen mit mehreren LOS -> Verwendung des rechten Modells mit den wenigsten Dreiecken und einfachsten Texturen für eine Ansicht aus weiter Distanz (höhere Auslösung nicht notwendig).

Graphic Complexity Index (GCI): Index für die Komplexität eines 3D-Modells (Geometrie, Texturgröße und -menge).

GCI und LOS sind kompatibel mit CityGML LOD unter Angabe von Datensatzeigenschaften.

Das vollständige Whitepaper (englischsprachig) kann unter http://bit.ly/GCI-Jan2018 aufgerufen werden.