Erkunde 3D-Mesh

Das 3D-Mesh ist eine mögliche Darstellungsvariante eines 3D-Stadtmodells. Es ist eine zusammenhängende Kombination aus Geländeoberfläche mitsamt Objekten wie Häusern, Bäumen, Autos und wird deshalb auch als Digitales Oberflächenmodell bezeichnet. Das 3D-Mesh repräsentiert eine Momentaufnahme einer realitätsgetreuen Abbildung eines Betrachtungsraumes, welcher sich auf ganze Städte, Kreise und Bundesländer erstrecken kann. 

Wie entsteht eigentlich ein 3D-Mesh?

Voraussetzung:

Für das 3D-Mesh müssen photogammetrische Luftbilddaten vorliegen, die bei Luftbild- und Laserscanbefliegungen aufgenommen werdenDies kann entweder von Befliegungsfirmen mit Flugzeugen oder auch durch den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen wie bspw. Drohnen durchgeführt werden. Die erforderlichen Daten für ein 3D-Mesh sind: 

  • Punktwolken
  • Schrägluftbilder

Prozess:

  • Benachbarte Punkte werden im Triangulstationsverfahren / 3D-Meshing zu Drei- und Vierecken verbunden, die man Polygone oder Faces nennt. 
  • Abhängig vom Detailgrad unterscheidet sich die Größe der Einzelelemente der Polygone. 
  • Das Ergebnis ist das Polygonnetz, welches sich als Summe der Zusammensetzung aller erzeugten Drei- und Vierecke definiert. 
  • Das Polygonnetzt der Drei- und Vierecke bietet die Grundlage zur Texturierung der im Bildflug aufgenommen Farbinformationen aus hochauflösenden Bildern.

Ergebnis: Vermaschung eines geschlossenen, texturierten Polygonnetzes (Gitternetz). 

Welche Anforderungen an Datenstruktur und Datentyp
gibt es?

  • Erfordert hohe Leistungsfähigkeit (Rechen- und Speicherkapazitäten). 
  • Im Sinne eines performanten Streamings ist es sinnvoll, das 3D-Mesh Modell in eine Datenstruktur zu überführen, die einer gewissen Logik unterliegt und die Daten häppchenweise an den Client ausliefert. 
  • Die Datenstruktur muss in Cesium3DTiles (b3dm) Format vorliegen, um es im Webviewer darstellen zu können. Ein weiteres gängiges Format ist das OBJ, jedoch ungeeignet zur Darstellung im Webviewer. 

Welche Software kann zur Erzeugung eines 3D-Mesh Modells eingesetzt werden?

Ausgewählte Softwareanbieter haben sich zur Aufgabe gemacht, mit dem oben aufgeführten Prozess, automatisiert 3D-Mesh Modelle zu erzeugen: 

  • Skyline (Photomesh) 
  • NFrames (SURE) 

Dabei nutzen sie die aus der Luftbildbefliegung aufgenommenen Daten. Die Programme folgen Logiken bei der Datenerzeugung, die den hohen Anforderungen im Sinne der Datenqualität und Performance gerecht werden. 

Von wem und für welche Einsatzmöglichkeiten
wird das 3D-Mesh genutzt?

  • Städte (Berlin, Bottrop, Bremen, Radolfzell)
  • Kreise (Unna, Mettmann)

Stadtplanungsgrundlage

Öffentlichkeitsarbeit

Abgleich „Ist“ mit „Soll-Zustand“ des ALKIS

Stadt- und Standortmarketing

3D-Analysen

3D-Navigation

3D-Mesh vs. CityGML

Das 3D-Mesh folgt im Gegensatz zu semantischen CityGMLDaten nicht dem objektbasierten Ansatz einzelner Gebäudemodelle. Durch die Vermaschung und Darstellung als homogene Masse eines Digitalen Oberflächenmodells stellt das 3D-Mesh besondere technische Herausforderungen an die Viewingkomponente und verlangt nach smarten Lösungsansätzen!  

Attribute

Im Gegensatz zu einzelnen Gebäude- modellen können, weder die Gebäude nach Attributen abgefragt noch zielgerichtet in Architekturformate exportiert und weiterverarbeitet werden. Im eigentliche Sinne besitzen die Gebäude im 3D-Mesh keine Informationen oder Attribute. Deshalb ist es notwendig das 3D-Mesh aufzuwerten, indem Feature auf Grundlage des ALKIS über die Mesh Gebäude gelegt werden.

Fortführung

Die kontinuierliche Fortführung eines 3D-Mesh Modells ist im Gegensatz zum objektbasierten CityGML-Modell so nicht möglich.

Der CityGML Datensatz kann nach Belieben datenbankseitig und anschließend im Viewer an aktuelle Bestände angepasst und aktualisiert werden. Das 3D-Mesh Modell hingegen muss komplett neu aufgenommen und erzeugt werden.

Clipping

Die homogene Vermaschung eines 3D-Mesh Modells aufzubrechen, ist ganz besonders kritischDie einzelnen Polygone müssen zerschnitten und neu zusammengesetzt werden.

Um Gebäude oder städtebauliche Planungen integrieren zu können, ist es notwendig einzelne Gebäude oder koordinatenspezifische Planungsareale sauber auszustanzen.

Fazit

Beide Ansätze bieten je nach Anwendungsbereich ihre Vorteile und spielen ihre Stärken aus. Optimalerweise finden beide 3D-Modelle Anwendung, um die komplette Bandbreite an Informationen gewinnbringend einsetzen zu können. So stehen beide Datensätze zur Analyse und Informationsgewinnung zur Verfügung, der “Ist-Zustand” des 3D-Mesh Modells und der “ALKIS-Zustand” des 3D CityGML Modells. 

Erkunden Sie am Beispiel  Bremen beide 3D-Modell Varianten.

Clipping eines 3D-Mesh’s

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Ist-Zustand Tegel (3D)

Alle Vor- und Nachteile auf einen Blick

Vorteile:

  • Kostengünstig und zeiteffizient
  • Beinhaltet alle Objekte des Betrachtungsraumes
  • Ideal für Stadt- und Standortmarketing

Nachteile:

  • Keine objektbasierte Darstellung von Elementen
  • Keine Weiterverarbeitung/Wertschöpfung
  • Kontinuierliche Fortführung nicht möglich

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