Aktuelle Forschung

Erfassung und Visualisierung virtueller 3D-Stadtlandschaften

Realitätsnahe Visualisierungen virtueller drei-dimensionaler Stadtmodelle haben vielfältige Anwendungen in der Architektur und der Stadtplanung, im Tourismus und Stadtmarketing, sowie in Fahrzeugnavigationssystemen und ortsbezogenen Diensten. Die flächendeckende Erfassung dieser Daten basiert auf Luft- und Satellitenbildern sowie auf flugzeuggestütztem Laserscanning, bei dem innerhalb von Sekunden Zehntausende von Punkten dreidimensional gemessen werden. Qualitativ hochwertige Darstellungen erfordern weitere Verarbeitungsschritte wie die Integration von Bildern der Gebäudefassaden. Die anschließende Echtzeitvisualisierung der Stadtlandschaften kann durch die zunehmende Verfügbarkeit kostengünstiger und leistungsfähiger Hard- und Software aus dem Computerspielbereich inzwischen mit Standardsystemen erfolgen.

Digitales Oberflächenmodell Abbildung 1: Durch die Laufzeitmessung von reflektierten Laserpulsen kann die Geländeoberfläche vom Flugzeug oder Helikopter aus mit einer Genauigkeit von wenigen Dezimetern und einer Dichte von mehreren Punkten pro Quadratmeter erfasst werden.
Digitales Oberflächenmodell - terrestrisch Abbildung 2: Neuerdings werden derartige Laserdaten auch von Straßenfahrzeugen aus aufgenommen. Damit lassen sich auch die Gebäudefassaden und die Straßenmöblierung hochgenau erfassen.
DOM überlagert, CAD-Modelle Abbildung 3: Wird die gemessene Oberfläche mit einem Luftbild überlagert, entsteht bereits eine sehr anschauliche dreidimensionale Visualisierung der überflogenen Stadtlandschaft (rechts). Qualitativ hochwertige und animierte Darstellungen erfordern eine weitergehende Qualifizierung der Laserdaten. Dabei wird aus der großen Menge von zufällig verteilten Laserpunkten für jedes Gebäude ein CAD-Modell abgeleitet (links).
Texturierung Abbildung 4: Nach der Ableitung der CAD-Modelle können zur Erzeugung sehr realistischer Animationen und Ansichten noch zusätzliche Bilder der Gebäudefassaden in die Darstellung einbezogen werden.
Stuttgart 3D Abbildung 5: Bei der Visualisierung größerer Gebiete führt der notwendige Einsatz von Satelliten-, Luft- und Fassadenbildern sowie die detaillierte Beschreibung der Geländeoberfläche und der Gebäudegeometrien zu erheblichen Datenmengen.
Vereinfachte Modelle Abbildung 6: Diese Datenmenge lässt sich erheblich verringern, wenn Objekte im Hintergrund des virtuellen Bildes durch vereinfachte Modelle repräsentiert werden. Nach der vorhergehenden Berechnung und Bereitstellung verschiedener Detaillierungsstufen wird während der animierten Visualisierung jeweils diejenige Darstellung gewählt, die bei geringstem Qualitätsverlust die größte Datenreduktion ermöglicht.