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OpenStreetMap 3D - ganz Deutschland als Web 3D Service (W3DS)

11.03.2009
Integration von OpenStreetMap und digitalen Geländemodellen und deren Nutzung mittels interoperabler GI-WebDiensten

In Umfeld des Forschungsprojektes 'Geodateninfrastruktur-3D' wurden die von Nutzern generierten, freien Geodaten von OpenStreetMap (OSM) sowie Höhendaten der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) als Grundlage zum Aufbau einer auf offenen Standards des Open geospatial Consortiums (OGC) basierenden 3D-Geodateninfrastruktur (GDI-3D) für ganz Deutschland genutzt.

Ein Web 3D Service (OGC W3DS) liefert die aufbereiteten Daten als 3D-Szenengraph an den Client. Die Visualisierung der OSM Daten in 3D erfolgt in einem Web Viewer (XNavigator), der speziell für die Darstellung der vom W3DS gelieferten Daten entwickelt wurde. Im Gegensatz zu von Server-seitig gerenderten Bilddaten (wie bei typischen Web Map Services wie www.osm-wms.de ), ist mit den gestreamten Daten eine volle Interaktion und freie clientseitige Navigation möglich. Da alle Daten an den Rechner übertragen und dort gerendert werden, ist eine gute Internetanbindung und ein aktueller, leistungsfähiger Rechner mit eigener Grafikkarte nötig, um die Datenmenge verarbeiten zu können. Damit eignet sich das Verfahren auch besonders gut für Intranets.

Das Projekt "OpenStreetMap-3D" wird am Lehrstuhl Kartographie (A. Zipf) des Geographischen Instituts der Universität Bonn durchgeführt. http://www.geographie.uni-bonn.de/karto/

Ziel des Projekts OSM-3D ist es die folgenden Aspekte zu untersuchen:

- Nutzungspotential und Qualität von benutzergenerierten Geodaten
- Skalierbarkeit der in GDI-3D.de entwickelten Konzepte und Dienste
- Integration von nutzergenerierten Daten in auf offenen Standards basierenden, interoperablen Geodaten- bzw. Geodiensteinfrastrukturen (GDI)
- Prototypischer Aufbau landesweiter GDI-3D (best practices)
- Interoperable Plattform für 3D-Stadtmodelle
- Evaluierung kartographischer Visualisierungen in 3D
Für das integrierte Geländemodell wurden zunächst acht verschiedene Detailstufen (Level of Detail, LoD) berechnet. Die Anzahl der Dreiecke und somit das Datenvolumen wurde dabei in Abhängigkeit vom Maßstab reduziert. Die Detailstufen werden in Abhängigkeit vom Standort des Betrachters in der 3D Szene dargestellt. Zunächst wurden für jede Detailstufe maßstabsgerechte Landnutzungstypen ausgewählt.

Die Prozessierung ist sehr rechenintensiv und wurde auf mehreren Rechner-Clustern über mehrere Wochen durchgeführt. Vereinfacht beinhaltet sie die folgenden Schritte:

1. Vektorielle Integration der 2D OSM Daten in das Geländemodell (Schilling et. al. 2007).

2. Vereinfachung des Dreiecksnetzwerkes durch eine Kantenkontraktion (nach Garland & Heckbert 1997).

3. Einebnung des Wegenetzes und des Gewässernetzes (Schillling et. al. 2008).

4. Eine Generalisierung der 2D OSM Daten wurde für einige Detailstufen vorgenommen.

Zahlreiche Points of Interest (POIs) und Geoobjekte - von Kirchen, Bushaltestellen über Geldautomaten bis zu Museen oder Biergärten - wurden von der OSM Gemeinschaft aufgenommen und zum großen Teil mit Namen versehen. Diese werden als Punktdaten in mehrere Informationsebenen (Layer) mit einer entsprechenden Symbolik und Bezeichnung vom W3DS an den Client geliefert.

Soweit Gebäudegrundrisse in den OSM Daten vorhanden waren, wurden diese anhand der Höhenwerte bzw. auf Basis der Anzahl der Stockwerke abgeleiteten Gebäudehöhe in 3D Klötzchenmodelle umgewandelt. Falls keine Informationen zu Gebäudehöhen vorhanden waren, wurde ein Standardwert für die Erstellung der Klötzchenmodelle verwendet. Zusätzlich sind zahlreiche Bezeichnungen von Strassen, Hausnummern, Gebäuden etc. vorhanden, die ebenfalls in 3D dargestellt werden können.

Mit dem XNavigator können Sie selbst das virtuelle 3D-Modell von ganz Deutschland auf Ihrem Rechner erkunden. Die Software enthält viele Funktionen, die innerhalb des Projektes GDI-3D entwickelt wurden. Hierzu zählt u.a. die Abfrage von Adressen und Koordinaten, sowie eine Umgebungssuche nach POIs über einen OpenLS Directory Service, eine Übersichtskarte oder Einstellung der Beleuchtung abhängig von Datum und Uhrzeit. Weitere Funktionen aus GDI-3D.de werden noch an die aktuelle Version angepasst, wie die 3D-Routenplanung (mittels http://www.OpenRouteService.org) oder die Integration von dynamischen Sensordaten mittels entsprechender Sensor Observation Services (SOS).

Auf http://www.osm-3d.org/ können Sie das System bei Erfüllen der Systemvoraussetzungen selbst testen und es sind Screenshots und Videos verfügbar. Weitere Bilder und Videos, die die gleiche Technologie mit anderen Daten zeigen, finden sich unter http://www.heidelberg-3d.de und http://www.nrw-3d.de. In diesen Fällen werden nicht freie bzw. nutzergenerierte Geodaten verwendet, sondern amtliche Daten aus der Vermessungsverwaltung. In Heidelberg kommt z.B. ein sehr genaues 5-Meter Geländemodell, sowie texturierte und ausmodellierte Gebäude (LOD2 und LOD3) zum Einsatz. In NRW-3D.de wurden sämtliche Gebäude in NordRhein-Westfalen per CityGML-Import integriert - mit über 6 Mio. Gebäuden das zur Zeit größte 3D-Stadtmodell.

http://www.osm-3d.org/

http://www.geographie.uni-bonn.de/karto/
http://www.gdi-3d.de
http://www.nrw-3d.de
http://www.OpenRouteService.org
http://www.osm-wms.de

Alexander Zipf | Uni Bonn
Weitere Informationen:
http://www.osm-3d.org/
http://www.geographie.uni-bonn.de/karto/

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