generierung von stadtmodellen auf basis des...
TRANSCRIPT
![Page 1: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/1.jpg)
in der Helmholtz Gemeinschaft
Forschungszentrum Karlsruhe
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells
Claus NagelSIG 3D Plenarsitzung, 1.6.2007, Bonn-Bad Godesberg
![Page 2: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/2.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Agenda
1. Themeneinführung
Motivation der ArbeitGebäudemodelle in CAD-Systemen
2. Idee der Arbeit
ModelltransformationEntwicklung eines Transformationsalgorithmus
3. Ergebnisse
4. Fazit und Ausblick
![Page 3: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/3.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Motivation der Arbeit
Generierung von Gebäudemodellen für semantische3D-Stadtmodelle
Auf der Basis von 2D-KatasterdatenMeist nur LOD 1 Modelle ableitbar
Auf der Basis von Photogrammetrie oderLaserscanning
LOD 2 und LOD 3 GeometriemodelleWenig Semantik
Geometrische 3D-GebäudemodelleAlle LODs ableitbarNur geometrische Informationen
Semantische 3D-Gebäudemodelle Alle LODs ableitbarHoher semantischer Informationsgehalt
Stadtszene Berlin
Stadtszene Stuttgart
![Page 4: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/4.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Gebäudemodelle in CAD-Systemen (1/3)
Semantische 3D-Gebäudemodelle in CAD-SystemenObjekt- bzw. bauteilorientierte ModelleObjekteigenschaftenObjektrelationen
Ziel: Building Information Model (BIM)Beschreibung eines Gebäudes über dessen gesamten LebenszyklusIntegration unterschiedlicher Fachsichten
Industry Foundation Classes (IFC) Produktdatenmodell als Basis des BIMInternationaler Standard (ISO 16739)(3D-)Geometrie und Topologie der BauteileHoher semantischer Informationsgehalt(über CityGML hinausgehend)
IFC-Gebäudemodelle
![Page 5: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/5.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
IfcWindow
IfcDoor IfcRoof
IfcWall
IfcCurtainWall
IfcSlab
IfcBeam
IfcColumn
IfcPropertyXXXIfcObjectIfcProject
IfcSite
IfcBuilding
IfcBuildingStorey
IfcSpace
IfcProduct
IfcSpatialStructureElement
IfcShapeRepresentation
IfcLocalPlacement
IfcFlowTerminal
IfcElement
IfcOpeningElement IfcBuildingElement
1..* 0..*
1
0..*
1
0..1
0..*1
11
0..* 1
10..*
1
0..*
10..*
10..*
10..*
1
0..*
... ...
Informelles IFC-Gebäudemodell in UML-Notation
Gebäudemodelle in CAD-Systemen (2/3)
![Page 6: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/6.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Gebäudemodellierung in IFC und CityGML
Unterschiede auf geometrischer und semantischer Modellebene
Gebäudemodelle in CAD-Systemen (3/3)
![Page 7: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/7.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Idee der Arbeit
Flächenmodellz.B. CityGML, 3D-GIS
Modelltransformation• semantisch• geometrisch
Bauteilorientiertes Volumenmodellz.B. IFC
![Page 8: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/8.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Algorithmus der Modelltransformation (1/7)
Nur für das resultierende Flächenmodell relevante IFC-Elemente werden betrachtet
Horizontale plattenartige Elementez.B. Boden- und Deckenplatten
Vertikal extrudierte Elementez.B. Wändeevtl. Säulen, Fassaden, etc.
Dachelemente
Ergebnis: Vereinfachtes Modell
Schritt 1: Modellvereinfachung auf semantischer Ebene
![Page 9: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/9.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
2D-ProjektionWände und PlattenelementeProjektion erfolgt pro StockwerkHüllformänderungen über die Höhe werden greifbar
Ergebnis: Bauteilorientierte Grundrisspolygone
Schritt 2: Problemreduktion durch zweidimensionale Betrachtungen
Algorithmus der Modelltransformation (2/7)
![Page 10: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/10.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Algorithmus der Modelltransformation (3/7)
GeometrietransformationBestimmung des Umrisspolygons mittels zweidimensionaler boolescher Vereinigung der GrundrisspolygoneBeliebig komplex
Ergebnis: Umrisspolygone des Stockwerks
Schritt 3: Umrisspolygone pro Stockwerk bestimmen
![Page 11: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/11.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Algorithmus der Modelltransformation (4/7)
Umwandlung der Umrisspolygone in Extrusionskörper
Extrusion entlang der z-AchseExtrusionshöhe = StockwerkshöheBestimmung der Stockwerkshöhe u. U. nicht eindeutigImplementiert: Wand + darunter liegende Decke
Ergebnis: Oberfläche der Extrusionskörper
Schritt 4: Extrusion der Umrisspolygone
![Page 12: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/12.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Algorithmus der Modelltransformation (5/7)
Extrusionskörper zusammenfassen
Unterschiedliche Abstraktions-möglichkeiten
Identische Umrisse zusammenfassenGesamtumriss aller Extrusionskörper bestimmen und nur diesen extrudieren
Ergebnis: Weitere Datenreduktion
Schritt 5: Vereinigung der Extrusionskörper
![Page 13: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/13.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Algorithmus der Modelltransformation (6/7)
Dachelemente in Extrusionskörper wandeln
Analog zu StockwerksgrundrissExtrusionshöhe = Firsthöhe
Vereinigung mit Extrusionen der Stockwerke
Schneiden der Dachüberstände
Ergebnis: Vollständiges LOD 1 - Modell
Schritt 6: Behandlung von Dachelementen
![Page 14: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/14.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Ableitung unterschiedlicher Ergebnismodelle
1. Gebäudegrundriss:
2. Horizontale Elemente:
3. Alle Algorithmusschritte:
Algorithmus der Modelltransformation (7/7)
![Page 15: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/15.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Datenvolumen 7,08 MB 6,71 KB 12,7 KB 7,96 KB
CPU-Zeit [sec] - 0,125 0,406 0,422
Volumenkörper 247 1 3 2
Datenvolumen 4,32 MB 9,23 KB 25,0 KB 15,0 KB
CPU-Zeit [sec] - 0,156 0,547 0,531
Volumenkörper 294 1 4 2
Ergebnisse (1/5)
![Page 16: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/16.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Ergebnisse (2/5)
Welches ist das „richtige“ LOD 1 – Modell?
![Page 17: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/17.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Ergebnisse (2/5)
Welches ist das „richtige“ LOD 1 – Modell?
![Page 18: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/18.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Ergebnisse (2/5)
Welches ist das „richtige“ LOD 1 – Modell?
![Page 19: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/19.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Ergebnisse (3/5)
Welches ist das „richtige“ LOD 1 – Modell?
![Page 20: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/20.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Anwendung der Modelltransformation auf eine Stadtszene
Gebäudemodelle 195 195
Datenvolumen 28,0 MB 1,24 MB
CPU-Zeit [sec] - 2,063
Volumenkörper 3808 272
Ergebnisse (4/5)
![Page 21: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/21.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Überführung des transformierten Modells in unterschiedliche Zielformate
Abb.: Google Earth Abb.: LandXplorer
CityGMLKML
Ergebnisse (5/5)
![Page 22: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/22.jpg)
Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodells Claus Nagel
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz Gemeinschaft
Transformation von IFC-Gebäudemodellen in eine gültige Repräsentation für den LOD 1 von CityGML
Geometrisch und semantischFormale Abbildungsvorschriften Vollautomatisierte ModelltransformationRealisierung in der Anwendung IfcExplorer des FZKReduktion des Aufwandes für die Erhebung von Gebäudemodellen für ein 3D-Stadtmodell
Ableitung LOD 2Erweiterung des Transformationsalgorithmus bspw. um prototypische Dachformen möglichBisher noch nicht umgesetzt
Fazit und Ausblick
![Page 23: Generierung von Stadtmodellen auf Basis des IFC-Gebäudemodellsmisc.gis.tu-berlin.de/...upload/...Vortrag_070601.pdf · in der Helmholtz Gemeinschaft Forschungszentrum Karlsruhe Generierung](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052007/601bd94ad69319246c3ae139/html5/thumbnails/23.jpg)
in der Helmholtz Gemeinschaft
Forschungszentrum Karlsruhe
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Claus NagelSIG 3D Plenarsitzung, 1.6.2007, Bonn-Bad Godesberg