Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial
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Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Frank Herrmann1, Felix Kunde2, Prof. Dr. Petra Sauer1 1 Beuth Hochschule für Technik Berlin, 2virtualcitySYSTEMS GmbH Berlin Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Inhalt ❏ Standardisierung von 3-D-Modellen und die Besonderheit von CityGML ❏ Fachspezifischer XML-Standard CityGML ❏ Umsetzung von CityGML in eine Oracle Datenbank ❏ Nutzung der Option Spatial ❏ Einsatz der 3DCityDB im interdisziplinären Forschungsprojekt ArcoFaMa ❏ Vorstellung des Projektes und der Projektpartner ❏ Integrationsplattform ❏ Transformationsschritte von CAD zu CityGML / Spezifika im Bereich Facility Management Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 1 Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial 3-D-Modelle, Standard und Besonderheiten ❏ Paradigmenwechsel bei 3-D-Modellierung: von Geometrie-, Grafikorientierten Formaten zu semantischen Objektmodellen ❏ Verbindung von 2-D-Karten- und 3-D-Grafikmodellen ❏ CityGML: standardisiert - interoperabel - anwendungsunabhängig einsetzbar ❏ 3-D-Modellierung für die Darstellung der Realität und nicht ausschließlich für die Planung ❏ Beinhaltet eine 3-D-Geometrie, Topologie, Semantik und die Erscheinung/Darstellung Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial CityGML - Standard des OGC ❏ Seit 2008 offizieller Standard des Open Geospatial Consortiums ❏ Modell für Stadt- und Landschaftsobjekte, u.a. Gelände, Gebäude, Landschaftsnutzung, Stadtmöblierung ❏ Thematisches, topologisches, geometrisches und semantisches Datenmodell ❏ Standard für den interoperablen Austausch und die Speicherung von 3-DStadtmodellen ❏ Allgemeines Informationsmodell - Ontologie für 3-D-Stadtmodelle Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Aufbau und Struktur ❏ Datenmodellkern (Core) ist erweiterbar ❏ Anwendungen, die das CityGML-Dateiformat verwenden wollen, benötigen das Appearence- und Generics-Modul für die Darstellung und spezifische Attribute ❏ Thematische Module ergänzen den Standard und sind optional ❏ Eigene Module können über eine ADE (Application Domain Extension) dem Schema hinzugefügt werden ❏ basiert auf der Geography Markup Language (GML), welches grundlegende Objekte und Attribute für Geodaten in einem Anwendungsschema definiert Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Aufbau und Struktur ❏ Hierarchische Struktur - Konzept der Level of Details (LOD) ❏ Kapselung von Objekten ergibt Vererbungsbaum - geometrisch wie semantisch ❏ Rekursive Beschreibung - Gebäudeteil eines Gebäudeteils etc. ❏ Hierarchische Beschreibung - Haus mit Begrenzungsflächen und Öffnungen zu anderen Räumen ❏ Ermöglicht redundanzfreie Integration unterschiedlich detaillierter Datensätze aus verschiedenen fachlichen Quellen Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Aufbau und Struktur ❏ Geometrisches Modell - Boundary Representation (Oberflächenmodell) ❏ Geometrische Körper (Solids) werden durch Aggregation ihrer Begrenzungsflächen beschrieben ❏ Seit 2003 ist Boundary Representation im ISO-Standard Spatial Schema ❏ Vorteil durch Verwendung des Oberflächenmodell: CityGML braucht nur eine Teilmenge der GML-Geometrien abbilden ❏ Verwendete CityGML-Geometrien: Punkte, Linien, Flächen, Solids, Composite- und Multi-Geometrietypen Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Konzept der Level of Detail (LOD) ❏ Darstellungsebenen werden unterschiedlich (vornehmlich inhaltlich) detailliert ❏ Fünf Stufen: LOD 0 bis LOD 4 ❏ LOD 0: Regionalmodell basierend auf einem Digitalen Geländemodell ❏ LOD 1: Volumengeometrie repräsentiert alle Gebäudeteile, “Klötzchenmodell” da keine Dachformen abgebildet sind Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Konzept der Level of Detail (LOD) ❏ LOD 2: Gebäudebegrenzungsflächen (Dächer, Wände) haben eine Geometrie, semantische Untergliederung ermöglicht Texturierung ❏ LOD 3: Architekturmodell, detaillierte Hausfassaden (Fenster, Türen etc.) ❏ LOD 4: Innerer Aufbau wird berücksichtigt, Räume (Volumengeometrie), Einrichtunsgsgegenstände (Objektgeometrie) Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial LOD 1 2 3 4 Größe der XMLDatei 5,9kB 14,8 kB 289,4 kB 20,9 MB Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Datenmodell und relationales DB-Schema ❏ Datenmodell von CityGML ist objektorientiert ❏ Mittels der Unified Modelling Language und Klassendiagrammen beschrieben ❏ Aufgrund der geringen Verarbeitungsgeschwindigkeit von XML-Dokumenten und angepasster Modifizierungsfunktionalität erfolgte Entwurf für ein relationales Datenbankschema - 3DCityDB ❏ Entwickelt von Mitarbeitern des Institutes für Geodäsie und Geoinformationstechnik an der TU Berlin ❏ 2012: Oracle Spatial Excellence Award for Education and Research Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Datenmodell und relationales DB-Schema ❏ Oracle Datenbank kam aufgrund der Spatial Option und der Versionierung zum Einsatz ❏ Neben Datentyp SDO_GEOMETRY, ORDImage für Texturen ❏ Zwei besondere Aspekte: ❏ Speicherung von Luftbildern in beliebiger Größe - SDO_GEORASTER ❏ Versionsmanagement/Speicherung der Verlaufsgeschichte: Oracle Workspace Manager Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Relationales DB-Schema ❏ Ziele der Abbildung: ❏ Komplexität vermeiden ❏ Performante Abfragen ❏ Zentrale Objektklassen in eigene Tabellen ❏ Referenz zum Elternobjekt ist im Objekt enthalten - Rekursionstiefe wird flacher ❏ Komplexe Datentypen aus CityGML (Codelisten, Vektoren, Matrizen) wurden durch Strings ersetzt ❏ N:M Beziehungen wurden, wo möglich, durch 1:N Beziehungen ersetzt Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Relationales DB-Schema ❏ Modellierung einer Komposition bRepMember mittels zusätzlicher IDSpalten (parent_id, root_id) ❏ Konkrete Realisation über nur eine Tabelle SURFACE_GEOMETRY ❏ Alle Objekte lassen sich direkt über die Attribute GMLID, GML_NAME und NAME_CODESPACE identifizieren - keine extra Tabelle für die übergeordnete Basisklasse Feature Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Geometriemodell Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Importer/Exporter-Software ❏ Komfortables Laden von CityGML-Dokumenten (> 4GB) ❏ Implementierung in Java mit JDBC und JAXB (Architecture for XML Binding) ❏ Validierung und Prozessierung des Dokuments in Java-Objekte ❏ Vollständiges Laden des Dokumentes nötig damit Referenzen und Rekursionen aufgelöst/berücksichtigt werden können ❏ Lösung: Aufteilung in kleinere Datenblöcke, Verarbeitung mittels SAX-Ereignissen, Ablage und Freigabe des Zwischenspeichers ❏ Threading und Threadpools erhöhen Verarbeitungsgeschwindigkeit durch Nebenläufigkeit Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Flächenbasiertes Geodatenmanagement - Konzepte und Szenarien für die Integration von Geodaten und Gebäudeinformation (BIM) im Bereich Facility Management (FM) Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Projektziele ❏ Aufzeigen von erfolgversprechenden Anwendungsszenarien von Geodaten im FM ❏ Regelbasierte Transformation von Geodaten aus CAD-Plänen mit FMKontext in eine Geodatenbank ❏ Aufbau einer Integrationsplattform von Geo- und CAFM-Daten mit Hilfe von NoSQL-Datenbanken ❏ Nutzung des offenen IFC-Standards zum Austausch von Geodaten mit CAFM- und BIM-Daten ❏ Nachweis der Einsatzfähigkeit der Integrationsplattform über zwei prototypische Pilot-Implementierungen Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial ▪ Förderung ▪ Institut für Angewandte Forschung ▪ Technologiepartner ▪ Aviant GmbH ▪ Fell & Kernbach GmbH ▪ Anwendungspartner ▪ Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Vorgehen / Methoden ❏ Analyse der IT-Landschaft des Botanischen Gartens im Kontext der Geodaten-Nutzung für das FM ❏ Aufbau typischer Anwendungs-Szenarien von Geodaten im FM (Use-CaseCluster) und Validierung durch eine Branchenumfrage ❏ Entwurf und Implementierung der Integrationsplattform ❏ Realisierung von zwei Pilotanwendungen zur Evaluation der Integrationsplattform Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial ETL-Prozess ❏ Themenspezifische Extraktion von Geometrien aus den CAD-Daten ❏ Transformation und semantische Auszeichnung mittels CityGML-Syntax ❏ Gegebenenfalls Anreicherung der Objekte mittels anderer Datenquellen oder Verlinkung einer externen Datenquelle ❏ Laden der Daten in das CityGML-Format ❏ Import der CityGML-Datei in die 3DCityDB - BGBM Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Ausschnitt aus dem Bestandsplan für Brunnenwasserleitungen / BGBM Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial ADE - Utility Network ❏ Aufbau eines Graphen - Rohre, Rohre mit Ableitungen, Hydranten etc. ❏ Semantische Auszeichnung mittels CityGML-Syntax ADE Versorgungsnetzwerk - Objekt NetworkFeature ❏ Interessant für den Bereich FM: Havariefall, Instandhaltungsmanagement ❏ Entwicklung einer Abbildung der neuen Objekte in das 3DCityDB-Schema Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Mobiler Client Browser Interner Mitarbeiter; FM, Bioinformatik, Museum…; … Besucher Browserbasierter Zugriff Externer-DL ArcoFaMa Integrationsplattform Dokumen te (Excel, CAD,…) RAUMDB (SQLServer) BoGART Schlüssel Datenban k MS-Excel AutoCAD … (MSACCESS)Formular e (MSACCESS)Formular e (MSACCESS)Formular e Dienstag, 19. November 2013 Integrationsplattform City-DB (Postgres SQL) BimServer (KeyValueStore) WaveFMDB (SQL Server) GIS IFCViewer (Open Source) WaveFM Clientprogram m Interner Mitarbeiter; FM, Bioinformatik, Museum…; DOAG Konferenz 2013 … Datenquellen Spezifische Clients der Fachprogramme (Native Clients) Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Kontaktinformationen und weiterführende Links: http://www.arcofama.de Frank Herrmann Beuth Hochschule für Technik Berlin [email protected] Felix Kunde virtualcitySYSTEMS GmbH [email protected] Prof. Dr. Petra Sauer Beuth Hochschule für Technik Berlin [email protected] Dienstag, 19. November 2013 http://www.3dcitydb.net DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Transformation CAD-Datenbestand ▪ Feature Manipulation Engine (FME) als Transformationswerkzeug, Safe Software Inc. ▪ Das Projekt ArcoFaMa nutzt FME mittels einer Academic License (freundlicherweise von der Firma ConTerra zur Verfügung gestellt) ▪ Prozessorientierte Bearbeitung: Extract – Transform – Load ▪ Extrahiert über einen Reader Autocad-Dateien (DWG,DXF) ▪ Ermöglicht durch anwenderspezifische Parametrisierung die Transformation der Daten ▪ Schreibt die angepasstenDOAG Daten ein für die Konferenzin 2013 Folie Weiterverarbeitung geeignetes Format (Geodatenbank, Flat- Dienstag, 19. November 2013 Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Problematik Georeferenzierung: ▪ CAD-Daten besitzen i.Allg. nur lokales Bezugssystem ▪ Notwendig: Umrechnung der Koordinaten und Zuweisung eines Bezugssystems ▪ Werkzeuge: Open Source GIS -> GRASS GIS (Umrechnung), QGIS / UDIG – Visualisierung ▪ Verwendete Datenformate: ESRI-Shape-File, DWG ▪ Durch Verschiebung der geometrischen Objekte wird eine Anpassung in das gewünschte Bezugssystem vorgenommen ▪ Danach erfolgt die Umrechnung der Koordinaten und die Zuweisung des Bezugssystems Dienstag, 19. November 2013 DOAG Konferenz 2013 Folie Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial Problematik semantische Analyse : ▪ CAD-Daten besitzen je nach Erstellungsweise verschiedene Layer mit unzugeordneten Objekten, Ziel: druckfertige Ausgabe ▪ Notwendig: Thematische Identifikation zusammengehöriger Layer; Basiskarte; Aufbereitung verschiedener CADDatentypen ▪ Werkzeuge: Feature Manipulation Engine, Formattransformationstool DWG->DXF, DXF-Viewer (Visualisierung), Text-Editor ▪ Verwendete Datenformate: DWG, DXF ▪ Objekte in verschiedenen Layer werden durch DOAG Konferenz 2013 Transformationen von Attributen in gemeinsame Dienstag, 19. November 2013 Folie
