Fachspezifische 3-D-Modelle in Oracle Spatial

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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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LOD
1
2
3
4
Größe der XMLDatei
5,9kB
14,8 kB
289,4 kB
20,9 MB
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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
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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
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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
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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
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Geometriemodell
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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
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Flächenbasiertes Geodatenmanagement - Konzepte und Szenarien für die
Integration von Geodaten und Gebäudeinformation (BIM) im Bereich Facility
Management (FM)
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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
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▪
Förderung
▪ Institut für Angewandte Forschung
▪
Technologiepartner
▪ Aviant GmbH
▪ Fell & Kernbach GmbH
▪
Anwendungspartner
▪ Botanischer Garten und Botanisches
Museum Berlin-Dahlem
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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
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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
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Ausschnitt aus dem Bestandsplan für Brunnenwasserleitungen / BGBM
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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
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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
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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)
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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]
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http://www.3dcitydb.net
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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
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Weiterverarbeitung geeignetes Format (Geodatenbank, Flat-
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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
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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
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