WO2007147830A1 - Method for producing a three-dimensional computer model of a town - Google Patents

Method for producing a three-dimensional computer model of a town Download PDF

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WO2007147830A1
WO2007147830A1 PCT/EP2007/056100 EP2007056100W WO2007147830A1 WO 2007147830 A1 WO2007147830 A1 WO 2007147830A1 EP 2007056100 W EP2007056100 W EP 2007056100W WO 2007147830 A1 WO2007147830 A1 WO 2007147830A1
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building
dimensional
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data
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PCT/EP2007/056100
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Inventor
Jochen Hummel
Dietrich Charisius
Original Assignee
Jochen Hummel
Dietrich Charisius
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Publication date
Application filed by Jochen Hummel, Dietrich Charisius filed Critical Jochen Hummel
Priority to EP07765506A priority Critical patent/EP2030173A1/en
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05Geographic models

Definitions

  • the invention relates to a method for generating a three-dimensional computer model of a city, in particular a computer model of an existing city in reality.
  • NASA provides a freely available software under the name "World Wind"
  • a similar concept for the representation of a high-resolution virtual globe on the basis of geo-referenced satellites and aerial images follows the software "Google Earth” provided free of charge by the company Google Inc., at least in its basic version.
  • the resolution lies with "Google Earth” displayable 3D graphics almost nationwide at about 15 m, with metropolitan areas and especially large cities often even with a resolution of less than 1 m, down to 15 cm can be displayed.
  • Due to the combination of geographical coordinates, such as longitude and latitude, with height information can be generated, for example, in three-dimensional representations of a kind of bird's eye view.
  • this elevation data only exists for the ground itself, so that elevations such as mountains or mountain ranges or depressions can be represented very well.
  • each three-dimensional object is just a graphic that contains no information as to whether the object is, for example, a house, a street, a walkway or parts of a house, such as doors or windows.
  • German patent application DE-A-197 46 639 a method for the digital detection of spatial objects and scenes for a three-dimensional image card is described, which should allow a more accurate representation of the three-dimensional objects.
  • it is proposed to assign digitized aerial photographs of real objects or scenes to precise position coordinates and to make supplementary terrestrial images of the relevant real objects or scenes that provide views of the objects in question or scenes from different positions and / or directions that are not directly accessed from the original aerial images can.
  • information about the height of the objects in question and their surface design can be derived from the terrestrial images and linked by a computer to three-dimensional representations of the objects. This can create a photorealistic computer model of a city or complex building that can be manipulated using interactive programming techniques.
  • the present invention is therefore based on the technical problem of providing a method for generating a three-dimensional computer model of a real city, which enables a realistic generation of the computer model on the basis of as few initial data as possible, and immersing the user in the virtual reality ( "Immersion") and the amount of data required to model the city and the corresponding computational effort are kept as low as possible.
  • Immersion virtual reality
  • the method according to the invention is based on the consideration that virtually every building can be represented realistically by combinations of a limited number of building types and building attributes. According to the invention, therefore, satellite images, aerial images and / or terrestrial images of buildings are not used directly for generating the three-dimensional building model, but rather serve as a basis for selecting a building type and providing it with suitable building attributes on the basis of this image information from a given set of building types and building attributes so that the resulting computer model matches the real building as well as possible.
  • the invention now proposes to specify a set of three-dimensional building types with corresponding building attributes and to define them by polygon surfaces or non-linear parametric functions and to represent the real buildings in the computer model determined by the geoinformation by one of the given building types with the respective building attributes
  • the invention therefore provides a method for generating a three-dimensional computer model of a real city, the method comprising the steps of: providing geo-information of the real city to be modeled,
  • Determining building data from the provided geoinformation wherein the building data at least position information on the geographic coordinates, the height of the selectable buildings and image information associated with the selectable buildings and / or other building data,
  • the predefined set of three-dimensional building types consists of objects defined by polygon surfaces or non-linear parameterized functions - assign a building type from the predefined set to at least one selectable building on the basis of the image information or other building data associated with the selectable building,
  • a "selectable building” is understood to mean a building of the real city represented in the geoinformation that can be selected for modeling with the method according to the invention. To model an entire city, of course, one will endeavor to represent as many buildings as possible within the meaning of the inventive method by appropriate computer models.
  • a predefined set of three-dimensional building types is generated, so that the storage requirement can be limited, because not every single building has to be modeled independently, but instead a limited number of building types can be used.
  • a significant advantage The method according to the invention can therefore be seen in the fact that, with just a few building types and building attributes, a large number of different buildings can be modeled realistically owing to the numerous possible combinations. As a rule, therefore, the number of buildings to be modeled in the computer model of a real city will be significantly greater than the number of building types and building attributes underlying the model.
  • a building type for example, several building attributes can be assigned to large cities with tens of thousands of different buildings are modeled so that a realistic impression of the city is created without Modeling larger amounts of data must be kept or transmitted.
  • the invention is based on the consideration that in many areas of application for generating a realistic, immersive character of a three-dimensional city model is less important to an exact reproduction of all details and textures of the real building, but rather on a coherent presentation, in particular discontinuities at the level of detail or even a change from one display type to another (eg from a polygon display at low LoD to a texture display at high LoD) This can be achieved in the inventive method by skillful choice of the given building types.
  • a certain heuristic in the form of assignment rules can also be included, which also provides the empirical knowledge of the town to be modeled and the probabilities of occurrence derived therefrom in the assignment of geographic information and image information to the individual predetermined building types certain building types. For example, if there is information that a certain part of the city to be modeled is dominated by prefabricated buildings, you can assign the prefabricated building type "prefabricated building” in this part of the city based on geographic information and automatically model the building accordingly - a two- or three-storey building Within a district known as the residential area, one can, for example, assign the building type "Artmaschine" and in turn automatically generate the corresponding model.
  • a 3-D model of a city can be largely automatically generated in any desired accuracy, even if only rudimentary geoinformation and image data for the real buildings of the city are available.
  • a detailed heuristic can then take into account further information. If, for example, it is known from telephone directory data that a particular building has a retail store on the ground floor, then without providing detailed information about the real facade design, this information can be incorporated into the modeling, for example by assigning the attribute "fully glazed window front" to a particular building type.
  • All building models can be constructed as walk-in three-dimensional models.
  • Each object of the virtual three-dimensional city can be geo-referenced and semantically contain data, that is, data about the type and properties of the object.
  • a building window can display the information ("can be opened", "mirrored”
  • a consistent and consistent impression is created, which supports the immersive character of interactive 3-D worlds, and ensures that the modeled buildings can be located at any distance, at different distances Day and season give a realistic impression.
  • the image information comprises at least one orthographic projection of the selectable building and an image of at least one building facade of the selectable building. From this information, the building dimensions in the sense of a floor plan, as well as the suitable building model for realistic modeling, as well as the appropriate building attributes can be determined.
  • the image information is advantageously obtained from aerial photos, satellite photos and / or terrestrial building pictures. From aerial photos or satellite photos one can directly determine the orthographic projection of the buildings to be modeled. However, these figures do not give any information about the façade designs of the buildings. In this case, additional images are required, which also represent the facade. Again, these may be aerial photographs obtained, for example, at an oblique viewing angle or purely terrestrially derived building pictures.
  • Such an assignment can be carried out fully automatically by means of a suitable pattern recognition method.
  • people are used as controllers to make the assignment of the image information and the most suitable building type or at least to check.
  • Pattern recognition methods from the total set of available building types first a subset of building types, which already have some consistency with the building to be modeled, the human inspector ultimately makes the final selection of the most suitable building type of the subgroup for the building to be modeled.
  • building attributes such as facade texture, stucco, window types, façade colors and the like are assigned to the selected building type on the basis of the image information of the real building.
  • this mapping can be fully automated, or semiautomatic or manual with a human controller.
  • building data can be used to assign a building type and building attributes to the building to be modeled.
  • building data may include, for example, the age of the building, the use, the number of occupants, the District in which the building is located, etc.
  • building data can be obtained, for example, from maps, cadastral data, phone books, such as the yellow pages, or from a variety of databases and information sources available on the Internet. From these alternative building data, plausible building types can therefore be assigned to individual buildings even in the absence of image information. Thus, even in such cases, a more realistic modeling of the real city is obtained than if the missing building is only replaced by a neutral placeholder.
  • Building attributes can be adapted dynamically to the orthographic projection of the selected building determined from the geographic information, so that, for example, the building floor plan corresponds to the floor plan determined from the orthographic projection.
  • the predefined set of three-dimensional building types may have a hierarchical structure.
  • the uppermost level of the hierarchical structure can be associated with facade types of the buildings, while the lower levels are assigned data relating, for example, to the facade texture, façade color, window details, extensions, roof types, roof texture or roof color.
  • the predefined set of three-dimensional building types consists of objects that are defined by polygon area or so-called non-linear parameterized functions. Examples of such functions used in three-dimensional computer graphics are the so-called NURBS (Non Uniform Rational B-Splines).
  • NURBS Non Uniform Rational B-Splines
  • the building types defined in this way can be easily scaled and displayed with different resolutions, generally referred to as Level of Detail (LOD), depending on the magnification scale selected by the user.
  • LOD Level of Detail
  • the three-dimensional building types provided in the predefined set can, according to an advantageous embodiment of the method according to the invention, take into account country-specific or regionally typical characteristics of the real city to be modeled. Practically every city has architectural features that may arise, for example, from the geographical location, the historical urban development or the individual building regulations. Taking into account such special features, on the one hand the realism of the computer models can be improved and, on the other hand, the number of building types and building attributes to be traveled can be reduced
  • the inventive method for generating a three-dimensional computer model of a real city can be used in a variety of applications.
  • Preferred applications are, for example, mobile applications, such as in a navigation system, where on the one hand the storage space in the mobile terminal is limited and on the other hand, the necessary bandwidths for the transmission of large amounts of data are usually not available.
  • Such applications benefit particularly from the method according to the invention, since only a little storage space-requiring basic data set of building types and attributes is required to produce the three-dimensional building models. Further applications can be found, for example, in aircraft or vehicle simulators.
  • the method according to the invention is particularly preferably used in interactive virtual realities which are accessible to one or more users within a computer network.
  • a particularly popular form of such virtual realities is currently the so-called “Massively Multiplayer Online Roié Playing Games” (MMORPGs), which often several thousand users can simultaneously play together over the Internet.
  • MMORPGs Massively Multiplayer Online Roié Playing Games
  • the online games called “World of Warcraft”, “Second Life” or “Project Entropia” in which users can act via virtual, graphically three-dimensionally animated proxies called “avatars.”
  • the corresponding virtual realities are pure Computer-generated fantasy worlds
  • the method according to the invention here offers the possibility of realizing real cities in a realistic manner simulate, so that such MMORPGs can be played in a realistic environment.
  • the computer model of a real city can form a bridge between the virtual world and the real world.
  • the method according to the invention has the particular advantage that even in the introductory phase of a new online game, the corresponding city can be modeled very realistically without large personnel resources. Then you can, for example, integrate the users of the game into the optimization of the computer model.
  • the data on building types and building attributes of a larger number of users can be interactively made accessible for editing.
  • erroneous or less optimal modeling of individual buildings can be successively optimized over time in order to make the modeling of the virtual city more and more realistic.
  • the buildings are only generated when the virtual city is instantiated on the basis of the stored data of its geographical position, the building height, the assigned building type and the building attributes. According to a further variant, the buildings are only generated and visualized from a predetermined level of detail, for example at the close top view of the user.
  • a particular advantage of the method according to the invention is the fact that the modeled buildings can be produced as completely three-dimensional buildings, so that not only exterior views but also the internal structure of the building with individual floors and interiors in the desired
  • Detail accuracy can be generated. It is therefore possible, for example, for a user, for example with his avatar to enter the interior of a modeled building during an online role-playing game or by means of a computer-generated camera movement, to reach different floors or to look outside from the windows of the building.
  • the invention also relates to a computer system which is adapted to the implementation of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional computer model of a real city according to FIG. 1
  • Figure 2 is a schematic representation of the inventive method for
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the architecture of a computer system suitable for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 2 now shows a schematic representation of the method according to the invention:
  • the geo-information / image information provided includes, for example, an orthographic projection of a selectable building 10 to be modeled, which is obtained, for example, from an aerial image 11.
  • a terrestrial image 12 of the building facade of the selected building 10 is available.
  • the building dimensions 13 are first determined.
  • the building type is defined, in the example shown a predefined set 14 of three Cardiotpyen (band facade with flat roof 15, perforated facade with pitched roof 16, element facade with flat roof 17) are shown. In a hierarchical arrangement, only the facade types could be selected in a first step and the corresponding roof type in a later step.
  • the assignment to the building type perforated facade with pitched roof 16 takes place, since this type of building has the greatest similarity to the real building.
  • This building type is then assigned appropriate attributes from a predefined set 18 of building attributes, such as window type 19 (eg, sash windows, shutters yes / no, etc.).
  • window type 19 eg, sash windows, shutters yes / no, etc.
  • extensions such as balconies 20, may be associated, if any.
  • in the inner city area for example, also proven to define a separate building base 21, since often the design of the building base by store lines, among other things, may differ significantly from the rest of the building.
  • the building 22 modeled in this way is precisely positioned in the three-dimensional computer model of the city on the basis of the position information obtained from the geographic information.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the architecture of a computer system suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the computer system is constructed in a client / server architecture.
  • a server unit 110 which may, for example, be constructed as a load-balanced server cluster, which is connected to that of a database 111, on which the data necessary for generating the virtual reality are kept.
  • Each virtual reality user has installed on his local machine a client 120 that includes a 3-D game engine 121 and a user interface 122.
  • client may access the server unit 110 and the database 111 via an Internet connection 130.
  • the data required to generate the virtual reality can be transmitted, for example, in the form of chunk files 123, from which the 3-D game engine constructs the virtual reality.
  • the client 123 may include the respective libraries 124 for generating the 3-D models and a data converter 125. The creation of the city model is then largely independent of the currently used game engine.
  • Various programs may be used to generate the city database 111.
  • the authoring tool may be implemented on a server and server cluster 140.
  • geoinformation is represented as two-dimensional and / or two-dimensional map data 151 and imported as additional geographic information 152.
  • additional geographic information may include, for example, locations and types of trees present in the city, which are often electronically present in some kind of tree cadastre, or the locations and species Further urban infrastructure elements such as benches, traffic lights, etc.
  • already existing three-dimensional graphics models can be imported 153.
  • a method should be modeled automated, but is desired for the most realistic representation.
  • these three-dimensional graphics models 153 may contain prototypes of frequently recurring infrastructure elements within cities.
  • site specific facade heuristics 154 are mentioned.
  • the user can operate the authoring tool and control the generation of the three-dimensional city model or edit the generated model.
  • the method according to the invention for the automated generation of three-dimensional building models is implemented as a so-called extension 170 for the commercially available authoring tool.
  • This extension 170 which is a corresponding
  • User interface 171 which may be integrated into the user interface 160 of the authoring tool, contains the predefined basic models and in particular the rules by which the three-dimensional buildings / objects are to be generated on the basis of the existing geographic information.
  • the corresponding data are stored for a specific area of the virtual reality, for example in the form of binary transport files via an interface 141 in the database 111.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a method for producing a three-dimensional computer model of a real town from geoinformation for the real town which is to be modelled, where three-dimensional computer models of the town's buildings are produced on the basis of a predefined set of three-dimensional building types, and also on the basis of building attributes which can be used to vary the predefined building types.

Description

Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Computermodells einer Method for generating a three-dimensional computer model of a computer
Stadtcity
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Computermodells einer Stadt, insbesondere eines Computermodells einer auch in der Realität existierenden Stadt.The invention relates to a method for generating a three-dimensional computer model of a city, in particular a computer model of an existing city in reality.
In jüngster Zeit stehen kommerziellen wie privaten Nutzern hochaufgelöste Satelliten- und Luftbilder der gesamten Erde zur Verfügung. Beispielsweise stellt die NASA unter der Bezeichnung „World Wind" eine frei erhältliche Software zurRecently, commercial and private users have high-resolution satellite and aerial images of the entire earth at their disposal. For example, NASA provides a freely available software under the name "World Wind"
Darstellung eines virtuellen Globus bereit, dem digitale Satelliten- und Luftbilder in unterschiedlicher Auflösung mit Geodäten überlagert und auf einem digitalen Höhenmodell der Erde als dreidimensionale Graphik (3D-Graphik) dargestellt werden können. Die von „World Wind' zur Verfügung gestellte Datenmenge beträgt derzeit fast 5 Terabyte. Da eine solche Datenmenge nicht lokal auf der Nutzer- Workstation vorgehalten werden kann, werden abhängig von den vom Nutzer eingestellten Bildparametern, also insbesondere abhängig von dem betrachteten Bereich des virtuellen Globus und des gewählten Vergrößerungsfaktors, die erforderlichen Bilddaten automatisch über eine möglichst breitbandige Internetverbindung von zentralen Servern nachgeladen. Ein ähnliches Konzept zur Darstellung eines hochaufgelösten virtuellen Globus auf der Grundlage von georeferenzierten Satelliten und Luftbildern verfolgt die von der Firma Google Inc. zumindest in der Grundversion ebenfalls kostenlos bereitgestellte Software „Google Earth". Die Auflösung mit „Google Earth" darstellbaren 3D-Graphiken liegt nahezu flächendeckend bei ca. 15 m, wobei Ballungsräume und insbesondere Großstädte häufig sogar mit einer Auflösung von weniger als 1 m, bis herab zu 15 cm dargestellt werden können. Auf Grund der Verknüpfung von geographischen Koordinaten, wie Längen- und Breitengraden, mit Höhenangaben lassen sich beispielsweise in auch dreidimensionale Darstellungen aus einer Art Vogelperspektive erzeugen. Diese Höhendaten liege aber nur für den Erdboden selbst vor, so dass sich Erhebungen wie Berge oder Gebirgszügen oder Senken sehr gut darstellen lassen. In Städten liegen aber für individuelle Gebäude üblicherweise keine Höheninformationen vor, so dass die entsprechenden Gebäude auch in der Vogelperspektive flach bleiben. Für einzelne Städte hat „Google Earth" dreidimensionale Gebäudeinformationen bereitgestellt, so dass den in den Luft- oder Satellitenbildern erkennbaren Gebäudegrundrissen dreidimensionale Polygone überlagert werden können, welche in der perspektivischen Ansicht auch einen Eindruck von der Gebäudeform und - höhe vermitteln. In Figur 1 ist exemplarisch ein mit „Google Earth" erzeugte dreidimensionale, perspektivische Ansicht des Bereichs um den Times Square in Manhattan dargestellt. Man erkennt, dass man bei dieser sehr schematischen Darstellung keinerlei Informationen über die Gestaltung der Gebäudefassaden oder gar über das Gebäudeinnere erhält.Presentation of a virtual globe ready to digital satellite and aerial images in different resolution with geodesics superimposed and displayed on a digital elevation model of the earth as a three-dimensional graphics (3D graphics). The amount of data provided by World Wind is currently almost 5 terabytes. Since such a data volume can not be held locally on the user workstation, depending on the user-set image parameters, ie, in particular depending on the considered area of the virtual globe and the selected magnification factor, the required image data is automatically transmitted via a broadband Internet connection as possible Reloaded servers. A similar concept for the representation of a high-resolution virtual globe on the basis of geo-referenced satellites and aerial images follows the software "Google Earth" provided free of charge by the company Google Inc., at least in its basic version.The resolution lies with "Google Earth" displayable 3D graphics almost nationwide at about 15 m, with metropolitan areas and especially large cities often even with a resolution of less than 1 m, down to 15 cm can be displayed. Due to the combination of geographical coordinates, such as longitude and latitude, with height information can be generated, for example, in three-dimensional representations of a kind of bird's eye view. However, this elevation data only exists for the ground itself, so that elevations such as mountains or mountain ranges or depressions can be represented very well. In cities, however, height information is usually not available for individual buildings. so that the corresponding buildings remain flat even in bird's-eye view. For individual cities, "Google Earth" has provided three-dimensional building information, so that three-dimensional polygons can be superimposed on the floor plans visible in the aerial or satellite images, which also convey an impression of the shape and height of the building in the perspective view a three-dimensional, perspective view of the area around Times Square in Manhattan, created with "Google Earth". It can be seen that in this very schematic representation, no information about the design of the building facades or even about the building interior is obtained.
Einzelne besonders wichtige Wahrzeichen können inzwischen von den Nutzern mit der Google Software "Google Warehouse" detaillierter modelliert werden. Diese Informationen werden mittels sogenannter KML-Files bereitgestellt. Nachteilig an diesem Ansatz ist, dass die mit "Google Warehouse" erzeugten Objekte häufig sehr unterschiedliche Qualität aufweisen und daher insgesamt einen uneinheitlichen Eindruck einer Szenerie vermitteln. Ferner führt die Überlagerung von dreidimensionalen Objekten mit Luftbildern häufig zu einem unrealistischen Gesamteindruck. Schließlich fehlen derartigen Modellen jegliche semantischen Informationen, d. h. jedes dreidimensionale Objekt ist nur eine Graphik , die keinerlei Information enthält, ob es sich bei dem Objekt beispielsweise um ein Haus, eine Straße, einen Gehweg oder Teile eines Hauses, wie etwa Türen oder Fenster handelt.Some particularly important landmarks can now be modeled in more detail by the users with Google Software "Google Warehouse". This information is provided by means of so-called KML files. A disadvantage of this approach is that the objects created with "Google Warehouse" often have very different quality and therefore give an overall uneven impression of a scene. Furthermore, the superposition of three-dimensional objects with aerial images often leads to an unrealistic overall impression. Finally, such models lack any semantic information, i. H. each three-dimensional object is just a graphic that contains no information as to whether the object is, for example, a house, a street, a walkway or parts of a house, such as doors or windows.
In dem derzeit sehr populären On-Iine-Rollenspiel „Second Life" besteht auch die Möglichkeit, kleinere Bereiche real existierender Städten in "Second Life" mittels dreidimensionaler Modelle zu implementieren. So findet man beispielsweise ein virtuelles Modell der deutschen Stadt Frankfurt in "Second Life". Die mit einer manuellen Modellierung einzelner Gebäude verbundenen Kosten und der erforderliche Zeitaufwand sind jedoch für eine Modellierung einer ganzen Stadt viel zu hoch. So sind auch in der virtuellen Stadt "Frankfurt" in Second Life lediglich wenige Straßenzüge mit einigen wichtige Gebäude und Wahrzeichen detaillierter modelliert, so dass sie beispielsweise auch Innenräume besitzen und betreten werden können. Die meisten Gebäude wurden weniger detailliert modelliert und können beispielsweise nicht betreten werden. Obwohl dieser Ansatz kostspielig und zeitaufwändig ist, erzeugt er gleichwohl hohen Kosten einen inkonsistenten Gesamteindruck.In the currently very popular on-line roleplaying game "Second Life", it is also possible to implement smaller areas of real existing cities in "Second Life" using three-dimensional models, such as a virtual model of the German city of Frankfurt in "Second Life." However, the costs associated with manual modeling of individual buildings and the amount of time required are far too high to model an entire city, and the virtual city of Frankfurt in Second Life has only a few streets with some important buildings and landmarks in more detail modeled, so that they also have, for example, interiors and can be entered. Most of the buildings were modeled in less detail and can not be entered, for example. Although costly and time consuming, this approach creates an inconsistent overall impression at high cost.
In der deutschen Patentanmeldung DE-A-197 46 639 wird ein Verfahren zur digitalen Erfassung räumlicher Objekte und Szenen für eine dreidimensionale Bildkarte beschrieben, welches eine genauere Darstellung der dreidimensionalen Objekte ermögliche soll. Dazu wird vorgeschlagen, digitalisierten Luftbildaufnahmen realer Objekte oder Szenen präzise Positionskoordinaten zuzuordnen und ergänzende terrestrische Aufnahmen der betreffenden realen Objekte oder Szenen anzufertigen, die Ansichten der betreffenden Objekte oder Szenen aus unterschiedlichen Positionen und/oder Richtungen liefern, die aus den ursprünglichen Luftbildern nicht unmittelbar erschlossen werden können. Aus den terrestrischen Bildern können dann beispielweise Informationen über die Höhe der betreffenden Objekte und ihre Oberflächengestaltung abgeleitet und von einem Computer zu dreidimensionalen Darstellungen der Objekte verknüpft werden. Damit kann ein photorealistisches Computermodell einer Stadt oder eines komplexen Gebäudes entstehen, das unter Nutzung interaktiver Programmtechniken manipulierbar ist. So werden beispielsweise Bewegungen in der dreidimensionalen Bildkarte oder Veränderungen des Betrachtungsmaßstabes bzw. des Betrachtungswinkels genannt. Als typische Anwendungsbereiche DE-A-197 46 639 den Einsatz derartiger dreidimensionaler Darstellungen in realitätsnahen Flug- oder Fahrsimulatoren oder die Dokumentation und Bewertung archäologischer Ausgrabungen oder geplanter Bauvorhaben. Für zahlreiche andere Anwendungsfälle ist die in DE 197 46 639 A1 beschriebene Lösung aber nachteilig, da eine photorealistische Darstellung der dreidimensionalen Objekte die Verarbeitung großer Datenmengen nach sich zieht. Während beispielsweise ein dreidimensionales Computermodell einer archäologischen Ausgrabungsstätte oder ein räumlich begrenztes Bauvorhaben noch mit einer überschaubaren Datenmenge auskommt, erfordert eine realistische dreidimensionale Darstellung einer real existierenden Stadt ein Datenvolumen, das üblicherweise weder auf der lokalen Workstation eines Nutzers vorgehalten noch in Echtzeit von zentralen Servern heruntergeladen werden kann.In the German patent application DE-A-197 46 639 a method for the digital detection of spatial objects and scenes for a three-dimensional image card is described, which should allow a more accurate representation of the three-dimensional objects. For this purpose it is proposed to assign digitized aerial photographs of real objects or scenes to precise position coordinates and to make supplementary terrestrial images of the relevant real objects or scenes that provide views of the objects in question or scenes from different positions and / or directions that are not directly accessed from the original aerial images can. For example, information about the height of the objects in question and their surface design can be derived from the terrestrial images and linked by a computer to three-dimensional representations of the objects. This can create a photorealistic computer model of a city or complex building that can be manipulated using interactive programming techniques. For example, movements in the three-dimensional image map or changes in the viewing scale or the viewing angle are called. As typical applications DE-A-197 46 639 the use of such three-dimensional representations in realistic flight or driving simulators or the documentation and assessment of archaeological excavations or planned construction projects. However, the solution described in DE 197 46 639 A1 is disadvantageous for numerous other applications because a photorealistic representation of the three-dimensional objects entails the processing of large amounts of data. For example, while a three-dimensional computer model of an archaeological excavation site or a spatially limited construction project still manages with a manageable amount of data, requires a realistic three-dimensional representation of a real a volume of data that would normally not be available on a user's local workstation or downloaded in real-time from central servers.
Auch andere Vorschläge zur dreidimensionalen Computermodellierung von Städten kombinieren Luftbilder mit Fassadenfotos, um einen realistischen dreidimensionalen Eindruck zu erzeugen. Diese Fassadenfotos werden gewissermaßen auf computergenerierte geometrisch einfache dreidimensionale Modelle der Gebäude aufprojiziert. Auch mit diesem Verfahren sind jedoch zahlreiche Nachteile verbunden. Bereits die einmalige Rundum-Erfassung der Fassade eines Gebäudes ist zeitaufwändig und kostenintensiv. Daher liegen die Fassadenbilder meist nur in einer Fassung vor, die unter bestimmten tages- und jahreszeitlichen Bedingungen aufgenommen wurde. Es ist daher im Computermodell nicht möglich, tages- und jahreszeitliche Änderungen der Fassaden abzubilden. Derartige dreidimensionale Gebäudemodelle kann man auch nicht betreten, da die Fassadenbilder mit keinerlei semantischer Information bezüglich einzelner Elemente wie Türen oder Fenstern oder anderen Gebäudedetails verknüpft sind. Die Bildinformationen der Fassaden liegen üblicherweise auch nur in einer bestimmten Auflösung vor, die für einen bestimmten virtuellen Betrachtungsabstand optimiert ist. Bei Annäherung an ein Gebäude verwischen diese Bilder, weil eine über die vorhandene Bildinformation hinausgehende Vergrößerung erforderlich ist. Für interaktive dreidimensionale Computerspiele ist ein derartiger Ansatz also nicht geeignet, weil bei der Erstellung derartiger Aufnahmen häufig auch Bäume, Personen, Fahrzeuge und ähnliches mit aufgenommen werden, ohne dass den Bildern die entsprechende semantische oder dreidimensionale Information zukommt.Other proposals for three-dimensional computer modeling of cities also combine aerial photos with façade photos to create a realistic three-dimensional impression. These façade photos are to some extent projected onto computer-generated geometrically simple three-dimensional models of the buildings. However, this method also involves numerous disadvantages. Already the unique all-round detection of the facade of a building is time-consuming and cost-intensive. Therefore, the façade pictures are usually only in a version that was recorded under certain daily and seasonal conditions. It is therefore not possible in the computer model to represent daily and seasonal changes in the facades. One can not enter such three-dimensional building models either, since the facade pictures are not linked with any semantic information regarding individual elements such as doors or windows or other building details. The image information of the facades are usually present only in a certain resolution, which is optimized for a certain virtual viewing distance. When approaching a building, these images blur because an enlargement beyond the existing image information is required. For interactive three-dimensional computer games, such an approach is therefore not suitable because in the creation of such images often trees, people, vehicles and the like are included without the images get the appropriate semantic or three-dimensional information.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Computermodells einer realen Stadt bereitzustellen, das anhand von möglichst wenigen Ausgangsdaten eine realistische Generierung des Computermodells ermöglicht, das in sich stimmig ist und ein Eintauchen des Nutzers in die virtuelle Realität („immersion") ermöglichen soll. Dabei soll die zur Modellierung der Stadt erforderliche Datenmenge und der entsprechende Rechenaufwand möglichst gering gehalten werden. Dazu soll nur auf eine möglichst geringe lokal vorzuhaltende und/oder per Datenverbindung zu übertragende Datenmengen zurückgegriffen werden müssen.The present invention is therefore based on the technical problem of providing a method for generating a three-dimensional computer model of a real city, which enables a realistic generation of the computer model on the basis of as few initial data as possible, and immersing the user in the virtual reality ( "Immersion") and the amount of data required to model the city and the corresponding computational effort are kept as low as possible. For this purpose, it is only necessary to make use of the smallest possible amount of data to be kept locally and / or data to be transmitted by data connection.
Gelöst wird dieses technische Problem durch das Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Computermodells einer realen Stadt gemäß vorliegendem Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.This technical problem is solved by the method for generating a three-dimensional computer model of a real city according to the present claim 1. Advantageous developments of the method according to the invention are subject matter of the dependent claims.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Überlegung zu Grunde, dass sich praktisch jedes Gebäude durch Kombinationen einer begrenzten Anzahl von Gebäudetypen und Gebäudeattributen realitätsnah darstellen lässt. Erfindungsgemäß sollen daher Satellitenaufnahmen, Luftbilder und/oder terrestrische Bilder von Gebäuden nicht unmittelbar zur Erzeugung des dreidimensionalen Gebäudemodells herangezogen, sondern vielmehr als Grundlage dienen, um an Hand dieser Bildinformationen aus einem vorgegebenen Satzes von Gebäudetypen und Gebäudeattributen einen Gebäudetyp auszuwählen und mit geeigneten Gebäudeattributen zu versehen, so dass das daraus resultierende Computermodell dem realen Gebäude möglichst gut entspricht. Zur Lösung dieses technischen Problems schlägt die Erfindung nun vor, einen Satz von dreidimensionalen Gebäudetypen mit entsprechenden Gebäudeattributen vorzugeben und durch Polygonflächen oder nichtlineare parametrische Funktionen zu definieren und die anhand der Geoinformationen ermittelten realen Gebäude im Computermodell durch einen der vorgegebenen Gebäudetypen mit den jeweiligen Gebäudeattributen zu repräsentierenThe method according to the invention is based on the consideration that virtually every building can be represented realistically by combinations of a limited number of building types and building attributes. According to the invention, therefore, satellite images, aerial images and / or terrestrial images of buildings are not used directly for generating the three-dimensional building model, but rather serve as a basis for selecting a building type and providing it with suitable building attributes on the basis of this image information from a given set of building types and building attributes so that the resulting computer model matches the real building as well as possible. To solve this technical problem, the invention now proposes to specify a set of three-dimensional building types with corresponding building attributes and to define them by polygon surfaces or non-linear parametric functions and to represent the real buildings in the computer model determined by the geoinformation by one of the given building types with the respective building attributes
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Computermodells einer realen Stadt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Bereitstellen von Geoinformationen der zu modellierenden realen Stadt,The invention therefore provides a method for generating a three-dimensional computer model of a real city, the method comprising the steps of: providing geo-information of the real city to be modeled,
- Ermitteln von Gebäudedaten aus den bereitgestellten Geoinformationen, wobei die Gebäudedaten zumindest Positionsinformationen über die geographischen Koordinaten, die Höhe der selektierbaren Gebäude und mit den selektierbaren Gebäuden verknüpfte Bildinformationen und/oder andere Gebäudedaten umfassen,Determining building data from the provided geoinformation, wherein the building data at least position information on the geographic coordinates, the height of the selectable buildings and image information associated with the selectable buildings and / or other building data,
- Erzeugen eines vordefinierten Satzes von dreidimensionalen Gebäudetypen und von Gebäudeattributen, mit denen die vordefinierten Gebäudetypen variiert werden können, und Speichern des vordefinierten Satzes in einem computerlesbaren Speichermedium, wobei der vordefinierte Satz von dreidimensionalen Gebäudetypen aus Objekten besteht, die durch Polygonflächen oder nichtlineare parametrisierte Funktionen definiert werden, - Zuordnen eines Gebäudetyps aus dem vordefinierten Satz zu zumindest einem selektierbaren Gebäude an Hand der mit dem selektierbaren Gebäude verknüpften Bildinformation oder anderer Gebäudedaten,Generating a predefined set of three-dimensional building types and building attributes that can vary the predefined building types and storing the predefined set in a computer-readable storage medium, wherein the predefined set of three-dimensional building types consists of objects defined by polygon surfaces or non-linear parameterized functions - assign a building type from the predefined set to at least one selectable building on the basis of the image information or other building data associated with the selectable building,
- Setzen von Gebäudeattributen aus dem vordefinierten Satz für das zumindest eine selektierbare Gebäude an Hand der mit dem selektierbaren Gebäude verknüpften Bildinformation oder anderer Gebäudedaten.Setting building attributes from the predefined set for the at least one selectable building on the basis of the image information or other building data associated with the selectable building.
- Erzeugen eines dreidimensionalen Computermodells an Hand des selektierten Gebäudetyps und der gesetzten Gebäudeattribute undGeneration of a three-dimensional computer model on the basis of the selected building type and the set building attributes and
- Festlegen der Position des Gebäudemodells innerhalb des Computermodells der Stadt an Hand der mit dem selektierbaren Gebäude verknüpften Positionsinformation.Determine the position of the building model within the computer model of the city based on the position information associated with the selectable building.
Unter einem "selektierbaren Gebäude" ist ein in den Geoinformationen repräsentiertes Gebäude der realen Stadt zu verstehen, dass zur Modellierung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewählt werden kann. Zur Modellierung einer gesamten Stadt wird man natürlich bestrebt sein, so viele Gebäude wie möglich im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens durch entsprechende Computermodelle darzustellen.A "selectable building" is understood to mean a building of the real city represented in the geoinformation that can be selected for modeling with the method according to the invention. To model an entire city, of course, one will endeavor to represent as many buildings as possible within the meaning of the inventive method by appropriate computer models.
Erfindungsgemäß wird also ein vordefinierter Satz dreidimensionaler Gebäudetypen erzeugt, so dass der Speicherbedarf begrenzt werden kann, weil nicht jedes einzelne Gebäude unhabhängig modelliert werden muss, sondern auf ein begrenzte Anzahl von Gebäudetypen zurückgegriffen werden kann. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also darin zu sehen, dass mit bereits wenigen Gebäudetypen und Gebäudeattributen aufgrund der zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten eine Vielzahl von unterschiedlichen Gebäuden realitätsnah modelliert werden können. Im Regelfall wird daher die Anzahl der zu modellierenden Gebäude im Computermodell einer realen Stadt deutliche größer als die Anzahl der dem Modell zugrundeliegenden Gebäudetypen und Gebäudeattribute sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise mit 10 bis 100 unterschiedlichen Gebäudetypen und 10 bis 100 Gebäudeattributen, wobei einem Gebäudetyp beispielsweise mehrere Gebäudeattribute zugeordnet werden können, große Städte mit einigen Zehntausend verschiedenen Gebäuden so modelliert werden, dass ein realistischer Eindruck der Stadt entsteht, ohne dass bei der Modellierung größere Datenmengen vorgehalten oder übertragen werden müssen.Thus, according to the invention, a predefined set of three-dimensional building types is generated, so that the storage requirement can be limited, because not every single building has to be modeled independently, but instead a limited number of building types can be used. A significant advantage The method according to the invention can therefore be seen in the fact that, with just a few building types and building attributes, a large number of different buildings can be modeled realistically owing to the numerous possible combinations. As a rule, therefore, the number of buildings to be modeled in the computer model of a real city will be significantly greater than the number of building types and building attributes underlying the model. With the method according to the invention, for example, with 10 to 100 different types of buildings and 10 to 100 building attributes, where a building type, for example, several building attributes can be assigned to large cities with tens of thousands of different buildings are modeled so that a realistic impression of the city is created without Modeling larger amounts of data must be kept or transmitted.
Aufgrund der Definition der Gebäudetypen durch Polygonflächen oder nichtlineare parametrisierte Funktionen können die die modellierten Gebäude leicht in Abhängigkeit vom gewünschten Level of Detail skaliert werden.Due to the definition of building types by polygon surfaces or non-linear parameterized functions, the modeled buildings can easily be scaled according to the desired level of detail.
Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zugrunde, dass es in vielen Anwendungsbereichen zur Erzeugung eines realistischen, immersiven Charakters eines dreidimensionalen Städtemodells weniger auf eine exakte Wiedergabe der aller Details und Texturen der realen Gebäude, als vielmehr auf eine in sich stimmige Darstellung ankommt, die insbesondere Unstetigkeiten beim Level of Detail oder gar einen Wechsel von einer Darstellungsart einer anderen ((beispielsweise von eine Polygondarstellung bei niedrigem LoD zu einer Texturdarstellung bei hohem LoD) vermeidet. Dies kann beim erfindungsgemäßen Verfahren durch geschickte Wahl der vorgegebenen Gebäudetypen erreicht werden.The invention is based on the consideration that in many areas of application for generating a realistic, immersive character of a three-dimensional city model is less important to an exact reproduction of all details and textures of the real building, but rather on a coherent presentation, in particular discontinuities at the level of detail or even a change from one display type to another (eg from a polygon display at low LoD to a texture display at high LoD) This can be achieved in the inventive method by skillful choice of the given building types.
In die Modellierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch eine gewisse Heuristik in Form von Zuordnungsregeln mit einfließen, die bei der Zuordnung von Geoinformationen und Bildinformationen zu den einzelnen vorgegebenen Gebäudetypen auch das zu der zu modellierenden Stadt vorhandene Erfahrungswissen und daraus abgeleitete Wahrscheinlichkeiten des Auftretens gewisser Gebäudetypen berücksichtigt. Wenn beispielsweise die Information vorliegt, dass ein bestimmter Stadtteil der zu modellierenden Stadt von Plattenbauten geprägt ist, kann man einem aufgrund von Geoinformationen ermittelten Hochhaus in diesem Stadtteil den vorgegebenen Gebäudetyp „Plattenbau" zuordnen und das Gebäude automatisch entsprechend modellieren. Einem zwei- oder dreistöckigen Gebäude innerhalb eines als Villengegend bekannten Stadtteils kann man beispielsweise den Gebäudetyp "Jugendstilvilla" zuordnen und das entsprechende Modell wiederum automatisch generieren.In the modeling according to the method of the invention, a certain heuristic in the form of assignment rules can also be included, which also provides the empirical knowledge of the town to be modeled and the probabilities of occurrence derived therefrom in the assignment of geographic information and image information to the individual predetermined building types certain building types. For example, if there is information that a certain part of the city to be modeled is dominated by prefabricated buildings, you can assign the prefabricated building type "prefabricated building" in this part of the city based on geographic information and automatically model the building accordingly - a two- or three-storey building Within a district known as the residential area, one can, for example, assign the building type "Art Nouveau villa" and in turn automatically generate the corresponding model.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also ein 3-D-Modell einer Stadt in beliebiger gewünschter Genauigkeit weitgehend automatisch generiert werden, selbst wenn nur rudimentäre Geoinformationen und Bilddaten zu den realen Gebäuden der Stadt vorliegen. Eine detaillierte Heuristik kann dann weitere Information berücksichtigen. Ist beispielsweise aufgrund von Telefonbuchdaten bekannt, dass ein bestimmtes Gebäude eine Ladengeschäft im Erdgeschoss besitzt, so kann, ohne dass Detailinformation zur realen Fassadengestaltung vorliegen, diese Information in die Modellierung einfließen, indem man beispielsweise einen bestimmten Gebäudetyp mit dem Attribut "vollverglaste Fensterfront" versieht.Thus, with the method according to the invention, a 3-D model of a city can be largely automatically generated in any desired accuracy, even if only rudimentary geoinformation and image data for the real buildings of the city are available. A detailed heuristic can then take into account further information. If, for example, it is known from telephone directory data that a particular building has a retail store on the ground floor, then without providing detailed information about the real facade design, this information can be incorporated into the modeling, for example by assigning the attribute "fully glazed window front" to a particular building type.
Eine solche Zuordnung erzeugt dann nicht notwendigerweise eine vollkommen exakte Darstellung der zu modellierenden realen Stadt, aber es ergibt sich auf jeden Fall eine in sich stimmige und vom Benutzer als realistisch empfundene Darstellung, da bereits auf der Grundlage von wenigen Ausgangsinformationen und anhand von wenigen vordefinierten Gebäudetypen ein detailreiches dreidimensionales Städtemodell generiert werden kann.Such an assignment then does not necessarily produce a perfectly exact representation of the real city to be modeled, but in any case a self-consistent and user-friendly representation arises, already on the basis of a few initial information and on the basis of a few predefined building types a detailed three-dimensional city model can be generated.
Durch die weitgehende Automatisierung der Gebäudemodellierung können auch größere Städte rasch und zuverlässige modelliert werden. Alle Gebäudemodelle lassen sich als begehbare dreidimensionale Modelle konstruieren. Jedes Objekt der virtuellen dreidimensionalen Stadt kann georeferenziert sein und semantisch Daten, also Daten über die Art und die Eigenschaften des Objekts, enthalten. So kann ein Gebäudefenster beispielsweise die Information ("kann geöffnet werden", "spiegelnde Oberfläche" usw.) enthalten. Es entsteht ferner innerhalb der gesamten virtuellen Realität ein einheitlicher, in sich konsistenter Eindruck, der den immersiven Charakter von interaktiven 3-D-Welten unterstützt. Ferner ist gewährleistet, dass die modellierten Gebäude in beliebigen Entfernungen, bei unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten einen realistischen Eindruck vermitteln.The extensive automation of building modeling also allows larger cities to be modeled quickly and reliably. All building models can be constructed as walk-in three-dimensional models. Each object of the virtual three-dimensional city can be geo-referenced and semantically contain data, that is, data about the type and properties of the object. For example, a building window can display the information ("can be opened", "mirrored Furthermore, within the entire virtual reality, a consistent and consistent impression is created, which supports the immersive character of interactive 3-D worlds, and ensures that the modeled buildings can be located at any distance, at different distances Day and season give a realistic impression.
Vorteilhaft umfassen die Bildinformationen zumindest eine orthographische Projektion des selektierbaren Gebäudes und eine Abbildung wenigstens einer Gebäudefassade des selektierbaren Gebäudes. Aus diesen Informationen können sowohl die Gebäudeabmessungen im Sinne eines Grundrisses, als auch der zur realistischen Modellierung passende Gebäudetyp, sowie die geeigneten Gebäudeattribute ermittelt werden.Advantageously, the image information comprises at least one orthographic projection of the selectable building and an image of at least one building facade of the selectable building. From this information, the building dimensions in the sense of a floor plan, as well as the suitable building model for realistic modeling, as well as the appropriate building attributes can be determined.
Die Bildinformationen gewinnt man vorteilhafterweise aus Luftbildern, Satellitenfotos und/oder terrestrischen Gebäudebildern. Aus Luftbildern bzw. Satellitenfotos kann man die orthographische Projektion der zu modellierenden Gebäude unmittelbar ermitteln. Aus diesen Abbildungen gehen jedoch keinerlei Informationen über die Fassadengestaltungen der Gebäude hervor. In diesem Fall sind zusätzliche Abbildungen erforderlich, welche auch die Fassade darstellen. Dabei kann es sich wiederum um Luftbilder handeln, die beispielsweise unter einem schrägen Aufnahmewinkel gewonnen wurden oder um rein terrestrisch gewonnene Gebäudebilder. Auch hier existieren inzwischen kommerzielle Anbieter, die, beispielsweise für Kunden aus in der Immobilienbranche, ganze Städte komplett befahren und dabei Aufnahmen der befahrenen Straßenzüge bereitstellen. Diesen Aufnahmen sind, beispielsweise mit Hilfe des satellitengestützten Systems zur Positionsbestimmung GPS (Global Positioning System) des amerikanischen Verteidigungsministeriums geographisch wiederum exakt referenziert, so dass eine einfache Zuordnung von orthographischen Bildern und terrestrischen Abbildungen der Gebäudefassaden möglich ist. Liegen beispielsweise nur Schrägbilder vor, so kann man bei bekanntem Aufnahmewinkel sowohl die orthographische Projektion der Gebäude als auch die Gebäudehöhe errechnen und erhält zudem Fassadeninformationen, die für die spätere Zuordnung der vordefinierten Gebäudetypen und Gebäudeattribute genutzt werden können.The image information is advantageously obtained from aerial photos, satellite photos and / or terrestrial building pictures. From aerial photos or satellite photos one can directly determine the orthographic projection of the buildings to be modeled. However, these figures do not give any information about the façade designs of the buildings. In this case, additional images are required, which also represent the facade. Again, these may be aerial photographs obtained, for example, at an oblique viewing angle or purely terrestrially derived building pictures. Here, too, there are now commercial providers who, for example, for customers from the real estate industry, complete drive entire cities and thereby provide shots the busy streets. These images are, for example, with the help of the satellite positioning system for positioning GPS (Global Positioning System) of the US Department of Defense geographic again accurately referenced, so that a simple assignment of orthographic images and terrestrial images of the building facades is possible. For example, if only oblique images, so you can calculate the orthographic projection of the building and the building height at a known acceptance angle and also receives Façade information that can be used to later assign the predefined building types and building attributes.
Vorzugsweise vergleicht man zur Zuordnung eines dreidimensionalen Gebäudemodells aus dem vordefinierten Satz die Bildinformationen des zu modellierenden, selektierbaren Gebäudes mit den in dem vordefinierten Satz vorhandenen Gebäudetypen und wählt den Gebäudetyp aus, welcher die beste Übereinstimmung dem in den Bildinformationen dargestellten Gebäude am ähnlichsten ist. Eine solche Zuordnung kann voll automatisch mittels eines geeigneten Mustererkennungsverfahrens durchgeführt werden. Da aber letztlich der vom Menschen wahrgenommene Eindruck für eine möglichst realistische Modellierung des Gebäudes entscheidend ist, werden vorzugsweise Menschen als Kontrolleure eingesetzt, um die Zuordnung der Bildinformationen und des am besten passenden Gebäudetyps vorzunehmen oder zumindest zu überprüfen. Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wählt ein automatischesPreferably, to compare a three-dimensional building model from the predefined set, one compares the image information of the selectable building to be modeled with the building types present in the predefined set and selects the type of building most closely closest to the building represented in the image information. Such an assignment can be carried out fully automatically by means of a suitable pattern recognition method. However, since ultimately the perceived by humans impression for the most realistic modeling of the building is crucial, preferably people are used as controllers to make the assignment of the image information and the most suitable building type or at least to check. In a particularly preferred variant of the method selects an automatic
Mustererkennungsverfahren aus dem Gesamtsatz der zur Verfügung stehenden Gebäudetypen zunächst eine Untergruppe von Gebäudetypen aus, die bereits eine gewisse Übereinstimmung mit dem zu modellierenden Gebäude aufweisen, wobei der menschliche Kontrolleur letztlich die endgültige Auswahl des am besten passenden Gebäudetyps der Untergruppe für das zu modellierende Gebäude vornimmt.Pattern recognition methods from the total set of available building types first a subset of building types, which already have some consistency with the building to be modeled, the human inspector ultimately makes the final selection of the most suitable building type of the subgroup for the building to be modeled.
In einem nächsten Schritt werden dem ausgewählten Gebäudetyp Gebäudeattribute, wie Fassadentextur, Stuckauftragungen, Fenstertypen, Fassadenfarben und ähnliches an Hand der Bildinformationen des realen Gebäudes zugeordnet. Diese Zuordnung kann wiederum vollständig automatisiert, oder mit einem menschlichen Kontrolleur halbautomatisch oder manuell erfolgen.In a next step building attributes such as facade texture, stucco, window types, façade colors and the like are assigned to the selected building type on the basis of the image information of the real building. Again, this mapping can be fully automated, or semiautomatic or manual with a human controller.
Alternativ oder ergänzend zu den Bildinformationen können andere Gebäudedaten zur Zuordnung eines Gebäudetyps und von Gebäudeattributen zu dem zu modellierenden Gebäude herangezogen werden. Derartige Gebäudedaten können beispielsweise das Alter des Gebäudes, die Nutzung, die Anzahl der Bewohner, der Stadtteil in welchem sich das Gebäude befindet usw. sein. Derartige Gebäudedaten lassen sich beispielsweise aus Karten, Katasterdaten, Telefonbücher, wie den Gelben Seiten, oder aus verschiedensten Datenbanken und Informationsquellen, die im Internet zur Verfügung stehen, gewinnen. Aus diesen alternativen Gebäudedaten können daher auch bei fehlenden Bildinformationen einzelnen Gebäuden plausible Gebäudetypenzugeordnet werden. Man erhält also auch in solchen Fällen eine realistischere Modellierung der realen Stadt, als wenn das fehlende Gebäude nur durch einen neutralen Platzhalter ersetzt wird.Alternatively or in addition to the image information, other building data can be used to assign a building type and building attributes to the building to be modeled. Such building data may include, for example, the age of the building, the use, the number of occupants, the District in which the building is located, etc. Such building data can be obtained, for example, from maps, cadastral data, phone books, such as the yellow pages, or from a variety of databases and information sources available on the Internet. From these alternative building data, plausible building types can therefore be assigned to individual buildings even in the absence of image information. Thus, even in such cases, a more realistic modeling of the real city is obtained than if the missing building is only replaced by a neutral placeholder.
Der zugeordnete dreidimensionale Gebäudetyp und die entsprechendenThe associated three-dimensional building type and the corresponding
Gebäudeattribute können dynamisch an die aus den Geoinformationen ermittelte orthographische Projektion des selektierten Gebäudes angepasst werden, so dass beispielsweise der Gebäudegrundriss dem aus der orthographischen Projektion ermittelten Grundriss entspricht.Building attributes can be adapted dynamically to the orthographic projection of the selected building determined from the geographic information, so that, for example, the building floor plan corresponds to the floor plan determined from the orthographic projection.
Der vordefinierte Satz von dreidimensionalen Gebäudetypen kann einen hierarchischen Aufbau aufweisen. Beispielsweise kann die oberste Ebene des hierarchischen Aufbaus Fassadentypen der Gebäude zugeordnet werden, während den nachgeordneten Ebenen Daten zugeordnet sind, die beispielsweise die Fassadentextur, Fassadenfarbe, Fensterdetails, Anbauten, Dachtypen, Dachtextur oder Dachfarbe betreffen.The predefined set of three-dimensional building types may have a hierarchical structure. For example, the uppermost level of the hierarchical structure can be associated with facade types of the buildings, while the lower levels are assigned data relating, for example, to the facade texture, façade color, window details, extensions, roof types, roof texture or roof color.
Vorzugsweise besteht der vordefinierte Satz von dreidimensionalen Gebäudetypen aus Objekten, die durch Polygonfläche oder sogenannte nicht lineare parametrisierte Funktionen definiert werden. Beispiele derartiger in der dreidimensionalen Computergraphik verwendeter Funktionen sind die sogenannten NURBS (Non Uniform Rational B-Splines). Die so definierten Gebäudetypen lassen sich beispielsweise einfach skalieren und je nach vom Nutzer gewähltem Vergrößerungsmaßstab mit unterschiedlicher Auflösung, im Allgemeinen als Level of Detail (LOD) bezeichnet, darstellen. Die in dem vordefinierten Satz bereitgestellten dreidimensionalen Gebäudetypen können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens landestypische oder regionaltypische Charakteristika der zu modellierenden realen Stadt berücksichtigen. Praktisch jede Stadt weist nämlich bauliche Besonderheiten auf, die sich beispielsweise aus der geographischen Lage, der historischen Stadtentwicklung oder auch den individuellen Bauvorschriften ergeben können. Unter Berücksichtigung derartiger Besonderheiten kann einerseits die Realitätsnähe der Computermodelle verbessert und andererseits die Zahl der bereistzustellenden Gebäudetypen und Gebäudeattribute verringert werden.Preferably, the predefined set of three-dimensional building types consists of objects that are defined by polygon area or so-called non-linear parameterized functions. Examples of such functions used in three-dimensional computer graphics are the so-called NURBS (Non Uniform Rational B-Splines). For example, the building types defined in this way can be easily scaled and displayed with different resolutions, generally referred to as Level of Detail (LOD), depending on the magnification scale selected by the user. The three-dimensional building types provided in the predefined set can, according to an advantageous embodiment of the method according to the invention, take into account country-specific or regionally typical characteristics of the real city to be modeled. Practically every city has architectural features that may arise, for example, from the geographical location, the historical urban development or the individual building regulations. Taking into account such special features, on the one hand the realism of the computer models can be improved and, on the other hand, the number of building types and building attributes to be traveled can be reduced.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Computermodells einer realen Stadt kann in vielfältigen Anwendungen genutzt werden. Bevorzugte Anwendungen sind beispielsweise mobile Anwendungen, etwa in einem Navigationssystem, wo einerseits der Speicherplatz im mobilen Endgerät begrenzt ist und andererseits die erforderlichen Bandbreiten zur Übertragung großer Datenmengen meist nicht zur Verfügung stehen. Derartige Anwendungen profitieren besonders von dem erfindungsgemäßen Verfahren, da zur Erzeugung der dreidimensionalen Gebäudemodelle nur ein wenig Speicherplatz erfordernder Basisdatensatz von Gebäudetypen und -attributen erforderlich ist. Weitere Anwendungen finden sich beispielsweise in Flug- oder Fahrzeugsimulatoren.The inventive method for generating a three-dimensional computer model of a real city can be used in a variety of applications. Preferred applications are, for example, mobile applications, such as in a navigation system, where on the one hand the storage space in the mobile terminal is limited and on the other hand, the necessary bandwidths for the transmission of large amounts of data are usually not available. Such applications benefit particularly from the method according to the invention, since only a little storage space-requiring basic data set of building types and attributes is required to produce the three-dimensional building models. Further applications can be found, for example, in aircraft or vehicle simulators.
Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren aber in interaktiven virtuellen Realitäten eingesetzt, die für einen oder mehrere Nutzern innerhalb eines Computernetzes zugänglichen sind. Eine besonders populäre Form derartiger virtueller Realitäten sind derzeit die sogenannte "Massively Multiplayer Online RoIe- Playing Games" (MMORPGs), denen häufig mehrere tausend Nutzer gleichzeitig gemeinsam über das Internet spielen können. Beispielhaft seinen hier die Online- Spiele "World of Warcraft', "Second Life" oder "Project Entropia" genannt, in denen die Nutzer über als "Avatare" bezeichnete virtuelle, graphisch dreidimensional animierte Stellvertreter agieren können. Derzeit sind die entsprechenden virtuellen Realitäten reine computergenerierte Phantasiewelten. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet hier die Möglichkeit, reale Städte wirklichkeitsgetreu zu simulieren, so dass derartige MMORPGs auch in einer realitätsnahe Umgebung gespielt werden können. Das Computermodell einer realen Stadt kann dabei eine Brücke zwischen der virtuellen Welt und der realen Welt bilden. Neben einem geringen Datenvolumen hat das erfindungsgemäße Verfahren dabei den besonderen Vorteil, dass bereits in der Einführungsphase eines neuen Onlinespiels die entsprechende Stadt ohne große Personalressourcen sehr realitätsnahe modelliert werden kann. Anschließend kann man beispielsweise die Nutzer des Spiels in die Optimierung des Computermodells einbinden. Dazu kann man gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Daten zu Gebäudetypen und Gebäudeattributen einer größeren Anzahl von Benutzern interaktiv zum Editieren zugänglich machen. So können beispielweise fehlerhafte oder weniger optimale Modellierungen einzelner Gebäude im Laufe der Zeit sukzessive optimiert werden, um so die Modellierung der virtuellen Stadt immer realistischer zu gestalten.However, the method according to the invention is particularly preferably used in interactive virtual realities which are accessible to one or more users within a computer network. A particularly popular form of such virtual realities is currently the so-called "Massively Multiplayer Online Roié Playing Games" (MMORPGs), which often several thousand users can simultaneously play together over the Internet. As an example, here are the online games called "World of Warcraft", "Second Life" or "Project Entropia", in which users can act via virtual, graphically three-dimensionally animated proxies called "avatars." Currently, the corresponding virtual realities are pure Computer-generated fantasy worlds The method according to the invention here offers the possibility of realizing real cities in a realistic manner simulate, so that such MMORPGs can be played in a realistic environment. The computer model of a real city can form a bridge between the virtual world and the real world. In addition to a low data volume, the method according to the invention has the particular advantage that even in the introductory phase of a new online game, the corresponding city can be modeled very realistically without large personnel resources. Then you can, for example, integrate the users of the game into the optimization of the computer model. For this purpose, according to a variant of the method according to the invention, the data on building types and building attributes of a larger number of users can be interactively made accessible for editing. Thus, for example, erroneous or less optimal modeling of individual buildings can be successively optimized over time in order to make the modeling of the virtual city more and more realistic.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Gebäude erst bei der Instanzierung der virtuellen Stadt an Hand der gespeicherten Daten ihrer geographischen Position, der Gebäudehöhe, des zugeordneten Gebäudetyps und der Gebäudeattribute generiert. Gemäß einer weiteren Variante werden die Gebäude erst ab einem vorgegeben Level of Detail, beispielsweise bei der nahen Draufsicht des Nutzers, erzeugt und visualisiert.According to a variant of the method according to the invention, the buildings are only generated when the virtual city is instantiated on the basis of the stored data of its geographical position, the building height, the assigned building type and the building attributes. According to a further variant, the buildings are only generated and visualized from a predetermined level of detail, for example at the close top view of the user.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die modellierten Gebäude als vollständig dreidimensionale Gebäude erzeugt werden können, so dass nicht nur Außenansichten sondern auch der innere Aufbau des Gebäudes mit einzelnen Stockwerken und Innenräumen in der gewünschtenA particular advantage of the method according to the invention is the fact that the modeled buildings can be produced as completely three-dimensional buildings, so that not only exterior views but also the internal structure of the building with individual floors and interiors in the desired
Detailgenauigkeit generiert werden kann. Es ist daher beispielsweise möglich, dass ein Nutzer, beispielsweise mit seinem Avatar bei einem Online-Rollenspiel oder mittels einer computergenerierten Kamerafahrt, das Innere eines modellierten Gebäudes betreten, verschiedene Stockwerke erreichen oder aus dem Fenstern des Gebäudes nach draußen blicken kann. Die Erfindung betrifft auch ein Computersystem, welches an die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist.Detail accuracy can be generated. It is therefore possible, for example, for a user, for example with his avatar to enter the interior of a modeled building during an online role-playing game or by means of a computer-generated camera movement, to reach different floors or to look outside from the windows of the building. The invention also relates to a computer system which is adapted to the implementation of the method according to the invention.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Schemas der Erzeugung eines dreidimensionalen Gebäudemodells näher erläutert.The method according to the invention is explained in more detail below with reference to a schematic of the generation of a three-dimensional building model shown in the attached drawing.
In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows
Figur 1 ein dreidimensionales Computermodell einer realen Stadt gemäßFIG. 1 shows a three-dimensional computer model of a real city according to FIG
Stand der Technik, wie er derzeit durch "Google Earth" repräsentiert wird;Prior art as currently represented by "Google Earth";
Figur 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahren zurFigure 2 is a schematic representation of the inventive method for
Modellierung eines Gebäudes durch vordefinierte Gebäudetypen und Gebäudeattribute an Hand von Geoinformationen bzw.Modeling a building using predefined building types and building attributes based on geographic information or
Bildinformationen;Image information;
Figur 3 eine schematische Darstellung der Architektur eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Computersystems.FIG. 3 shows a schematic representation of the architecture of a computer system suitable for carrying out the method according to the invention.
Das in Figur 1 dargestellte dreidimensionale Computermodell des Bereichs um den Times Square in Manhattan wurde bereist eingangs erläutern.The three-dimensional computer model of the area around Manhattan's Times Square shown in FIG. 1 has already been explained in the introduction.
Figur 2 zeigt nun eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens:FIG. 2 now shows a schematic representation of the method according to the invention:
Die zur Verfügung gestellten Geoinformationen / Bildinformationen umfassen beispielsweise eine orthographische Projektion eines selektierbaren zu modellierenden Gebäudes 10, die man beispielsweise aus einem Luftbild 11 gewinnt. Außerdem steht eine terrestrisch gewonnene Abbildung 12 der Gebäudefassade des selektieren Gebäudes 10 zur Verfügung. An Hand dieser Informationen werden zunächst die Gebäudeabmessungen 13 ermittelt. Dann wird der Gebäudetyp festgelegt, wobei im dargestellten Beispiel ein vordefinierter Satz 14 von drei Gebäudetpyen (Bandfassade mit Flachdach 15, Lochfassade mit Satteldach 16, Elementfassade mit Flachdach 17) dargestellt sind. In einer hierarchischen Anordnung könnten in einem ersten Schritt auch nur die Fassadentypen und in einem späteren Schritt der entsprechende Dachtyp ausgewählt werden. Im dargestellten Beispiel erfolgt die Zuordnung zu dem Gebäudetyp Lochfassade mit Satteldach 16, da dieser Gebäudetyp die größte Ähnlichkeit mit dem realen Gebäude hat. Diesem Gebäudetyp werden dann aus einem vordefinierten Satz 18 von Gebäudeattributen passende Attribute zugeordnet, wie etwa Fenstertyp 19 (beispielsweise Sprossenfenster, Fensterläden ja/nein, usw.). Ferner können, falls vorhanden, Anbauten wie etwa Balkone 20 zugeordnet werden. Insbesondere im innerstädtischen Bereich bewährte sich beispielsweise auch, einen separaten Gebäudesockel 21 zu definieren, da hier häufig die Gestaltung des Gebäudesockels durch Ladenzeilen u.a. sich vom übrigen Gebäude deutlich unterscheiden kann. Das so modellierte Gebäude 22 wird an Hand der aus den Geoinformationen gewonnen Positionsinformationen präzise in dem dreidimensionalen Computermodell der Stadt positioniert.The geo-information / image information provided includes, for example, an orthographic projection of a selectable building 10 to be modeled, which is obtained, for example, from an aerial image 11. In addition, a terrestrial image 12 of the building facade of the selected building 10 is available. On the basis of this information, the building dimensions 13 are first determined. Then the building type is defined, in the example shown a predefined set 14 of three Gebäudetpyen (band facade with flat roof 15, perforated facade with pitched roof 16, element facade with flat roof 17) are shown. In a hierarchical arrangement, only the facade types could be selected in a first step and the corresponding roof type in a later step. In the example shown, the assignment to the building type perforated facade with pitched roof 16 takes place, since this type of building has the greatest similarity to the real building. This building type is then assigned appropriate attributes from a predefined set 18 of building attributes, such as window type 19 (eg, sash windows, shutters yes / no, etc.). Further, extensions, such as balconies 20, may be associated, if any. In particular, in the inner city area, for example, also proven to define a separate building base 21, since often the design of the building base by store lines, among other things, may differ significantly from the rest of the building. The building 22 modeled in this way is precisely positioned in the three-dimensional computer model of the city on the basis of the position information obtained from the geographic information.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Architektur eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Computersystems.FIG. 3 shows a schematic representation of the architecture of a computer system suitable for carrying out the method according to the invention.
Das insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnete Computersystem ist in einer Client/Server-Architektur aufgebaut. Im Zentrum steht eine Servereinheit 110, die beispielsweise als ein load balanced Servercluster aufgebaut sein, der mit der einer Datenbank 111 verbunden ist, auf der die zur Erzeugung der virtuellen Realität nötigen Daten vorgehalten werden. Jeder Nutzer der virtuellen Realität hat auf seinem lokalen Rechner einen Client 120 installiert, der eine 3-D-Game-Engine 121 und ein Userinterface 122 umfasst. Jeder Client kann beispielsweise über eine Internetverbindung 130 auf die Servereinheit 110 und die Datenbank 111 zugreifen. Die zur Generierung der virtuellen Realität erforderlichen Daten können beispielsweise in Form von Chunk-Files 123 übertragen werden, aus denen die 3-D- Game-Engine die virtuellen Realität konstruiert. Falls die von der Datenbank übertragenen Files noch nicht in einem mit der verwendeten Game-Engine kompatiblen Format vorliegen, kann der Client 123 die entsprechenden Bibliotheken 124 zur Erzeugung der 3-D-Modelle und einen Datenkonverter 125 umfassen. Die Erzeugung des Städtemodells ist dann von der aktuell verwendeten Game-Engine weitgehend unabhängig.The computer system, generally designated by the reference numeral 100, is constructed in a client / server architecture. At the center is a server unit 110, which may, for example, be constructed as a load-balanced server cluster, which is connected to that of a database 111, on which the data necessary for generating the virtual reality are kept. Each virtual reality user has installed on his local machine a client 120 that includes a 3-D game engine 121 and a user interface 122. For example, each client may access the server unit 110 and the database 111 via an Internet connection 130. The data required to generate the virtual reality can be transmitted, for example, in the form of chunk files 123, from which the 3-D game engine constructs the virtual reality. If the files transferred from the database are not yet in one with the used game engine compatible format, the client 123 may include the respective libraries 124 for generating the 3-D models and a data converter 125. The creation of the city model is then largely independent of the currently used game engine.
Zur Erzeugung der Städtedatenbank 111 können verschiedene Programme verwendet werden, die üblicherweise als Authoring Tools bezeichnet werden, wie beispielsweise das kommerziell erhältliche Softwarepaket „LandXplorer". Das Authoring Tool kann auf einem Server und Servercluster 140 implementiert sein. Über eine Datenschnittstelle 150 werden Geoinformationen als zweidimensionale und/oder zweidimensionale Kartendaten 151 und als zusätzliche Geoinformationen 152 importiert. Bei derartigen zusätzlichen Geoinformationen kann es sich beispielsweise um Positionen und Arten von in der Stadt vorhandenen Bäumen, die häufig auch in einer Art Baum-Kataster elektronisch vorliegen, oder um die Positionen und Arten weiterer städtischer Infrastrukturelemente, wie Bänken, Ampeln usw., handeln. Ferner können bereits existierende dreidimensionale Graphikmodelle 153 importiert werden. Häufig handelt es sich dabei um besonders bekannte Gebäude und Wahrzeichen, die nicht mit dem erfindungsgemäßen automatisierten Verfahren modelliert werden sollen, sondern für die besonders realistische Darstellung erwünscht ist. Ferner können diese dreidimensionalen Graphikmodelle 153 Prototypen für häufig wiederkehrende Infrastrukturelemente innerhalb von Städten enthalten. Als Beispiel für eine andere Art von zu erfassenden Daten seien ortsspezifische Fassadenheuristiken 154 genannt.Various programs, commonly referred to as authoring tools, such as the commercially available "LandXplorer" software package, may be used to generate the city database 111. The authoring tool may be implemented on a server and server cluster 140. Over a data interface 150, geoinformation is represented as two-dimensional and / or two-dimensional map data 151 and imported as additional geographic information 152. Such additional geographic information may include, for example, locations and types of trees present in the city, which are often electronically present in some kind of tree cadastre, or the locations and species Further urban infrastructure elements such as benches, traffic lights, etc. Furthermore, already existing three-dimensional graphics models can be imported 153. Often these are particularly well-known buildings and landmarks that are not compatible with the invention A method should be modeled automated, but is desired for the most realistic representation. Further, these three-dimensional graphics models 153 may contain prototypes of frequently recurring infrastructure elements within cities. As an example of another type of data to be collected, site specific facade heuristics 154 are mentioned.
Über eine Benutzerschnittstelle 160 kann der Benutzer das Authoring Tool bedienen und die Generierung des dreidimensionalen Stadtmodells steuern bzw. das generierte Modell editieren. Im vorliegenden Beispiel ist das erfindungsgemäße Verfahren zur automatisierten Generierung von dreidimensionalen Gebäudemodellen als sogenannte Extension 170 für das kommerziell erhältliche Authoring Tool implementiert. Diese Extension 170, welche eine entsprechendeVia a user interface 160, the user can operate the authoring tool and control the generation of the three-dimensional city model or edit the generated model. In the present example, the method according to the invention for the automated generation of three-dimensional building models is implemented as a so-called extension 170 for the commercially available authoring tool. This extension 170, which is a corresponding
Benutzerschnittstelle 171 umfasst, die in die Benutzerschnittstelle 160 des Authoring Tools integriert sein kann, enthält die vordefinierten Basismodelle und insbesondere die Regeln, über welche die dreidimensionalen Gebäude/Objekte auf der Grundlage der vorhandenen Geoinformationen erzeugt werden sollen.User interface 171, which may be integrated into the user interface 160 of the authoring tool, contains the predefined basic models and in particular the rules by which the three-dimensional buildings / objects are to be generated on the basis of the existing geographic information.
Die entsprechenden Daten werden für einen bestimmten Bereich der virtuellen Realität beispielsweise in Form von binären Transportfiles über eine Schnittstelle 141 in der Datenbank 111 abgelegt. The corresponding data are stored for a specific area of the virtual reality, for example in the form of binary transport files via an interface 141 in the database 111.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Computermodells einer realen Stadt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:A method of generating a three-dimensional computer model of a real city, the method comprising the steps of:
Bereitstellen von Geoinformationen der zu modellierenden realen Stadt, Ermitteln von Gebäudedaten aus den bereitgestellten Geoinformationen, wobei die Gebäudedaten zumindest Positionsinformationen über die geographischen Koordinaten, die Höhe der selektierbaren Gebäude und mit den selektierbaren Gebäuden verknüpfte Bildinformationen und/oder andere Gebäudedaten umfassen,Providing geographic information of the real city to be modeled, determining building data from the provided geoinformation, the building data comprising at least position information about the geographic coordinates, the height of the selectable buildings and image information associated with the selectable buildings, and / or other building data;
Erzeugen eines vordefinierten Satzes von dreidimensionalen Gebäudetypen, sowie von Gebäudeattributen, mit denen die vordefinierten Gebäudetypen variiert werden können, und Speichern des vordefiniertenGenerate a predefined set of three-dimensional building types, as well as building attributes that can be used to vary the predefined building types, and save the predefined building types
Satzes in einem computerlesbaren Speichermedium, wobei der vordefinierte Satz von dreidimensionalen Gebäudetypen aus Objekten besteht, die durch Polygonflächen oder nichtlineare parametrisierte Funktionen definiert werden,A sentence in a computer-readable storage medium, the predefined set of three-dimensional building types consisting of objects defined by polygon surfaces or non-linear parameterized functions,
Zuordnen eines vordefinierten Gebäudetyps aus dem vordefinierten Satz zu zumindest einem selektierbaren Gebäude anhand der mit dem selektierbaren Gebäude verknüpften Bildinformation oder andere Gebäudedaten,Assigning a predefined building type from the predefined set to at least one selectable building based on the image information or other building data associated with the selectable building,
Setzen von Gebäudeattributen für das zumindest eine selektierbare Gebäude anhand der mit dem selektierbaren Gebäude verknüpften Bildinformation oder anderer Gebäudedaten,Setting building attributes for the at least one selectable building based on the image information or other building data associated with the selectable building,
Erzeugen eines dreidimensionalen Gebäudemodells anhand des zugeordneten Gebäudetyps und der zugeordneten Gebäudeattribute undGenerating a three-dimensional building model based on the assigned building type and the assigned building attributes and
Festlegen der Position des Gebäudemodells innerhalb des Computermodells der Stadt anhand der mit dem selektierbaren Gebäude verknüpften Positionsinformation. Determine the position of the building model within the computer model of the city based on the location information associated with the selectable building.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die Bildinformationen zumindest eine orthographische Projektion des selektierbaren Gebäudes und eine Abbildung wenigstens einer Gebäudefassade des selektierbaren Gebäudes umfassen.2. The method of claim 1, wherein the image information comprises at least one orthographic projection of the selectable building and an image of at least one building facade of the selectable building.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei man die Bildinformationen aus3. The method according to claim 2, wherein the image information from
Luftbildern, Satellitenfotos und/oder terrestrischen Gebäudebildern gewinnt.Aerial photos, satellite photos and / or terrestrial building images wins.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei man zur Zuordnung eines dreidimensionalen Gebäudemodels aus dem vordefinierten Satz die Bildinformationen des selektierbaren Gebäudes mit den Gebäudetypen des vordefinierten Satzes vergleicht und einen Gebäudetyp auswählt, welcher dem in den Bildinformationen dargestellten Gebäude am ähnlichsten ist.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein for the assignment of a three-dimensional building model from the predefined set compares the image information of the selectable building with the building types of the predefined set and selects a building type, which is most similar to the building shown in the image information.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei vor der entgültigen Zuordnung eines dreidimensionalen Gebäudemodells zunächst mittels eines automatisierten5. The method according to claim 4, wherein before the final assignment of a three-dimensional building model, first by means of an automated
Mustererkennungsverfahrens eine Untergruppe von Gebäudetypen aus dem vordefinierten Satz bildet und anschließend ein Gebäudetyp der Untergruppe dem ausgewählten Gebäude zuordnet.Pattern recognition process forms a subset of building types from the predefined set and then assigns a building type of the subgroup to the selected building.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei Gebäudeattribute, wie Fassadentextur, Stuckapplikationen, Fenstertypen, Farben oder Anbauten anhand der Bildinformationen gesetzt werden.6. The method according to any one of claims 4 or 5, wherein building attributes, such as facade texture, stucco applications, window types, colors or attachments are set based on the image information.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Zuordnung vollständig automatisch erfolgt.7. The method according to any one of claims 4 to 6, wherein the assignment is completely automatic.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei man andere Gebäudedaten wie beispielsweise Informationen über das Gebäudealter, die Gebäudenutzung, die Anzahl Bewohner, die Lage des Gebäudes innerhalb eines bestimmten Stadtteils und ähnliches über öffentlich zugängliche8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein other building data such as information about the age of the building, the use of buildings, the number of residents, the location of the building within a particular district and the like via publicly accessible
Datenquellen gewinnt und daraus auf den wahrscheinlichsten Gebäudetyp und die zugeordneten Gebäudeattribute schließt.Data sources wins and out to the most likely building type and closes the associated building attributes.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei man den zugeordneten dreidimensionalen Gebäudetyp und die Gebäudeattribute dynamisch an die aus den Geoinformationen ermittelte orthographische Projektion des selektierten Gebäudes anpasst.9. The method according to claim 1, wherein the associated three-dimensional building type and the building attributes are dynamically adapted to the orthographic projection of the selected building determined from the geographic information.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der vordefinierte Satz von dreidimensionalen Gebäudetypen einen hierarchischen Aufbau aufweist.10. The method of claim 1, wherein the predefined set of three-dimensional building types has a hierarchical structure.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der obersten Ebene des hierarchischen Aufbaus Fassadentypen der Gebäude zugeordnet werden, während den nachgeordneten Ebenen Daten zugeordnet sind, die beispielsweise die Fassadentextur, Fassadenfarbe, Fensterdetails, Anbauten, Dachtypen,11. The method according to claim 10, wherein facade types of buildings are assigned to the top level of the hierarchical structure, while data is assigned to the subordinate levels, such as the facade texture, facade color, window details, extensions, types of roofs,
Dachtextur oder Dachfarbe betreffen.Affect roof texture or roof color.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei man bei der Erzeugung des Satzes von vordefinierten dreidimensionalen Gebäudetypen und Gebäudeattributen regionale Charakteristiken der zu modellierenden realen Stadt berücksichtigt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein in generating the set of predefined three-dimensional building types and building attributes regional characteristics of the real city to be modeled considered.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei man das Computermodell der Stadt in einem Navigationssystem oder in einer in einem Computernetzwerk erzeugten, zahlreichen Nutzern zugänglichen, interaktiven virtuellen Realität verwendet.A method according to any one of claims 1 to 12, wherein the computer model of the city is used in a navigation system or in an interactive virtual reality generated by a computer network and accessible to a large number of users.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei man die Daten zu Gebäudetyp und Gebäudeattributen einer größeren Anzahl von Benutzern interaktiv zum Editieren zugänglich macht. 14. A method according to any one of claims 1 to 13, wherein the data on building type and building attributes is interactively made accessible to a larger number of users for editing.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Gebäudemodell erst bei der Instanzzierung der virtuellen Stadt anhand der gespeicherten Daten geografischen Gebäudeposition, der Gebäudehöhe, des zugeordneten Gebäudetyps und der Gebäudeattribute generiert wird.15. The method according to claim 1, wherein the building model is only generated when the virtual city is instantiated on the basis of the stored data of the geographical building position, the building height, the associated building type and the building attributes.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Gebäudemodell erst bei einer vorgegebenen Auflösungsgrenze erzeugt und visualisiert wird.16. The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the building model is generated and visualized only at a predetermined resolution limit.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das dreidimensionale Gebäudemodell den Gebäudeinnenraum umfasst.17. The method of claim 1, wherein the three-dimensional building model comprises the building interior.
18. Verfahren gemäß Ansprüche 17, wobei der modellierte Gebäudeinnenraum virtuell begehbar ausgebildet ist.18. The method according to claims 17, wherein the modeled building interior is formed virtually walkable.
19. Computersystem mit wenigstens einem Server und wenigstem einem Client, das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 18 ausgebildet ist. 19. Computer system with at least one server and at least one client, which is designed to carry out the method according to one of claims 1-18.
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