Hasso-Plattner-Institut20 Jahre HPI
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Jan Klimke

Webbasierte Bereitstellung und Anwendung von großen virtuellen 3D-Stadtmodellen

Virtuelle 3D-Stadtmodelle repräsentieren und integrieren eine große Bandbreite von Geodaten und georeferenzierten Daten. Die Verbreitung und interaktive Nutzung von virtuellen 3D-Stadtmodellen bildet hierbei eine technische Kernfunktionalität für fast alle entsprechenden Systeme, Services und Anwendungen.

Aufgrund der Komplexität und Größe virtueller 3D-Stadtmodelle stellt ihre Verwaltung, ihre Verarbeitung und insbesondere ihre Visualisierung eine große Herausforderung dar. Daher können zum Beispiel mobile Anwendungen virtuelle 3D-Stadtmodelle, wegen ihres massiven Datenvolumens und ihrer Datenheterogenität, kaum effizient handhaben. Die effiziente Nutzung von Rechenressourcen, wie zum Beispiel Prozessorleistung, Hauptspeicher, Festplattenspeicher und Gra-fikhardware, bildet daher eine Schlüsselanforderung für Softwaretechnik in diesem Bereich.

Die webbasierte Bereitstellung virtueller 3D-Stadtmodelle beruht auf einer serviceorientier-te Softwarearchitektur, die aus spezifischen funktionalen Komponenten für die Konstruktion von mobilen oder webbasierten Anwendungen für die Verarbeitung und Visualisierung komplexer virtueller 3D-Stadtmodelle besteht. Diese Arbeit beschreibt entsprechende Konzepte und Techniken für eine webbasierte Bereitstellung von virtuellen 3D-Stadtmodellen. Es werden insbesondere Services vorgestellt, die eine effiziente Entwicklung von Anwendungen für virtuelle 3D-Stadtmodelle auf Basis eines feingranularen Dienstekonzepts ermöglichen.

Die Arbeit gliedert sich in fünf thematische Hauptbeiträge: Es wird ein servicebasiertes Konzept für die bildbasierte Bereitstellung von virtuellen 3D-Stadtmodellen vorgestellt, welches einen konzeptionellen Rahmen für eine Reihe von Services in Bezug auf das Rendering und die bildbasierte Bereitstellung virtueller 3D-Stadtmodelle bildet.

Als Basis dieses Konzeptes wird ein 3D-Rendering-Service für große, virtuelle 3D-Stadtmodelle eingeführt, der effiziente, hoch-qualitative 3D-Renderingfunktionalität für virtuelle 3D-Stadtmodelle bereitstellt. Der Service unterstützt zudem die thematische Visualisierung auf Basis von Attributdaten und zudem die gestalterische Stilisierung der Darstellungen auf Basis einer erweiterbaren Grafikeffektbibliothek.

Ein Layered Map Service erzeugt eine kartenverwandte Darstellung in Form einer Schrägansicht auf virtuelle 3D-Stadtmodelle. Mit Hilfe eine Client-Frameworks können damit sowohl mobile, als auch webbasierte Anwendungen für virtuelle 3D Stadtmodelle einfach erstellt werden. Die Lösung weist eine schnelle initiale Ladezeit, eine einfache, kartenbasierte Interaktion und Zugang zu den Fachdaten des virtuellen 3D-Stadtmodells auf.

Ein Video Service generiert Videos von virtuellen 3D-Stadtmodellen. Er ermöglicht ein Definieren und Erstellen von Videos ohne dabei clientseitige 3D-Renderingfunktionalität vorauszusetzen. Das System reduziert den manuellen Aufwand für die Produktion von Videos für virtuelle 3D-Stadtmodelle erheblich.

Ein Konzept für Services für aufgabenbasierte 3D-Kamerainteraktion zeigt auf, wie webbasierte interaktive Anwendungen für virtuelle 3D-Stadtmodelle mit Hilfe von Kameraservices umgesetzt werden können.

Diese Beiträge bieten einen Rahmen für das Design, die Implementierung und die Bereitstellung zukünftiger webbasierter Anwendungen, Systeme und Services für virtuelle 3D-Stadtmodelle. Der Ansatz zeigt, wie die meist komplexe, monolithische Funktionalität heutiger 3D-Geovisualisierungssysteme in unabhängig entworfene, implementierte und betriebene serviceorientierte Einheiten zerlegt werden kann. In diesem Sinne stellt diese Arbeit auch einen Beitrag für die Entwicklung von Microservice-Architekturen für 3D-Geovisualisierungssysteme bereit - eine aktuelle Herausforderung in der Softwaresystemtechnik in Hinblick auf den Aufbau skalierender IT-Lösungen.