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Workshop „3D-Stadtmodelle“ 12. und 13. November 2019 in Bonn
Aktuelle Entwicklungen rund um
FME-Technologie am Beispiel
des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Thomas Hauenstein, Stadt Karlsruhe – Liegenschaftsamt
Christian Dahmen, con terra GmbH
Agenda
• Das 3D-Stadtmodell Karlsruhe
• Anwendungsbeispiele
• Aktuelle Arbeiten
• Ausblick
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Aktuelle Entwicklungen
rund um FME
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe 3
Das 3D-Stadtmodell Karlsruhe
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Datenbereitstellung
Anzahl Projekte
pro Jahr
Projekte nach städtischen Ämtern
(Anzahl 2017 und 2018)
Stadtplanungsamt
Tiefbauamt
Hochbau und Gebäudewirtschaft
Umwelt und Arbeitsschutz
Liegenschaftsamt
Andere Ämter
Städtische Gesellschaften
39
18
16
13
9
8
6
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
2019: bis zum 11.11.
Projekte nach Auftraggebern (%)
Stadtplanungsamt: Neugestaltung der Kaiserstraße
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3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Tiefbauamt: Neugestaltung Marktplatz (Bürgerinfo-Terminal)
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3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Tiefbauamt: Neugestaltung Marktplatz (Bürgerinfo-Terminal)
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3D-Anwendungen in der Stadtverwaltung
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Erstellung von Gebäudemodellen LoD1 (Klötzchenmodelle)
• Funktionsweise
– Durch Verschneidung der Gebäudegrundrisse mit dem Digitalen
Geländemodell und mit Laserscandaten wird die Gebäudehöhe ermittelt.
– Durch Extrusion der Grundrisse um die Gebäudehöhe entsteht das
LoD1-Gebäudemodell.
• Wichtigste Transformer
– PointOnAreaOverlayer / ListSorter / ListIndexer / 3DForcer / Extruder
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FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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Schnittstellen Datenerfassung - Datenhaltung
3D-
Datenbank
Stand 11.2019
Validierung
Shape
DWG
DWG
FBX
DWG
JPG
DWG
DWG
DWG
Shape
3DS
Shape
3DS
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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• Bestandteile
– 3D-Modell
- besteht aus einzelnen 3D-Flächen,
die über Layernamen und
Objektnamen strukturiert werden
- Aufbau des Objektnamens
-> Gebäude-ID
= 03930142_
DEBWL51140001xY5
-> Flächenausprägung
= Vordach
-> laufende Nummer = 005
Datenerfassung Gebäude LoD2 fotorealistisch
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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• Bestandteile
– Materialien
- können Farbwerte oder Texturen (Bilder) sein
- Einsatz gekachelter Texturen
- ein Material kann von mehreren
Objekten verwendet werden
- Nutzung des Opazitätskanals
und der Eigenschaft Transparenz
Datenerfassung Gebäude LoD2 fotorealistisch
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Geometrien
Materialien
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Schnittstellen Datenerfassung - Datenhaltung
3D-
Datenbank
(SGJ3D)
Gebäudemodell
LoD2 fotorealistisch
FBX
SHP
Metadaten
Metadaten (Verfahren, …)
OBJ_KNZ
Fortführungsliste
Objektart
Metadaten
Sachdaten-
Normierung
Entfernt (e)
WFS Delete
Neuerstellt (n)
Verändert (v) Insert
Überprüft (u) WFS Update
creation date
Adresse(n)
OBJ_KNZ
ALKIS-DB
Gebäudedaten
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung
Positionierung von 3D-Modellen an Punkten
• Funktionsweise
– An punktförmigen Objekten werden
in Abhängigkeit von einem Attribut,
welches die Objekte näher beschreibt,
entsprechende 3D-Modelle platziert.
• Wichtigste Transformer
– GeometryExtractor / GeometryReplacer /
3DForcer
• Beispiel
– Automatisches ‚Pflanzen von Bäumen‘
für die Software SketchUp
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Erstellen von Wänden
• Funktionsweise
– linienförmige Objekte werden auf ein
Gelände drapiert und um einen festen
oder variablen Wert (= Attribut Höhe)
extrudiert
• Wichtigste Transformer
– SurfaceDraper / Extruder
• Beispiel
– Erstellung von Lärmschutzwänden
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FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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FME-Prozesse für die 3D-Bearbeitung
Erzeugung von Röhren
• Funktionsweise
– Aufteilen der Linien an Stützpunkten
– Ausrichten der Linienabschnitte parallel
zur X-Achse (nach oben)
– Erzeugen des Rohrprofils und Extrusion
der Profilfläche
– Rotation zurück in ursprüngliche Position
– Füllen der Zwischenräume und Zusammen-
führung der Abschnitte zu einem Rohr
• Wichtigste Transformer
– Rotator / Bufferer / 3DForcer / Extruder
• Beispiel
– Erstellung eines 3D-Kanalkatasters
Grafik: Holger Herrmann,
Stadt Gelsenkirchen
Dieser FME-Prozess wurde uns freundlicherweise
von der Stadt Gelsenkirchen zur Verfügung gestellt.
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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Erstellung Auskunftssystem Lärmkataster 3D
Gelände / Gebäude Lärmschutzwände Isophonen Straßen
Lärmschutzwälle
Lärmpegel
Gebäude / max. Lärm
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Einsatz von FME im 3D-Umfeld
• Daten visualisieren im Data Inspector
– 2D- und 3D-Daten
– Geometrie (-Eigenschaften)
– Sachdaten
• Daten konvertieren und transformieren
– Vektor, Raster, Punktwolken und Sachdaten
– https://www.safe.com/integrate/
– https://www.safe.com/transformers/
• Prozesse automatisieren
– Workspaces verketten
– „Automations“ (FME Server)
– Applikationen integrieren
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Einsatz von FME im 3D-Umfeld
• 3D-Daten aus 2D-Basisdaten ableiten
• 3D-Inhalte teilen und veröffentlichen
• Oberflächenmodelle (DOM, DEM) berechnen und texturieren
• Geometrien prüfen und reparieren
• Volumen berechnen
• Erscheinung und Ausgestaltung von Objekten anpassen
18 Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
• FME unterstützt
– CityGML 1.0 und 2.0 lesend und schreibend
– Inklusive beliebiger Application Domain Extensions (ADE)
– Schema-Validierung (XMLValidator und als Parameter in R/W)
– Lesen von XLink-Solid-Geometrien
• FME Workspace Templates im FME Hub
– Vorlagen inkl. Testdaten und Dokumentation
– Für Einsteiger und Fortgeschrittene
– Entwickelt in Kooperation von virtualcitySYSTEMS und con terra
– https://hub.safe.com/ -> Suchbegriff „CityGML“
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FME und CityGML
Aktueller Stand
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
• Schreiben von XLink-Solid-Geometrien
– Beispiel im FME Hub
• Unterstützung von CityGML 3.0* durch GML Reader / Writer +
Anwendungsschema (XSD)
• CityJSON
* Befindet sich aktuell in der Entwicklung beim OGC
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FME und CityGML
Neuigkeiten
Quelle: http://wiki.quality.sig3d.org/index.php/
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
• Web-Browser-basierte 3D-Anwendungen
• Anforderungen
– Effiziente Übermittlung von Inhalten
– On-demand-Datenübertragung
– Intelligente Unloading Mechanismen
• Optimierte Datenstrukturen für
das Übermitteln von 3D-Inhalten
zwischen Server und Client
• Zumeist basierend auf JSON,
REST-Prinzipien und
modernen Web Standards
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Neue Datenformate
3D-Streaming-Formate
Quelle: https://developers.arcgis.com/javascript/latest/sample-code/index.html
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
• Vertreter im Geo-Kontext
– 3D Tiles https://www.opengeospatial.org/standards/3DTiles
– Indexed 3D Scene Layer https://www.opengeospatial.org/standards/i3s
– OGC Community Standards
• FME unterstützt das Erzeugen von
– Cesium 3D Tiles und Cesium 3D Point Cloud
– Indexed 3D Scene Layer
– glTF
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Neue Datenformate
3D-Streaming-Formate
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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Datenaufbereitung für Indexed 3D Scene Layer
Prozessablauf
CityGML
Geodatabase
Scene Layer
Packages (I3S)
FME
FME ArcGIS Pro
AUTOMATE (FME+ Pro + ArcGIS REST API)
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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FME Workspace Template
für FME und Data Interoperability Extension
• Parameter zur Ausführung
– CityGML Datei(en)
– Level of Detail-Stufe
– Raumbezug (lokale /
globale Szene)
– CityGML Validierung
• Transformation von
CityGML-Dateien in Scene
Layer Packages
– Building Modul
– CityGML 1.0 und 2.0
• ausführlich dokumentiert
• mit Tipps zur Erweiterung
• Veröffentlichung durch
Esri Inc.
coming soon…
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
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3D-Daten auf der ESRI-Plattform: Zielkonzept
3D-Datenbank
(ESRI-SDE) - 3D-Stadtmodell
- 3D-Fachdaten
3D-Datenbank
(SGJ-3D)
- 3D-Stadtmodell
Fach-
Datenbanken - 2D- und 3D-
Fachdaten
Webszene (Internet)
Portal-Server
(intern)
Portal-Server
(extern)
Webszene (Intranet)
Multi-
patch
(UTM)
ArcGIS Pro
Desktop-GIS
webOffice
Datenexport
1) BestOf-Auswahl
(höheres LoD
hat Vorrang) /
Anpassung
Farbgebung
1)
2)
2) evtl. Erstellung von 3D-Objekten
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Scene
layer
package
(WGS84)
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Prototyp ´Karlsruhe 3D´
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Link zu Karlsruhe 3D (Prototyp)
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Realisierung der 3D-Datenhaltung unter ESRI
3D-Datenbank
(ESRI-SDE)
DGM,
Airborne-LS
(Multipoint)
3D-
Stadtmodell
(Multipatch)
3D-
Fachdaten
(Multipatch)
BIM-
Daten
(Multipatch)
Punktwolken
(LAS-
Dataset)
3D-Meshes
(i3s)
3D-Datenbank
(SGJ-3D)
?
?
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
• CAD (DWG/DXF)
• IFC with Data Views (FME Exporter for Revit)
• IFCXML IfcSpace Reader
• Industry Foundation Class STEP/XML Files (IFC) (R/W)
– IFC2x, IFC2x2, IFC2x3 and IFC4
• Revit Reader
• Anwendungsfall #1: BIM nach GIS Transformation zur
Nachnutzung der Daten und Informationen in
Geoinformationssystemen
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Neue Themenfelder
Building Information Modeling
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
• Schemavalidierung für XML- und GML-Dateien (z.B. CityGML)
• Inhaltliche Validierung
– Geometrie (GeometryValidator)
– Topologie
– Attribute
– Plausibilitäten / Konformität
• Web Services
– z.B. http://etf-validator.net/
• Reporting (PDF, HTML, Word…)
• Reparatur
• Projekt „CityDoctor“
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Neue Themenfelder
Validierung
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
• Unreal ist eine Spiel-Engine, die bei der Entwicklung von
Konsolen- und Computerspielen eingesetzt wird.
• Epic Games Unreal Datasmith Writer
• 3D-Stadtmodelle und BIM/CAD-Daten
in Unreal Welten überführen
30
Neue Themenfelder
Unreal
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe
Vielen Dank!
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Christian Dahmen
c.dahmen@conterra.de
con terra GmbH
Martin-Luther-King-Weg 20
48155 Muenster
Thomas Hauenstein
thomas.hauenstein@la.karlsruhe.de
Stadt Karlsruhe - Liegenschaftsamt
Lammstr. 7a
76133 Karlsruhe
Aktuelle Entwicklungen rund um FME-Technologie am Beispiel des 3D-Stadtmodells Karlsruhe