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GeoInformatik-Kolloquium 6. Juli 2011
Kommunikationswerkzeug Globuskarte:Einsatzbeispiele für Globusbrowser und Rendering
Peter Löwe
Zentrum für GeoInformationsTechnologie (CEGIT)Deutsches GeoForschungsZentrum
Erzeugung von Globuskarten
Globus-BrowserDarstellungsqualität für interaktive Nutzung in Realzeit optimiert. Intuitiv bedienbar
Geodaten
GeoInformationsSystem(GIS)
Integration: Aktuelle Entwicklung
Wissenschafliche Daten
Rendering WerkzeugeFokus auf maximierter Qualität der Darstellung, sehr rechenintensiv,Expertenwissen nötig
Externe Geodaten
Option A
Option B
Erzeugung von Globuskarten
Globus-BrowserDarstellungsqualität für interaktive Nutzung in Realzeit opitimiert.
Geodaten
GeoInformationsSystem(GIS)
Integration: Aktuelle Entwicklung
Wissenschafliche Daten
Rendering WerkzeugeFokus auf maximierter Qualität der Darstellung, sehr rechenintensiv
Externe Geodaten
Option A
Option B
Globus-Browser ? Google-Earth !● Die Anwendungen Google Maps und Google Earth (GE) haben
web-gestützte Kartographie zu einem Massengut gemacht. ● Bsp: GE-Animationen in den Abendnachrichten
Option A
Wir sind hierWir sind hier
Funktionsprinzip Globus-Browser
Datenanfragen
ZeitkritischerVisualisierungs- Datenstrom
$$$
KMLKML
Datei
Externe Datenprovider
Kommerzielle Server-Infrastruktur
Kommerzieller Globus-Browser
Massive Geodatenhaltung
Externe (wissenschaftliche) Datenquellen
Marktführer Google Earth● 2001: Gründung Keyhole Inc.
● Entwicklung „Keyhole“, inkl.● Keyhole Markup Language (KML):
– Eine Auszeichnungssprache für die Visualisierung von Rauminformationen. – Analogie: „HTML“, nicht „XML“
● 2004 ● Google Inc. übernimmt Keyhole,● Software wird in „GoogleEarth“ umbenannt● Freie private Nutzung vs. kommerzielle Nutzung
● 2008● KML (V2.2) wird ein Open Geospatial Consortium (OGC) Standard
● 2010 ● Google Earth JavaScript Plugin (für MS Windows)
GoogleEarth setzt „Standards“● Standardisierung:
● Vollständige Unterstützung der aktuellen KML-Implementierung ist der Gold-Standard für alle Globus-Browser.
● Daten/Interna:● Keine Aussagen über die Aktualisierung/Qualität der
Hintergrund-Daten● Geländemodell kann nicht manipuliert werden
● Nutzungsrechte:● Lizenzen der Hintergrundbilder i.d.R. nicht frei.
Kommunikation geowissenschaftlicher Themen mittels „Mash Ups“
● „MashUp“: Anreicherung der Standarddarstellung mit zusätzlicher thematischer Information.
● Beispiel: MashUp der Wellenausbreitung des Honshu 2011 Tsunami
● Http://tsunami.igude.com● Aufwand: << 0.5 Personentag
Eingebundene externe Datenquellen (KML): DLR, NOAA, IOC
Beispiel zur Integration von Messdaten:Realzeit-Verfolgung des Honshu 2011 Tsunami
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11 März 2011 11:17 Uhr
NOAA Tsunami-Boye.Quelle: NOAA
GoogleEarth ist nicht alles● Hochgenaue photogrammetrische Registrierung von
Raumdatenquellen ?● Unabhängigkeit von GE-Basisdatensätzen aus Qualitäts- oder
Lizenzgründen ?● Darstellungs-Export in hoher Auflösungen als Druckvorstufe ?● „Künstlerische Freiheiten“ bei der Szenengestaltung
(Lichtbrechung in der Atmosphäre, Oberflächeneigenschaften, etc)
● Es werden beispielhaft drei alternative Softwarelösungen vorgestellt.
Beispiel 1: Globus-Viewer ArcGlobe● Teil der ESRI ArcGIS Software (am GFZ vorhanden)● Leichter Import von Geodaten● Geoid frei manipulierbar● Erzeugung von Stand-Alone Animationsfilmen.
Visualisierung: CEGIT (M. Schröder) 2011
Lange Nacht der Wissenschaften 2011„Eyecatcher“-Animation für das GEOLAB
Visualisierung: CEGIT (M. Schröder) 2011
Beispiel 2: OSG Earth● Open Source Globe-Browser● Geländemodell / Kartenbasis frei
wählbar● Anaglyphendarstellung● In der Entwicklung:
● Integration in Quantum GIS● „Open Source ArcGlobe
Äquivalent“● Möglicher Ausgangspunkt zur
Koppelung mit Rendering-Werkzeugen
Quantum GIS Entwicklerversion
mit OSG Earth
Beispiel Anaglyphendarstellung
Beispiel 3: OSSIM Planet● Globusbrowser basierend auf
Bildverarbeitungssoftware OSSIM, OpenSceneGraph and QT
● Globuskarten als Produkt einer photogrammetrischen Prozesskette.
● Nutzerkreis in Wissenschaft, Industrie und US-Regierungsstellen
● Client/Server Struktur zur kollaborativen Auswertung großer Datenmengen
● Kommende Anwendung: Gulf of Mexico Oilspill 2010 – Datenportal am CSTARS Institut, U of Miami.
●http://www.ossim.org/OSSIM/ossimPlanet.html
Übersicht über weitere Globus-Browser
● „Comparison of Virtual Globes“: FOSS4G2010, P. Kalberer, M. Walker
● Technologie-Überblick und Vergleich von 8 Globus-Browsern (closed source/open source)
● http://www.sourcepole.ch/assets/2010/9/10/foss4g2010_virtual_globes.pdf
Quelle: Comparison of Virtual Globes, FOSS4G 2010
Duale Strategie der Globusvisualisierung
Option A: Globusbrowser● Schnelle dynamische Darstellung, ● Manipulation: Intuitiv & interaktiv.● Kaum Hintergrundwissen notwendig
● Option B: Rendering (am Beispiel POVray)● Statische Darstellung (Berechnungszeit abhängig vom
Datenvolumen: Minuten – Tage)
● Manipulation: Editierung Steuerskripte.● Fachübergreifendes Hintergrundwissen erforderlich
(Kartographie, GeoInformatik u. Rendering Engine)
Option A
Option B
Rendering ?● Berechnung einer Ansicht einer definierten virtuellen Szenerie.● Basiert auf der Verfolgung einzelner Lichtstrahlen
(„Raytracing“) durch die virtuelle Szenerie.● Für jeden zu erzeugenden Bildpunkt wird ein„Sehstrahl“ in das
virtuelle Szenenmodell geschickt.● Fokus liegt einer möglichst realistischen Darstellung.● Rechen- und Speicherintensiv● Szenengestaltung, Kamera- und Lichtquellen werden durch
Steuerskripte definiert.
● Persistance of Vision (POVray): Ein quelloffenes mächtiges Rendering-Werkzeug mit großer Nutzerbasis
● POVray ist auf dem GFZ Computation Cluster verfügbar
http://hof.povray.org/images/bigthumb/TopMod_StarBall.jpg
POVray Demo-Szene
Literatur zum Thema
● Globus-Rendering ist ein Randthema.
● Aktuelle Informationen in WIKIs (GRASSWIKI) und Mailinglisten (POVray).
● Beispiele für das photorealistisches Rendering von Fernerkundungsdaten:
● Dech, Messner: Mountains from Space, 2005
Praxis: Landschaftsdarstellung
● 2004: Erste Demonstration der Nutzung von Geodaten aus GRASS GIS für POVray.
● GIS-Skripte erzeugen Default-Steuerdateien für POVray: Teilweise Kapselung der Rendering-Expertise
● Zeitaufwand für erste Beispiele:● Selbststudium (bei installierter
Software): ca. 1 Stunde.● Tutorium: < 5 Minuten
● Die benötigte Software ist auf dem GFZ Computation Cluster verfügbar.
Spearfish, South Dakota (P. Löwe 2011)
Mount St. Helens (P. Löwe 2011)
Trentino (M. Neteler 2004)
Praxis: Globendarstellung● Geodaten (Geländemodell,
Rasterkarte[n]) werden auf eine Kugel projeziert.
● Ein Steuerskript definiert Kameraposition, Blickrichtung, Beleuchtung und weitere Effekte
● Der Fokus der Arbeiten am CEGIT liegt auf der Entwicklung einer leicht nutzbaren GIS/Renderer-Schnittstelle.
„CEGITStandardglobus“
Standardglobus überlagert mit TRIDEC Tsunamisimulation
Bearbeitungsfehler bei manueller Bearbeitung
Beispielanwendung Abdeckung der japanischen Ostküste 24 Stunden nach dem Honshu Tsunami mit RapidEye- Satellitendaten (ca. 45000km^2)
Anwendung: Öffentlichkeitsarbeit
Erzeugung großformatiger hochauflösender Grafiken für die Postererstellung.
[Berechnung einer DIN A0 Grafik: Ca. 24 Stunden]
Kreative Freiheiten● Die Szenengestaltung erweckt erst beim Betrachter
den Eindruck einer Globusdarstellung.● GIS-übliche Paradigma der „realitätsnahen
Darstellung“ wird optional.
Pseudo-realistische Darstellung
thematischerInformation
Irreale Darstellungen
Pseudo-realistische Darstellung
thematischerInformation
Atmosphäreneffekte
Ausgangsdaten
Zusätzlicherblauer Schleier
Atmosphärenschicht
blauer Schleier,Atmosphärenschicht
Beispiel: Alternative Geländemodelle
● Rendering des Datensatzes "EIGEN-6C" (Potsdamer Schwerekartoffel) die GFZ-Öffentlichkeitsarbeit.
● Rendering: POVray● Datenverarbeitung: IDL/Perl
Globus-Browser vs. RenderingDarstellung des Datensatzes "EIGEN-6C" (Potsdamer Schwerekartoffel)
Ausführung in ArcGlobe CEGIT(M.Schröder), 2011
Ausführung in POVray Sektion 2.3 (M. Rother), 2011
Fazit und Ausblick ● Sowohl Globus-Browser wie Rendering sind geeignete
Visualisierungswerkzeuge für geowissenschaftliche Informationen.● Das Werkzeug sollte entsprechend der Aufgabe gewählt werden.● Am GFZ besteht sowohl Kompetenz bei der Umsetzung beider Ansätze.● Zusätzlich zur Nutzung auf Desktoprechnern können Renderingprozesse am
Computation Center durchgeführt werden.● Die GFZ-interne Vernetzung und der Erfahrungsaustausch zum Thema
Visualisierung sollte verstärkt werden.● Die FOSSLAB-Plattform des CEGIT kann als Kompetenzspeicher (Community
and Documentation) dienen.
http://fosslab.gfz-potsdam.de
Danke für die Aufmerksamkeit !
Peter Löwe
Zentrum für GeoInformationsTechnologie (CEGIT)
Deutsches GeoForschungsZentrum
ploewe@gfz-potsdam.de