3D 시티 모델

3D city model
베를린의 3D 모델은 시청자들이 이 도시를 지금처럼, 한때 그랬던 것처럼, 그리고 미래로 바뀔 수도 있는 도시처럼 바라볼 수 있게 해준다.

3D 도시 모델은 도시 지역에 속하는 관련 물체(예: 도시 가구)뿐만 아니라 지형 표면, 부지, 건물, 식물, 기반 시설 및 경관 요소를 입체적으로 나타내는 도시 지역의 디지털 모델이다.이들의 구성요소는 해당 2차원 및 3차원 공간정보와 지리적 참조자료로 기술·표현되며, 3D 도시모델은 다수의 서로 다른 애플리케이션 영역에서 프리젠테이션·탐색·분석·관리 업무를 지원한다.[1]특히 3D 시티 모델은 "이종의 지리정보를 하나의 틀 안에서 시각적으로 통합하여 복잡한 도시정보공간을 만들고 관리할 수 있다"[2][3]고 한다.

저장

3D 도시 모델을 저장하기 위해 파일 기반 접근법과 데이터베이스 접근법이 모두 사용된다.3d 도시 모델 콘텐츠의 이질성과 다양성 때문에 단일하고 독특한 표현 스키마가 없다.

구성 요소의 인코딩

The Components of 3D city models are encoded by common file and exchange formats for 2D raster-based GIS data (e.g., GeoTIFF), 2D vector-based GIS data (e.g., AutoCAD DXF), 3D models (e.g., .3DS, .OBJ), and 3D scenes (e.g., Collada, Keyhole Markup Language) such as supported by CAD, GIS, and computer graphics tools and systems.3D 도시 모델의 모든 구성요소는 공통 지리 좌표계로 변환되어야 한다.

데이터베이스

3D 시티 모델용 데이터베이스는 그 구성요소를 계층 구조로 다단계적으로 저장하여 안정적이고 신뢰성 있는 데이터 관리가 가능하고 복잡한 GIS 모델링 및 분석 작업이 용이하다.예를 들어 3D City Database는 가상 3D 도시 모델을 표준 공간 관계형 데이터베이스 위에 저장, 표현 및 관리할 수 있는 무료 3D 지오 데이터베이스다.[4]3D 시티 모델을 지속적으로 관리해야 하는 경우에는 데이터베이스가 필요하다.3D 도시 모델 데이터베이스는 3D 도시 모델 컨텐츠의 저장, 관리, 유지보수, 배포를 위한 지원이 필요한 3D 공간 데이터 인프라의 핵심 요소를 형성한다.[5]이들의 구현에는 다양한 포맷(예: FME 다중 포맷에 기반)의 지원이 필요하다.공통 애플리케이션으로서, 3D 도시 모델 컨텐츠(예: 가상 도시)에 대해 지오다타 다운로드 포털을 설정할 수 있다.창고).[6]

시티GML

OGC(Open Geospatial Consortium)는 3D 도시 모델인 CityGML에 대한 명시적 XML 기반 교환 형식을 정의하고 있어 3D 도시 모델 구성요소의 기하학적 설명뿐만 아니라 의미론 및 위상 정보의 사양도 지원한다.[7]

시티JSON

시티JSON은 3D 시티 모델을 저장하기 위한 JSON 기반 포맷이다.[8]주로 CityGML 데이터 모델을 따르지만, 일반적인 GML 인코딩의 복잡성을 대부분 피함으로써 개발자 친화적이고 사용자 친화적인 것을 목표로 한다.간단한 인코딩과 JSON의 사용으로 웹 어플리케이션에도 적합하다.[9]

건설

상세도

3D 도시 모델은 일반적으로 여러 해상도의 개념을 제공하기 위해 다양한 수준의 세부사항(LOD)과 다양한 수준의 추상화 수준으로 구성된다.현학적인 일관성과 질감의 분해능과 같은 다른 지표는 LOD의 일부로 간주될 수 있다.[10]예를 들어 CityGML은 빌딩 모델을 위한 5개의 LOD를 정의한다.

  • LOD 0: 2.5D 발자국
  • LOD 1: 블록 모델로 표시되는 건물(일반적으로 돌출된 발자국)
  • LOD 2: 표준 지붕 구조를 가진 빌딩 모델
  • LOD 3: 상세(건축학) 빌딩 모델
  • LOD 4: 내부 기능을 보완한 LOD 3 빌딩 모델.

자동화된 일반화를 통해 주어진 상세한 3D 도시 모델을 일반화하는 접근법도 존재한다.[11]예를 들어, 계층적 도로망(예: OpenStreetMap)을 사용하여 3D 도시 모델 구성요소를 "셀"로 그룹화할 수 있으며, 각 셀은 포함된 구성요소를 취합하고 병합하여 추상화한다.

GIS 데이터

GIS 데이터는 디지털 지형 모델, 도로망, 토지 이용 지도 및 관련 지리적 참조 자료와 같은 3D 도시 모델을 구축하기 위한 기본 정보를 제공한다.GIS 데이터에는 예를 들어 건물 발자국 돌출의 경우처럼 단순한 3D 모델로 변환할 수 있는 지적 데이터도 포함된다.예를 들어 TIN 또는 그리드에 의해 대표되는 디지털 지형 모델(DTM)을 구성하는 3D 도시 모델의 핵심 구성 요소.

CAD 데이터

3D 도시 모델의 전형적인 데이터 출처에는 건물, 부지, 인프라 요소의 CAD 모델도 포함된다.그들은 3D 도시 모델 어플리케이션에서는 필요 없는 높은 수준의 세부사항을 제공하지만, 그들의 기하학적 구조를 내보내거나 캡슐화된 물체로 통합될 수 있다.

BIM 데이터

빌딩 정보 모델은 건물 구성요소에 대한 최고 수준의 세부사항을 제공하는 3D 도시 모델로 통합될 수 있는 또 다른 지역 공간 데이터 범주를 나타낸다.

시각화 수준의 통합

복잡한 3D 도시 모델은 일반적으로 GIS의 지오다타, CAD와 BIM의 건물 및 부지 모델과 같은 서로 다른 지오다타 출처를 기반으로 한다.이질적인 지리적 공간 및 지리적 참조 데이터를 위한 공통 기준 프레임을 설정하는 것이 핵심 속성 중 하나이다. 즉, 하나의 공통 데이터 모델이나 스키마에 기초하여 데이터를 병합하거나 융합할 필요가 없다.통합은 시각화 수준에서 공통의 지리 조정 시스템을 공유함으로써 가능하다.[12]

건물재건축

가장 간단한 형태의 건물 모델 구조는 예를 들어 캐디스터에서 가져온 건물의 설치 면적 폴리곤을 미리 계산한 평균 높이에 의해 압출하는 것이다.실제로 3D 포인트 클라우드 캡처 및 분석(예: 지상 또는 공중 레이저 스캐닝으로 샘플링) 또는 포토그램 측정 접근법에 의해 도시 지역 건물의 3D 모델이 생성된다.기하학적으로, 그리고 지형적으로 정확한 3D 건물 모델의 높은 비율을 달성하기 위해서는 BREC와 같은 자동화된 건물 재건 도구로 디지털 지형 표면과 2D 발자국 다각형이 필요하다.[13]한 가지 중요한 과제는 해당 지붕 형상을 가진 건축 부품을 찾는 것이다.완전 자동 이미지 이해는 매우 해결하기 어렵기 때문에 반자동 부품은 최소한 인간 운영자가 매우 복잡한 건물의 인식을 지원해야 하는 것이 보통이다.[14]통계적 접근방식은 공중 레이저 스캐닝 포인트 클라우드에 기초한 지붕 재구성에 공통적이다.[15][16]

대규모 지역에 대한 LOD1 및 LOD2 빌딩 모델을 생성하기 위해 완전히 자동화된 프로세스가 존재한다.예를 들어, 바이에른 조사 공간 정보 사무소는 LOD1과 LOD2에서 약 800만 개의 빌딩 모델을 담당한다.[17]

시각화

3D 도시 모델의 시각화는 3D 도시 모델에 기반한 인터랙티브 애플리케이션과 시스템에 필요한 핵심 기능을 나타낸다.

실시간 렌더링

대규모 3D 도시 모델의 고품질 시각화를 확장성, 속도 및 비용 효율적인 방식으로 제공하는 것은 3D 도시 모델의 기하학적 구조와 질감 측면에서 복잡하기 때문에 여전히 어려운 과제다.실시간 렌더링은 3D 시티 모델을 위한 다수의 전문 3D 렌더링 기술을 제공한다.전문화된 실시간 3D 렌더링의 예는 다음과 같다.

  • 고해상도 지형 모델에서 도로 네트워크의 실시간 3D [18]렌더링
  • 카토그래피 중심의 설계를 통해 물 표면의 실시간 3D [19]렌더링
  • 주간 및 야간 하늘 현상을 실시간으로 3D [20]렌더링
  • 그리드 기반 터레인 모델의 실시간 3D [21]렌더링
  • 2D 지도 보기와 3D 보기 사이의 다양한 추상화 수준을 사용하여 실시간 3D [22]렌더링
  • 3D 도시 모델에 대한 다면성 뷰를 실시간으로 3D [23][24]렌더링

실시간 렌더링 알고리즘과 데이터 구조는 가상 지형 프로젝트에 의해 나열된다.[25]

서비스 기반 렌더링

3D 도시 모델을 시각화하기 위한 서비스 지향 아키텍처(SOA)는 관리 및 렌더링과 클라이언트 애플리케이션에 의한 대화형 제공으로 우려의 분리를 제공한다.SOA 기반 접근방식의 경우, 3D 렌더링 및 시각화 측면에서 주요 기능을 나타내는 3D 묘사 서비스가[26] 필요하다.[27]SOA 기반 접근방식은 현재 개방형 지리공간 컨소시엄에서 논의 중인 두 가지 주요 범주로 구분할 수 있다.

  • 웹 3D 서비스(W3DS): 이 유형의 서비스는 지오다타 액세스와 3D 지오메트리 모델과 같은 컴퓨터 그래픽 원시 요소로의 매핑을 처리하며, 요청된 클라이언트 애플리케이션에 대한 전달도 처리한다.클라이언트 애플리케이션은 전송된 장면 그래프의 3D 렌더링을 책임진다. 즉, 그들은 그들 자신의 3D 그래픽 하드웨어를 사용하는 대화형 디스플레이를 책임진다.
  • 웹뷰 서비스(WVS): 서버 측에서 3D 시티 모델의 3D 렌더링 프로세스를 캡슐화한 서비스다.서버는 3D 장면이나 중간 이미지 기반 표현(예: 가상 파노라마 또는 G-버퍼 큐브 맵[28])의 보기를 생성하여 요청 클라이언트 애플리케이션에 스트리밍 및 업로드한다.클라이언트 애플리케이션은 중간 표현을 기반으로 3D 장면을 재구축할 책임이 있다.클라이언트 애플리케이션은 3D 그래픽 데이터를 처리할 필요가 없고, 3D 장면의 이미지 기반 표현을 로드, 캐싱 및 표시하기 위한 관리를 제공하며, 원래(그리고 아마도 큰) 3D 시티 모델을 처리할 필요가 없다.

지도 기반 시각화

지도 기반 기술인 "스마트 맵" 접근법은 "인공 사선 이미지 타일로 조립된 대화형 지도를 통해 웹 브라우저, 스마트폰 또는 태블릿과 같은 다른 플랫폼에서 가상의 3D 도시 모델을 제공하는 것을 목표로 한다.[29]지도 타일은 3D 도시 모델의 자동 3D 렌더링 프로세스에 의해 합성되며, 서로 다른 상세 수준에서 생성된 지도 타일은 서버에 저장된다.이렇게 하면 서버 측에서 3D 렌더링을 완벽하게 수행하여 3D 시티 모델의 접근과 사용을 단순화한다.3D 렌더링 프로세스는 고급 렌더링 기법(예: 글로벌 조명 및 섀도 계산, 적용 렌더링)을 적용할 수 있지만 클라이언트 장치가 고급 3D 그래픽 하드웨어를 가질 필요는 없다.가장 중요한 것은 지도 기반 접근방식은 기본 데이터를 클라이언트 기기로 스트리밍해야 하는 복잡한 3D 도시 모델을 배포하고 사용할 수 있게 한다는 것이다. 단, 미리 생성된 지도 타일만 전송된다.이런 식으로 (a) 3D 시티 모델 데이터의 복잡성은 데이터 전송 복잡성과 분리된다 (b) 서버 측에 3D 렌더링을 캡슐화하므로 클라이언트 애플리케이션의 구현이 크게 단순화된다 (c) 3D 시티 모델을 다수의 동시 사용자를 위해 쉽게 배치하고 사용할 수 있어 높은 수준의 스칼라비로 이어진다.전체적인 접근의 타당성."[30]

적용들

3D 시티 모델은 점점 더 많은 수의 다른 애플리케이션 도메인에서 다양한 용도로 사용될 수 있다.[1]예:

  • 내비게이션 시스템: 3D 내비게이션 지도는 시각적 묘사를 강화하고 위치 인식을 단순화하기 위해 3D 시티 모델, 특히 지형 모델, 3D 건물 모델을 포함한 자동차 및 보행자 내비게이션 시스템 모두에서 보편화되었다.[31]
  • 도시 계획 및 건축:도시계획 개념과 프로젝트를 설정, 분석, 보급하기 위해 3D 도시 모델이 소통과 참여 매체로 기능한다.[32]3D 도시 모델은 프로젝트 커뮤니케이션을 위한 수단을 제공하고, 시각화를 통한 개발 프로젝트를 더 잘 수용하며, 따라서 프로젝트 지연을 통한 금전적 손실을 방지하고, 계획 오류를 방지하는 데도 도움이 된다.[33]
  • 공간정보 인프라(SDI): 3D 시티 모델은 공간정보 인프라를 확장하고, SDI 내에서 3D 모델의 관리, 저장 및 사용을 지원하며, 3D 시티 모델의 초기 구축 및 저장에 필요한 도구와 프로세스뿐만 아니라 업무 지원을 위해 효율적인 데이터 관리 및 데이터 배포를 제공해야 한다.흐름과 응용.[34]
  • GIS: GIS는 3D Geodata를 지원하고 3D 도시 모델 구성요소를 구성, 변환, 검증 및 분석하기 위한 계산 알고리즘을 제공한다.
  • 비상 관리:비상, 위험 및 재난 관리 시스템을 위해 3D 시티 모델은 계산 프레임워크를 제공한다.특히 화재·홍수·폭발을 시뮬레이션하는 역할을 한다.예를 들어 DETORBA 사업은 도시지역의 폭발효과를 고도로 시뮬레이션·분석해 도시기반시설의 구조적 건전성과 건전성, 구조대원의 안전대비 효과 예측을 지원하는 것이 목적이다.[35]
  • 공간 분석: 3D 시티 모델은 3D 공간 분석과 시뮬레이션을 위한 계산 프레임워크를 제공한다.예를 들어,[36] 도시의 3D 지붕 표면의 태양전위 계산, 도시 공간 [37]내 가시성 분석, 소음 시뮬레이션,[38] 건물의[39][40] 열전위 검사 등에 사용할 수 있다.
  • 지오다이그:지오다이그에서는 환경의 가상 3D 모델(예: 조경 모델 또는 도시 모델)을 통해 분석 및 시뮬레이션뿐만 아니라 탐색 및 프리젠테이션을 용이하게 한다.
  • 게임: 3D 시티 모델을 사용하여 온라인 및 비디오 게임에서 사용되는 가상 3D 장면의 기본 데이터를 얻을 수 있다.
  • 문화유산 : 문화유산의 범위에서 모델링, 디자인, 탐사, 분석과제에 3D 도시모델 도구와 시스템을 적용한다.예를 들어 고고학 데이터는 3D 도시 모델에 내장될 수 있다.[41]
  • 도시 정보 시스템: 3D 도시 모델은 대화형 3D 도시 정보 시스템과 3D 도시 지도를 위한 프레임워크를 나타낸다.예를 들어 3D 시티 모델을 위치 마케팅을 위한 중앙집중식 정보 플랫폼으로 적용한다.[42]
  • 재산 관리: 3D 도시 모델 기술은 부동산 및 재산 관리에 사용되는 시스템과 응용프로그램을 확장할 수 있다.
  • 지능형 교통 시스템: 지능형 교통 시스템에 3D 도시 모델을 적용할 수 있다.[43]
  • 증강현실: 3D 시티 모델을 증강현실 애플리케이션용 참조 프레임으로 활용할 수 있다.[44]

참고 항목

참조

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외부 링크