Diese Terabytegroßen Daten müssen offline in eine Art Stufenmodell zerlegt werden, das ähnlich wie bei modernen Spiele-Engines funktioniert. Anschließend können die Daten effizient über das Internet gestreamt und im Browser dargestellt werden.

Die „Structura Fundamentalis“

Als ersten Schritt haben wir eine sogenannte Structura Fundamentalis entwickelt. In diese Struktur laden wir unsere Datensätze hinein. Sie dient uns als Referenz, aus der wir später die eigentlichen Datenstrukturen für das Streaming erzeugen.

Das ECEF-Koordinatensystem

Unsere Daten nutzen das ECEF-Koordinatensystem („Earth-Centered, Earth-Fixed“). Dabei handelt es sich um ein weltweites Koordinatensystem, das seinen Ursprung im Erdmittelpunkt hat. Jeder Punkt auf der Erde wird durch drei Zahlen (x, y, z) beschrieben, die seine Position im Raum eindeutig festlegen. Vorteil: Alle Daten – egal ob aus Österreich oder von anderswo – können ohne Umrechnung in demselben System gespeichert werden.

Der weltweite Octree

Auf Basis dieses Koordinatensystems bauen wir einen Octree auf. Ein Octree ist eine Art hierarchischer „Ordnungsbaum“ für den Raum. Man kann sich das so vorstellen: Der Raum wird zuerst in acht Würfel unterteilt. Jeder dieser Würfel kann wieder in acht kleinere Würfel geteilt werden – und so weiter. Dadurch lassen sich riesige Datenmengen räumlich strukturieren, sodass man nur den Teil laden muss, den man gerade benötigt.

2.5D Höhendaten

In diese Struktur laden wir unsere Geodaten. Erste Tests haben wir erfolgreich mit 2.5D-Höhendaten durchgeführt. Dabei handelt es sich um sogenannte Höhenfelder (Heightmaps): Für jeden Punkt auf einer Fläche wird nur ein Höhenwert gespeichert. Man kann sich das wie eine Art „digitale Reliefkarte“ vorstellen. Unser österreichweiter Datensatz mit solchen Höhendaten umfasst rund 1,5 Terabyte (Höhendaten und Orthofotos).

Schrägluftbilder von Wien

Darüber hinaus haben wir einen etwa 5 Terabyte großen Datensatz mit Schrägluftbildern von Wien erhalten. Diese Bilder sind aus der Luft aufgenommen, jedoch nicht senkrecht von oben, sondern leicht geneigt. Damit kann man ganze Gebäude und Straßenzüge in 3D erfassen. Die Bilder müssen allerdings erst noch via Photogrammetrie in ein 3D-Mesh (ein digitales Oberflächenmodell aus Dreiecken) umgewandelt werden – dieser Schritt läuft derzeit, und wir testen OpenDroneMap dafür.

Erster Test-Browser

Um unsere Datenstruktur zu prüfen, haben wir einen einfachen Browser programmiert.

Dieser Browser zeigt die Daten aus der Structura Fundamentalis an und dient vor allem zur Fehlersuche (Debuggen). Wir können darin zum Beispiel das Netz (Mesh) anzeigen oder die einzelnen Octree-Knoten sichtbar machen. In der aktuellen Demo sieht man Teile von Wien.

Nächste Schritte

Aktuell arbeiten wir daran, den Wien-Datensatz vollständig in ein 3D-Mesh zu überführen und in unserer Structura Fundamentalis zu testen. Parallel beginnen wir mit der Arbeit an der Streaming-Struktur.

Das bedeutet konkret:

• Die Daten aus der Structura Fundamentalis werden in kleine „Häppchen“ zerlegt.

• Für jedes Häppchen werden vereinfachte Detailstufen (LODs, Levels of Detail) erzeugt.

• Diese werden dann in einer räumlichen Beschleunigungsstruktur (spatial acceleration structure) so organisiert, dass sie effizient in den Browser ausgeliefert werden können.