Gerenderte Animation von kinematisch gekoppelten Komponenten mit Pro/ENGINEER bzw. Creo zur Produktpräsentation oder auch Montageanleitung

Gerenderte Animation von kinematisch gekoppelten Komponenten mit Pro/ENGINEER bzw. Creo zur Produktpräsentation oder auch Montageanleitung

Point-based rendering methods have proven to be effective for the display of large point cloud surface models. For a realistic visualization of the models, transparency and shadows are essential features. We propose a method for point cloud rendering with transparency and shadows at interactive rates. Our approach does not require any global or local surface reconstruction method, but operates directly on the point cloud. All passes are executed in image space and no pre-computation steps are required. The underlying technique for our approach is a depth peeling method for point cloud surface representations. Having detected a sorted sequence of surface layers, they can be blended front to back with given opacity values to obtain renderings with transparency. These computation steps achieve interactive frame rates. For renderings with shadows, we determine a point cloud shadow texture that stores for each point of a point cloud whether it is lit by a given light source. The extraction of the layer of lit points is obtained using the depth peeling technique, again. For the shadow texture computation, we also apply a Monte-Carlo integration method to approximate light from an area light source, leading to soft shadows. Shadow computations for point light sources are executed at interactive frame rates. Shadow computations for area light sources are performed at interactive or near-interactive frame rates depending on the approximation quality.

Point-based rendering methods have proven to be effective for the display of large point cloud surface models. For a realistic visualization of the models, transparency and shadows are essential features. We propose a method for point cloud rendering with transparency and shadows at interactive rates. Our approach does not require any global or local surface reconstruction method, but operates directly on the point cloud. All passes are executed in image space and no pre-computation steps are required. The underlying technique for our approach is a depth peeling method for point cloud surface representations. Having detected a sorted sequence of surface layers, they can be blended front to back with given opacity values to obtain renderings with transparency. These computation steps achieve interactive frame rates. For renderings with shadows, we determine a point cloud shadow texture that stores for each point of a point cloud whether it is lit by a given light source. The extraction of the layer of lit points is obtained using the depth peeling technique, again. For the shadow texture computation, we also apply a Monte-Carlo integration method to approximate light from an area light source, leading to soft shadows. Shadow computations for point light sources are executed at interactive frame rates. Shadow computations for area light sources are performed at interactive or near-interactive frame rates depending on the approximation quality.

OpenStreetMap (OSM) konnte sich seit der Gründung 2004 sehr schnell etablieren und stellt mittlerweile eine konkrete Alternative gegenüber vergleichbaren kommerziellen Anwendungen dar. Dieser Erfolg ist eindeutig auf das revolutionäre Grundkonzept des Projektes zurückzuführen. Weltweit werden räumliche Daten durch Mitglieder erhoben und dem Projekt OSM zur Verfügung gestellt. Über die zugrunde liegenden Lizenzbestimmungen wird sichergestellt, dass OSM-Daten frei verfügbar und kostenfrei weiter verwendbar sind. Vor allem die Vorstellung der Unabhängigkeit von proprietären Daten hat zu starker, weiterhin zunehmender globaler Beteiligung geführt. Resultierend daraus erreichen die verfügbaren Daten inzwischen hohe Dichte sowie Genauigkeit. Visualisierungen in Form von interaktiven, frei skalierbaren Weltkarten, welche über die vollständig automatisierten Softwarelösungen Mapnik und Osmarender erstellt werden, sind am weitesten verbreitet. Infolgedessen müssen kartographische Grundsätze und Regeln formalisiert und implementiert werden. Insbesondere in Bezug auf kartographische Generalisierung treten teils erhebliche Mängel in den entsprechenden Umsetzungen auf. Dies bildet den Ausgangspunkt der Untersuchung. Ausgehend von einer Ist-Analyse werden vorhandene Defizite identifiziert und anschließend Möglichkeiten zur Integration von Generalisierungsfunktionalitäten untersucht. Aktuelle Entwicklungen streben die Anwendung interoperabler Systeme im Kontext kartographischer Generalisierung an, mit dem Ziel Generalisierungsfunktionalitäten über das Internet bereitzustellen. Grundlage hierfür bilden die vom Open Geospatial Consortium (OGC) spezifizierten Web Processing Services (WPS). Sie ermöglichen die Analyse und Verarbeitung räumlicher Daten. In diesem Zusammenhang werden Web Generalization Services (WebGen-WPS) auf mögliche Integration in die Softwarelösungen untersucht und bilden somit einen zentralen Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit. Mapnik stellt, nicht zuletzt durch dessen offengelegten Quelltext („Open Source“), optimale Voraussetzungen für jene Implementierungen zur Verfügung. Zur Verarbeitung von OSM-Daten verwendet Mapnik die freie Geodatenbank PostGIS, welche ebenfalls Funktionalitäten zur Analyse und Verarbeitung räumlicher Daten liefert. In diesem Kontext wird zusätzlich untersucht, inwiefern PostGIS-Funktionen Potential zur Anwendung kartographischer Generalisierung aufweisen. / OpenStreetMap (OSM) has established very quickly since its founding in 2004 and has become a suitable alternative to similar commercial applications. This success is clearly due to the revolutionary concept of the project. Spatial data is collected by members world-wide and is provided to the project OSM. The underlying license aggreement ensures that OSM-Data is freely available and can be used free of charge. Primarily, the idea of independence from proprietary data has led to strong, still growing, global participation. Resulting from that, the available data is now achieving high density and accuracy. Visualizations in form of interactive, freely scalable maps of the world, which are constructed by the fully automated software solutions Mapnik and Osmarender are most common. In consequence cartographic principles and rules must be formalized and implemented. Particularly with respect to cartographic generalization, some serious faults appear in the corresponding implementations. This is the starting point of this diploma thesis. Based on an analysis of the current state, actual existing deficiencies are identified and then examined for possibilities to integrate generalization functionalities. Recent developments aim at the deployment of interoperable systems in the context of cartographic generalization, with the intention of providing generalization functionalities over the Internet. This is based on Web Processing Services (WPS) that where developed by the Open Geospatial Consortium (OGC). They enable the analysis and processing of spatial data. In this context, Web Generalization Services (Webgen-WPS) are examined for possible integration into the software solutions and represent therefore a central object of investigation within that examination. Mapnik provides, not least through its “open source” code, ideal conditions for those implementations. Mapnik uses the “open source” spatial database PostGIS for the processing of OSM-Data, which also provides capabilities to analyze and process spatial data. In this context is examined in addition, to what extent the features have potential for implementation of cartographic generalization.

OpenStreetMap (OSM) konnte sich seit der Gründung 2004 sehr schnell etablieren und stellt mittlerweile eine konkrete Alternative gegenüber vergleichbaren kommerziellen Anwendungen dar. Dieser Erfolg ist eindeutig auf das revolutionäre Grundkonzept des Projektes zurückzuführen. Weltweit werden räumliche Daten durch Mitglieder erhoben und dem Projekt OSM zur Verfügung gestellt. Über die zugrunde liegenden Lizenzbestimmungen wird sichergestellt, dass OSM-Daten frei verfügbar und kostenfrei weiter verwendbar sind. Vor allem die Vorstellung der Unabhängigkeit von proprietären Daten hat zu starker, weiterhin zunehmender globaler Beteiligung geführt. Resultierend daraus erreichen die verfügbaren Daten inzwischen hohe Dichte sowie Genauigkeit. Visualisierungen in Form von interaktiven, frei skalierbaren Weltkarten, welche über die vollständig automatisierten Softwarelösungen Mapnik und Osmarender erstellt werden, sind am weitesten verbreitet. Infolgedessen müssen kartographische Grundsätze und Regeln formalisiert und implementiert werden. Insbesondere in Bezug auf kartographische Generalisierung treten teils erhebliche Mängel in den entsprechenden Umsetzungen auf. Dies bildet den Ausgangspunkt der Untersuchung. Ausgehend von einer Ist-Analyse werden vorhandene Defizite identifiziert und anschließend Möglichkeiten zur Integration von Generalisierungsfunktionalitäten untersucht. Aktuelle Entwicklungen streben die Anwendung interoperabler Systeme im Kontext kartographischer Generalisierung an, mit dem Ziel Generalisierungsfunktionalitäten über das Internet bereitzustellen. Grundlage hierfür bilden die vom Open Geospatial Consortium (OGC) spezifizierten Web Processing Services (WPS). Sie ermöglichen die Analyse und Verarbeitung räumlicher Daten. In diesem Zusammenhang werden Web Generalization Services (WebGen-WPS) auf mögliche Integration in die Softwarelösungen untersucht und bilden somit einen zentralen Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit. Mapnik stellt, nicht zuletzt durch dessen offengelegten Quelltext („Open Source“), optimale Voraussetzungen für jene Implementierungen zur Verfügung. Zur Verarbeitung von OSM-Daten verwendet Mapnik die freie Geodatenbank PostGIS, welche ebenfalls Funktionalitäten zur Analyse und Verarbeitung räumlicher Daten liefert. In diesem Kontext wird zusätzlich untersucht, inwiefern PostGIS-Funktionen Potential zur Anwendung kartographischer Generalisierung aufweisen.:Inhaltsverzeichnis Aufgabenstellung ii Zusammenfassung iii Abstract iv Abbildungsverzeichnis viii Tabellenverzeichnis ix Abkürzungsverzeichnis x 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Aufbau der Arbeit 4 2 Grundlagen 5 2.1 OpenStreetMap 5 2.1.1 Ablauf der Erstellung von OSM-Karten 6 2.1.2 Mapnik 9 2.2 Web Services 12 2.2.1 OGC Web Processing Services 12 2.2.2 Web Generalization Services 14 2.2.3 Verkettung von OGC Web Services 16 2.3 Kartographische Generalisierung 17 2.3.1 Konzeptionelle Modellvorstellungen 18 2.3.2 Generalisierungsoperatoren 22 3 OpenStreetMap & Generalisierung – aktueller Stand 24 3.1 Allgemeine Analyse und Kritik 25 3.2 OSM & konzeptionelle Modelle 28 4 Theoretische Überlegungen 31 4.1 Einbindung des WebGen-WPS 32 4.1.1 Direkteinbindung des WebGen-WPS 32 4.1.2 Einbindung von WebGen-WPS für „MRDB-OSM“ 34 4.2 PostGIS-Funktionen 36 4.3 OpenStreetMap - Generalisierungscommunity 38 5 Implementierungen & Ergebnisse 40 5.1 Technische Voraussetzungen 41 5.1.1 Systemvoraussetzungen 41 5.1.2 Testgebiet 41 5.2 Einbindung des WebGen-WPS in Mapnik 42 5.2.1 Einbindung in den automatischen Prozess 42 5.2.1.1 Allgemeiner Programmablauf 43 5.2.1.2 Implementierungsansätze 44 5.2.2 Praktische Umsetzung einer „MRDB-OSM“ 47 5.2.2.1 Verfahrensablauf 48 5.2.2.2 Polygonvereinfachung 51 5.2.2.3 Linienvereinfachung 57 5.3 Implementierung von PostGIS-Funktionen 59 5.3.1 Auswahl 59 5.3.2 Betonung 60 5.3.3 Linienvereinfachung 61 5.3.4 Polygonvereinfachung 61 6 Schlussfolgerungen und Ausblicke 65 6.1 Diskussion der Ergebnisse 65 6.2 Fazit 71 7 Quellennachweise 72 7.1 Literaturverzeichnis 72 7.2 Internetquellennachweis (ohne eindeutige Autoren) 77 8 Anhang 79 / OpenStreetMap (OSM) has established very quickly since its founding in 2004 and has become a suitable alternative to similar commercial applications. This success is clearly due to the revolutionary concept of the project. Spatial data is collected by members world-wide and is provided to the project OSM. The underlying license aggreement ensures that OSM-Data is freely available and can be used free of charge. Primarily, the idea of independence from proprietary data has led to strong, still growing, global participation. Resulting from that, the available data is now achieving high density and accuracy. Visualizations in form of interactive, freely scalable maps of the world, which are constructed by the fully automated software solutions Mapnik and Osmarender are most common. In consequence cartographic principles and rules must be formalized and implemented. Particularly with respect to cartographic generalization, some serious faults appear in the corresponding implementations. This is the starting point of this diploma thesis. Based on an analysis of the current state, actual existing deficiencies are identified and then examined for possibilities to integrate generalization functionalities. Recent developments aim at the deployment of interoperable systems in the context of cartographic generalization, with the intention of providing generalization functionalities over the Internet. This is based on Web Processing Services (WPS) that where developed by the Open Geospatial Consortium (OGC). They enable the analysis and processing of spatial data. In this context, Web Generalization Services (Webgen-WPS) are examined for possible integration into the software solutions and represent therefore a central object of investigation within that examination. Mapnik provides, not least through its “open source” code, ideal conditions for those implementations. Mapnik uses the “open source” spatial database PostGIS for the processing of OSM-Data, which also provides capabilities to analyze and process spatial data. In this context is examined in addition, to what extent the features have potential for implementation of cartographic generalization.:Inhaltsverzeichnis Aufgabenstellung ii Zusammenfassung iii Abstract iv Abbildungsverzeichnis viii Tabellenverzeichnis ix Abkürzungsverzeichnis x 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Aufbau der Arbeit 4 2 Grundlagen 5 2.1 OpenStreetMap 5 2.1.1 Ablauf der Erstellung von OSM-Karten 6 2.1.2 Mapnik 9 2.2 Web Services 12 2.2.1 OGC Web Processing Services 12 2.2.2 Web Generalization Services 14 2.2.3 Verkettung von OGC Web Services 16 2.3 Kartographische Generalisierung 17 2.3.1 Konzeptionelle Modellvorstellungen 18 2.3.2 Generalisierungsoperatoren 22 3 OpenStreetMap & Generalisierung – aktueller Stand 24 3.1 Allgemeine Analyse und Kritik 25 3.2 OSM & konzeptionelle Modelle 28 4 Theoretische Überlegungen 31 4.1 Einbindung des WebGen-WPS 32 4.1.1 Direkteinbindung des WebGen-WPS 32 4.1.2 Einbindung von WebGen-WPS für „MRDB-OSM“ 34 4.2 PostGIS-Funktionen 36 4.3 OpenStreetMap - Generalisierungscommunity 38 5 Implementierungen & Ergebnisse 40 5.1 Technische Voraussetzungen 41 5.1.1 Systemvoraussetzungen 41 5.1.2 Testgebiet 41 5.2 Einbindung des WebGen-WPS in Mapnik 42 5.2.1 Einbindung in den automatischen Prozess 42 5.2.1.1 Allgemeiner Programmablauf 43 5.2.1.2 Implementierungsansätze 44 5.2.2 Praktische Umsetzung einer „MRDB-OSM“ 47 5.2.2.1 Verfahrensablauf 48 5.2.2.2 Polygonvereinfachung 51 5.2.2.3 Linienvereinfachung 57 5.3 Implementierung von PostGIS-Funktionen 59 5.3.1 Auswahl 59 5.3.2 Betonung 60 5.3.3 Linienvereinfachung 61 5.3.4 Polygonvereinfachung 61 6 Schlussfolgerungen und Ausblicke 65 6.1 Diskussion der Ergebnisse 65 6.2 Fazit 71 7 Quellennachweise 72 7.1 Literaturverzeichnis 72 7.2 Internetquellennachweis (ohne eindeutige Autoren) 77 8 Anhang 79