In the workflow of computational fluid dynamics, geometry preparation is commonly the most time-consuming step. For a fast CFD simulation, automatic surface reconstruction to obtain 3D city models for a chosen area is essential. To address this need, a literature study was conducted to map available data suitable for 3D city models. The properties investigated included geographical coverage, resolution, accuracy and licensing. A surface reconstruction using different topographical data was conducted using the 3D finite element mesh generator Gmsh and various GIS analysis tools. The findings of the literature study found no global data enabling a fully automatic solution with sufficient results. However, the open geographic database OpenStreetMap has potential for future work. Today, the method developed in this project is restricted to country-by-country applications and uses a terrain model, LiDAR data and building footprints as input data. The generated 3D city model has a level of detail 1.2, consisting of valid geometries without self-intersection, overlapping or gaps. The method is a semi-automatic workflow with a time consumption of less than one hour, from the extraction of data to a simulation-ready 3D city model. The model shows satisfactory agreement with the reference material but needs improvements regarding the detail of height setting, for more accurate airflow simulations. The method contributes to the field of automatic 3D city model reconstruction. Future work includes improvement regarding level of detail and automation of data attainment.

The initial geographic information system (GIS) and building information modelling (BIM) are designed and developed independently in order to serve different purposes and use. Within the prolific increase and growing maturity of three-dimensional (3D) technology, both 3D geodata and BIM data can specify semantic data and model 3D buildings that are prominent for the 3D city models and 3D cadastre. 3D geodata can be collected from geodetic surveying methods such as total station, laser scanning and photogrammetry and generate 3D building models by CityGML format for macro analysis on city scale. BIM data has significant advantages in planning, designing, modelling and managing building information, which contains rich details of building elements. Additionally, BIM helps and supports to exchange and share complex information through life-cycle project. Because there are some overlaps between them, the integration of BIM and 3D city models is mutually beneficial for representing comprehensive 3D building models. This thesis is a summary and compilation of two papers, where one is a review paper published in Journal of Spatial Science, and the other is a research paper currently under review in ISPRS International Journal of Geo-Information. The first paper designed and implemented a methodology to formalize the integration of BIM data into city models (CityGML models) that were generated from BIM data and from ALS/footprint data based on the proposed common modelling guidelines. The geometric results of the CityGML models were compared and evaluated visually and quantitatively. The second paper proposed a general framework for sharing and integrating cadastral information with BIM and 3D GIS together with general requirements. Based on the requirements and framework, the case study focused on how to represent and visualize 3D cadastral boundaries legally and technically by integrating BIM at building level and CityGML at city level. Both the Industry Foundation Classes (IFC) model and the CityGML model were connected to Land Administration Domain Model (LADM) at the conceptual level using Unified Modeling Language (UML) models and on database level. The findings of the first paper include investigation of BIM data as a qualified source on the geometric aspects in order to satisfy the need for a more rapid update process of 3D city models, and the second paper shows that the proposed framework and requirements perform well for generating 3D cadastral model in the real-world case study. / Det ursprungliga geografiska informationssystemet (GIS) och byggnadsinformationsmodellering (BIM) är utformade och utvecklade oberoende av varandra för att tjäna olika syften och användning. Inom 3D-teknik kan både 3D geodata och BIM-data specificera semantiska data och modellera 3D-byggnader som är framträdande för 3D stadsmodeller och 3D fastighetsregister. 3D-geodata kan samlas in från geodetiska mätningsmetoder som totalstation, laserskanning och fotogrammetri och de kan generera 3D modeller av byggnader i CityGML för makroanalys av städer. BIM-data har betydande fördelar i planering, design, modellering och hantering av byggnadsinformation eftersom det innehåller detaljerade uppgifter om byggelement. Dessutom gör BIM det möjligt att förmedla och analysera komplex information över byggnaders livscykel. Integrationen av BIM- och 3D-stadsmodeller är viktigt för att kunna analysera både byggnader och stad, exempelvis i stadsplanering, byggnadskonstruktion och hållbarhetsanalys.Denna avhandling är en sammanfattning och sammanställning av två artiklar, varav den ena är publicerad i Journal of Spatial Science, och den andra är under granskning i ISPRS International Journal of Geo-Information. Den första artikeln utformade och implementerade en metod för att formalisera integrationen av BIM-data i stadsmodeller (CityGML-modeller) som genererades från BIM-data och flygburen laserskanning/fotavtryck baserat på gemensamma modelleringsriktlinjerna. De geometriska resultaten av CityGML modellerna jämfördes och utvärderades visuellt och kvantitativt. Den andra artikeln föreslog en allmän ram för att dela och integrera fastighets information med BIM och 3D GIS tillsammans med allmänna krav. Baserat på kraven och ramverket så visade en fallstudie på hur man kan representera och visualisera 3D fastighetsgränser juridiskt och tekniskt genom att integrera BIM på byggnadsnivå och CityGML på stadsnivå. Både IFC-modellen och CityGML-modellen kopplades till LADM på konceptuell nivå med hjälp av UML-modeller och på databasnivå.Slutsatserna från den första artikeln inkluderar undersökning av BIM data som en kvalificerad källa på de geometriska aspekterna för att uppfylla behovet av en snabbare uppdateringsprocess av 3D-stadsmodeller, och den andra uppsatsen visar att det föreslagna ramverket och kraven presterar väl för att generera 3D fastighets modeller i den verkliga världen. / <p>QC 20191023</p>

Virtual 3D city and landscape models are the main subject investigated in this thesis. They digitally represent urban space and have many applications in different domains, e.g., simulation, cadastral management, and city planning. Visualization is an elementary component of these applications. Photo-realistic visualization with an increasingly high degree of detail leads to fundamental problems for comprehensible visualization. A large number of highly detailed and textured objects within a virtual 3D city model may create visual noise and overload the users with information. Objects are subject to perspective foreshortening and may be occluded or not displayed in a meaningful way, as they are too small. In this thesis we present abstraction techniques that automatically process virtual 3D city and landscape models to derive abstracted representations. These have a reduced degree of detail, while essential characteristics are preserved. After introducing definitions for model, scale, and multi-scale representations, we discuss the fundamentals of map generalization as well as techniques for 3D generalization. The first presented technique is a cell-based generalization of virtual 3D city models. It creates abstract representations that have a highly reduced level of detail while maintaining essential structures, e.g., the infrastructure network, landmark buildings, and free spaces. The technique automatically partitions the input virtual 3D city model into cells based on the infrastructure network. The single building models contained in each cell are aggregated to abstracted cell blocks. Using weighted infrastructure elements, cell blocks can be computed on different hierarchical levels, storing the hierarchy relation between the cell blocks. Furthermore, we identify initial landmark buildings within a cell by comparing the properties of individual buildings with the aggregated properties of the cell. For each block, the identified landmark building models are subtracted using Boolean operations and integrated in a photo-realistic way. Finally, for the interactive 3D visualization we discuss the creation of the virtual 3D geometry and their appearance styling through colors, labeling, and transparency. We demonstrate the technique with example data sets. Additionally, we discuss applications of generalization lenses and transitions between abstract representations. The second technique is a real-time-rendering technique for geometric enhancement of landmark objects within a virtual 3D city model. Depending on the virtual camera distance, landmark objects are scaled to ensure their visibility within a specific distance interval while deforming their environment. First, in a preprocessing step a landmark hierarchy is computed, this is then used to derive distance intervals for the interactive rendering. At runtime, using the virtual camera distance, a scaling factor is computed and applied to each landmark. The scaling factor is interpolated smoothly at the interval boundaries using cubic Bézier splines. Non-landmark geometry that is near landmark objects is deformed with respect to a limited number of landmarks. We demonstrate the technique by applying it to a highly detailed virtual 3D city model and a generalized 3D city model. In addition we discuss an adaptation of the technique for non-linear projections and mobile devices. The third technique is a real-time rendering technique to create abstract 3D isocontour visualization of virtual 3D terrain models. The virtual 3D terrain model is visualized as a layered or stepped relief. The technique works without preprocessing and, as it is implemented using programmable graphics hardware, can be integrated with minimal changes into common terrain rendering techniques. Consequently, the computation is done in the rendering pipeline for each vertex, primitive, i.e., triangle, and fragment. For each vertex, the height is quantized to the nearest isovalue. For each triangle, the vertex configuration with respect to their isovalues is determined first. Using the configuration, the triangle is then subdivided. The subdivision forms a partial step geometry aligned with the triangle. For each fragment, the surface appearance is determined, e.g., depending on the surface texture, shading, and height-color-mapping. Flexible usage of the technique is demonstrated with applications from focus+context visualization, out-of-core terrain rendering, and information visualization. This thesis presents components for the creation of abstract representations of virtual 3D city and landscape models. Re-using visual language from cartography, the techniques enable users to build on their experience with maps when interpreting these representations. Simultaneously, characteristics of 3D geovirtual environments are taken into account by addressing and discussing, e.g., continuous scale, interaction, and perspective. / Gegenstand der Arbeit sind virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle, die den städtischen Raum in digitalen Repräsentationen abbilden. Sie werden in vielfältigen Anwendungen und zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. Dabei ist die Visualisierung ein elementarer Bestandteil dieser Anwendungen. Durch realitätsnahe Darstellung und hohen Detailgrad entstehen jedoch zunehmend fundamentale Probleme für eine verständliche Visualisierung. So führt beispielsweise die hohe Anzahl von detailliert ausmodellierten und texturierten Objekten eines virtuellen 3D-Stadtmodells zu Informationsüberflutung beim Betrachter. In dieser Arbeit werden Abstraktionsverfahren vorgestellt, die diese Probleme behandeln. Ziel der Verfahren ist die automatische Transformation virtueller 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle in abstrakte Repräsentationen, die bei reduziertem Detailgrad wichtige Charakteristika erhalten. Nach der Einführung von Grundbegriffen zu Modell, Maßstab und Mehrfachrepräsentationen werden theoretische Grundlagen zur Generalisierung von Karten sowie Verfahren zur 3D-Generalisierung betrachtet. Das erste vorgestellte Verfahren beschreibt die zellbasierte Generalisierung von virtuellen 3DStadtmodellen. Es erzeugt abstrakte Repräsentationen, die drastisch im Detailgrad reduziert sind, erhält dabei jedoch die wichtigsten Strukturen, z.B. das Infrastrukturnetz, Landmarkengebäude und Freiflächen. Dazu wird in einem vollautomatischen Verfahren das Eingabestadtmodell mithilfe des Infrastrukturnetzes in Zellen zerlegt. Pro Zelle wird abstrakte Gebäudegeometrie erzeugt, indem die enthaltenen Einzelgebäude mit ihren Eigenschaften aggregiert werden. Durch Berücksichtigung gewichteter Elemente des Infrastrukturnetzes können Zellblöcke auf verschiedenen Hierarchieebenen berechnet werden. Weiterhin werden Landmarken gesondert berücksichtigt: Anhand statistischer Abweichungen der Eigenschaften der Einzelgebäudes von den aggregierten Eigenschaften der Zelle werden Gebäude gegebenenfalls als initiale Landmarken identifiziert. Schließlich werden die Landmarkengebäude aus den generalisierten Blöcken mit Booleschen Operationen ausgeschnitten und realitätsnah dargestellt. Die Ergebnisse des Verfahrens lassen sich in interaktiver 3D-Darstellung einsetzen. Das Verfahren wird beispielhaft an verschiedenen Datensätzen demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das zweite vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren für geometrische Hervorhebung von Landmarken innerhalb eines virtuellen 3D-Stadtmodells: Landmarkenmodelle werden abhängig von der virtuellen Kameradistanz vergrößert, so dass sie innerhalb eines spezifischen Entfernungsintervalls sichtbar bleiben; dabei wird ihre Umgebung deformiert. In einem Vorverarbeitungsschritt wird eine Landmarkenhierarchie bestimmt, aus der die Entfernungsintervalle für die interaktive Darstellung abgeleitet werden. Zur Laufzeit wird anhand der virtuellen Kameraentfernung je Landmarke ein dynamischer Skalierungsfaktor bestimmt, der das Landmarkenmodell auf eine sichtbare Größe skaliert. Dabei wird der Skalierungsfaktor an den Intervallgrenzen durch kubisch interpoliert. Für Nicht-Landmarkengeometrie in der Umgebung wird die Deformation bezüglich einer begrenzten Menge von Landmarken berechnet. Die Eignung des Verfahrens wird beispielhaft anhand verschiedener Datensätze demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das dritte vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren, das eine abstrakte 3D-Isokonturen-Darstellung von virtuellen 3D-Geländemodellen erzeugt. Für das Geländemodell wird eine Stufenreliefdarstellung für eine Menge von nutzergewählten Höhenwerten erzeugt. Das Verfahren arbeitet ohne Vorverarbeitung auf Basis programmierbarer Grafikkarten-Hardware. Entsprechend erfolgt die Verarbeitung in der Prozesskette pro Geometrieknoten, pro Dreieck, und pro Bildfragment. Pro Geometrieknoten wird zunächst die Höhe auf den nächstliegenden Isowert quantisiert. Pro Dreieck wird dann die Konfiguration bezüglich der Isowerte der drei Geometrieknoten bestimmt. Anhand der Konfiguration wird eine geometrische Unterteilung vorgenommen, so dass ein Stufenausschnitt entsteht, der dem aktuellen Dreieck entspricht. Pro Bildfragment wird schließlich die finale Erscheinung definiert, z.B. anhand von Oberflächentextur, durch Schattierung und Höheneinfärbung. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten werden mit verschiedenen Anwendungen demonstriert. Die Arbeit stellt Bausteine für die Erzeugung abstrakter Darstellungen von virtuellen 3D-Stadt und Landschaftsmodellen vor. Durch die Orientierung an kartographischer Bildsprache können die Nutzer auf bestehende Erfahrungen bei der Interpretation zurückgreifen. Dabei werden die charakteristischen Eigenschaften 3D geovirtueller Umgebungen berücksichtigt, indem z.B. kontinuierlicher Maßstab, Interaktion und Perspektive behandelt und diskutiert werden.

This thesis presents methods, techniques and tools for developing three-dimensional representations of tactical intelligence assessments. Techniques from GIScience are combined with crime mapping methods. The range of methods applied in this study provides spatio-temporal GIS analysis as well as 3D geovisualisation and GIS programming. The work presents methods to enhance digital three-dimensional city models with application specific thematic information. This information facilitates further geovisual analysis, for instance, estimations of urban risks exposure. Specific methods and workflows are developed to facilitate the integration of spatio-temporal crime scene analysis results into 3D tactical intelligence assessments. Analysis comprises hotspot identification with kernel-density-estimation techniques (KDE), LISA-based verification of KDE hotspots as well as geospatial hotspot area characterisation and repeat victimisation analysis. To visualise the findings of such extensive geospatial analysis, three-dimensional geovirtual environments are created. Workflows are developed to integrate analysis results into these environments and to combine them with additional geospatial data. The resulting 3D visualisations allow for an efficient communication of complex findings of geospatial crime scene analysis. / Diese Arbeit präsentiert Methoden, Techniken und Werkzeuge für die Entwicklung dreidi-mensionaler Lagebilder. Zu diesem Zweck werden Verfahren der Geoinformatik mit solchen der raumbezogenen Straftatenanalyse kombiniert. Das Spektrum der angewandten Methoden und Techniken umfasst raumzeitliche GIS-Analysen ebenso wie 3D Geovisualisierungen und GIS-Anwendungsprogrammierung. Um komplexe geovisuelle Analysen auf Basis virtueller 3D-Stadtmodelle zu ermöglichen, werden Datenbanken digitaler Stadtmodelle um anwendungsspezifische Fachinformationen ergänzt. Dies ermöglicht weiterführende Analysen, zum Beispiel zur räumlichen Verteilung urbaner Risiken. Weiterhin präsentiert die Arbeit Methoden und Verfahren zur Integration der Ergebnisse komplexer raumzeitlicher Straftatenanalysen in dreidimensionale Lagebilder. Die durchgeführten Analysen umfassen die Identifikation von Brennpunkten spezifischer Delikte mittels Techniken der Kerndichteschätzung, die Verifikation dieser Hotspots durch LISA-Statistiken, GIS-basierte räumliche Charakterisierungen von Brennpunkten sowie Analysen zur wiederholten Viktimisierung. Zur Visualisierung der Ergebnisse komplexer raumzeitlicher Analysen werden dreidimensionale geovirtuelle Umgebungen erzeugt. Um weitere raumbezogene Daten ergänzt, werden sämtliche Analyseergebnisse in diese Umgebungen integriert. Die resultierenden 3D-Visualisierungen erlauben eine effiziente Kommunikation der Ergebnisse komplexer raumbezogener Straftatenanalysen.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen virtuelle 3D-Stadtmodelle, die Objekte, Phänomene und Prozesse in urbanen Räumen in digitaler Form repräsentieren. Sie haben sich zu einem Kernthema von Geoinformationssystemen entwickelt und bilden einen zentralen Bestandteil geovirtueller 3D-Welten. Virtuelle 3D-Stadtmodelle finden nicht nur Verwendung als Mittel für Experten in Bereichen wie Stadtplanung, Funknetzplanung, oder Lärmanalyse, sondern auch für allgemeine Nutzer, die realitätsnah dargestellte virtuelle Städte in Bereichen wie Bürgerbeteiligung, Tourismus oder Unterhaltung nutzen und z. B. in Anwendungen wie GoogleEarth eine räumliche Umgebung intuitiv erkunden und durch eigene 3D-Modelle oder zusätzliche Informationen erweitern. Die Erzeugung und Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle besteht aus einer Vielzahl von Prozessschritten, von denen in der vorliegenden Arbeit zwei näher betrachtet werden: Texturierung und Visualisierung. Im Bereich der Texturierung werden Konzepte und Verfahren zur automatischen Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schrägluftbildern sowie zur Speicherung oberflächengebundener Daten in virtuellen 3D-Stadtmodellen entwickelt. Im Bereich der Visualisierung werden Konzepte und Verfahren für die multiperspektivische Darstellung sowie für die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Systemen vorgestellt. Die automatische Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schrägluftbildern ermöglicht die Veredelung vorliegender virtueller 3D-Stadtmodelle. Schrägluftbilder bieten sich zur Texturierung an, da sie einen Großteil der Oberflächen einer Stadt, insbesondere Gebäudefassaden, mit hoher Redundanz erfassen. Das Verfahren extrahiert aus dem verfügbaren Bildmaterial alle Ansichten einer Oberfläche und fügt diese pixelpräzise zu einer Textur zusammen. Durch Anwendung auf alle Oberflächen wird das virtuelle 3D-Stadtmodell flächendeckend texturiert. Der beschriebene Ansatz wurde am Beispiel des offiziellen Berliner 3D-Stadtmodells sowie der in GoogleEarth integrierten Innenstadt von München erprobt. Die Speicherung oberflächengebundener Daten, zu denen auch Texturen zählen, wurde im Kontext von CityGML, einem international standardisierten Datenmodell und Austauschformat für virtuelle 3D-Stadtmodelle, untersucht. Es wird ein Datenmodell auf Basis computergrafischer Konzepte entworfen und in den CityGML-Standard integriert. Dieses Datenmodell richtet sich dabei an praktischen Anwendungsfällen aus und lässt sich domänenübergreifend verwenden. Die interaktive multiperspektivische Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle ergänzt die gewohnte perspektivische Darstellung nahtlos um eine zweite Perspektive mit dem Ziel, den Informationsgehalt der Darstellung zu erhöhen. Diese Art der Darstellung ist durch die Panoramakarten von H. C. Berann inspiriert; Hauptproblem ist die Übertragung des multiperspektivischen Prinzips auf ein interaktives System. Die Arbeit stellt eine technische Umsetzung dieser Darstellung für 3D-Grafikhardware vor und demonstriert die Erweiterung von Vogel- und Fußgängerperspektive. Die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen beschreibt deren Umsetzung auf 3D-Grafikhardware, wobei neben der Bildwiederholrate die Bildqualität das wesentliche Entwicklungskriterium ist. Insbesondere erlauben die beiden vorgestellten Verfahren, dynamische Geometrieverfeinerung und stückweise perspektivische Projektionen, die uneingeschränkte Nutzung aller hardwareseitig verfügbaren, qualitätssteigernden Funktionen wie z.~B. Bildraumgradienten oder anisotroper Texturfilterung. Beide Verfahren sind generisch und unterstützen verschiedene Projektionstypen. Sie ermöglichen die anpassungsfreie Verwendung gängiger computergrafischer Effekte wie Stilisierungsverfahren oder prozeduraler Texturen für nichtlineare Projektionen bei optimaler Bildqualität. Die vorliegende Arbeit beschreibt wesentliche Technologien für die Verarbeitung virtueller 3D-Stadtmodelle: Zum einen lassen sich mit den Ergebnissen der Arbeit Texturen für virtuelle 3D-Stadtmodelle automatisiert herstellen und als eigenständige Attribute in das virtuelle 3D-Stadtmodell einfügen. Somit trägt diese Arbeit dazu bei, die Herstellung und Fortführung texturierter virtueller 3D-Stadtmodelle zu verbessern. Zum anderen zeigt die Arbeit Varianten und technische Lösungen für neuartige Projektionstypen für virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Visualisierungen. Solche nichtlinearen Projektionen stellen Schlüsselbausteine dar, um neuartige Benutzungsschnittstellen für und Interaktionsformen mit virtuellen 3D-Stadtmodellen zu ermöglichen, insbesondere für mobile Geräte und immersive Umgebungen. / This thesis concentrates on virtual 3D city models that digitally encode objects, phenomena, and processes in urban environments. Such models have become core elements of geographic information systems and constitute a major component of geovirtual 3D worlds. Expert users make use of virtual 3D city models in various application domains, such as urban planning, radio-network planning, and noise immision simulation. Regular users utilize virtual 3D city models in domains, such as tourism, and entertainment. They intuitively explore photorealistic virtual 3D city models through mainstream applications such as GoogleEarth, which additionally enable users to extend virtual 3D city models by custom 3D models and supplemental information. Creation and rendering of virtual 3D city models comprise a large number of processes, from which texturing and visualization are in the focus of this thesis. In the area of texturing, this thesis presents concepts and techniques for automatic derivation of photo textures from georeferenced oblique aerial imagery and a concept for the integration of surface-bound data into virtual 3D city model datasets. In the area of visualization, this thesis presents concepts and techniques for multiperspective views and for high-quality rendering of nonlinearly projected virtual 3D city models in interactive systems. The automatic derivation of photo textures from georeferenced oblique aerial imagery is a refinement process for a given virtual 3D city model. Our approach uses oblique aerial imagery, since it provides a citywide highly redundant coverage of surfaces, particularly building facades. From this imagery, our approach extracts all views of a given surface and creates a photo texture by selecting the best view on a pixel level. By processing all surfaces, the virtual 3D city model becomes completely textured. This approach has been tested for the official 3D city model of Berlin and the model of the inner city of Munich accessible in GoogleEarth. The integration of surface-bound data, which include textures, into virtual 3D city model datasets has been performed in the context of CityGML, an international standard for the exchange and storage of virtual 3D city models. We derive a data model from a set of use cases and integrate it into the CityGML standard. The data model uses well-known concepts from computer graphics for data representation. Interactive multiperspective views of virtual 3D city models seamlessly supplement a regular perspective view with a second perspective. Such a construction is inspired by panorama maps by H. C. Berann and aims at increasing the amount of information in the image. Key aspect is the construction's use in an interactive system. This thesis presents an approach to create multiperspective views on 3D graphics hardware and exemplifies the extension of bird's eye and pedestrian views. High-quality rendering of nonlinearly projected virtual 3D city models focuses on the implementation of nonlinear projections on 3D graphics hardware. The developed concepts and techniques focus on high image quality. This thesis presents two such concepts, namely dynamic mesh refinement and piecewise perspective projections, which both enable the use of all graphics hardware features, such as screen space gradients and anisotropic texture filtering under nonlinear projections. Both concepts are generic and customizable towards specific projections. They enable the use of common computer graphics effects, such as stylization effects or procedural textures, for nonlinear projections at optimal image quality and interactive frame rates. This thesis comprises essential techniques for virtual 3D city model processing. First, the results of this thesis enable automated creation of textures for and their integration as individual attributes into virtual 3D city models. Hence, this thesis contributes to an improved creation and continuation of textured virtual 3D city models. Furthermore, the results provide novel approaches to and technical solutions for projecting virtual 3D city models in interactive visualizations. Such nonlinear projections are key components of novel user interfaces and interaction techniques for virtual 3D city models, particularly on mobile devices and in immersive environments.

International migration to Chile and to the Santiago Metropolitan Area (SMA), its major point of attraction, is a rather recent phenomenon which is gaining more and more attention. According to the latest population census the number of foreigners who were born abroad and permanently live in Chile, has increased by 75% between 1992 and 2002. Parallel to this, the national policy debate about immigration is becoming more intensive. However, until now there is only little evidence concerning the patterns of international migration and the characterization of the immigrants’ social space. This study is oriented towards reducing this deficit. Based on a thorough theoretical discussion, recent research publications and international reports, the study pursues mainly four objectives: The first objective is to identify major patterns of international migration as a context for the immigration to Chile and the SMA. The second objective is to understand the main features of international migration to the SMA. The third objective is to analyze the immigrants’ social space and its contribution to the overall urban development patterns in the SMA. And finally, the research results are linked with the national policy debate about immigration, and a number of policy recommendations are made. The study applies a mix of – mainly quantitative – methods, such as descriptive and analytical statistics including factor and cluster analyses using Chilean census data and visa records. The current immigration situation in Chile is characterized by a notable increase in the number of South American migrants, being attracted by better job opportunities. Moreover, there are growing numbers of young migrants for educational reasons. Chile appears to present an “intervening opportunity” in the migrants’ decision-making process, where a number of factors, such as new policy regulations in industrialized countries, the time/cost distance, as well as the economic development and political stability in the country, increasingly seem to turn into competitive advantages as compared to countries like the US, Spain or Italy. The qualification profiles of migrants in the SMA sharply contrast with the situation in most industrialized countries. In general, the educational level of immigrants is rather high. In general, immigrants strongly contribute to the educational level of the population in the SMA. Like in most global cities, two major streams of international migrants can be found in the SMA, on the one hand those who belong to the upper levels of the occupational hierarchy and on the other hand marginalized low-skill employees. The related data can be taken as an indication for the fact that a large group of immigrants is employed below their qualification levels. In the SMA, professionals and technicians play a very important role, and, except for some of the Peruvian and Ecuadorian migrants, there is little evidence of labour market segmentation. Skilled migrants contribute to reducing gaps of labour market supply in some sectors of the economy, such as public health and private education. Low-skilled migrants contribute to the labour market supply in fields where there is a growing demand, e.g. in the domestic services. Almost 50% of the international migrants live in five of the 34 communes of the SMA. This seems to be largely determined by two main factors: Migrants are found where job opportunities are, and they follow similar patterns like the Chilean population regarding their socio-spatial differentiation. Furthermore, despite the relatively high spatial concentration of migrants, the SMA shows less evidence of residential segregation than many European and US cities. The highest segregation indexes are associated with European and US immigrants with a high socioeconomic status (“voluntary ghettos”). Factor and cluster analyses show major patterns of the socio-spatial distribution of migrants in the SMA: a rather large zone of low attraction for migrants, the downtown area concentrating recent flows, and a series of semi-concentric zones around the centre where the migrants’ socio-economic and residential status increases with distance from the city centre. This is consistent with models of urban dynamics of Latin American cities. Based on the results of this study, four major recommendations for the policy debate about immigration can be derived. There is a need for (1) strengthening the diagnosis regarding immigration, (2) the improvement of the institutional framework and the participation of stakeholders, (3) fostering international cooperation regarding issues of immigration, as well as (4) shaping public opinion and strengthening the integration of immigrants. / Zuwanderung nach Chile und in den Großraum Santiago, dem wichtigsten Attraktionspol des Landes, ist ein relativ junges Phänomen, gewinnt aber zunehmend an Bedeutung. Laut dem letzten Bevölkerungszensus des Landes hat sich die Zahl der Zuwanderer, d.h. nach chilenischer Definition der Personen, die im Ausland geboren wurden und permanent in Chile leben, zwischen 1992 und 2002 um 75% erhöht. Parallel zu dieser Entwicklung, hat eine nationale Politikdebatte eingesetzt, die derzeit an Fahrt gewinnt. Allerdings gibt es bis heute nur wenig gesichertes Wissen über die Zuwanderung in Chile und deren sozialräumliche Charakteristika. Diese Arbeit soll einen Beitrag zur Verringerung dieses Defizits leisten. Auf der Grundlage einer Diskussion theoretischer Ansätze sowie von Studien und internationalen Berichten jüngeren Datums zu Fragen der Zuwanderung verfolgt die vorliegende Arbeit im Wesentlichen vier Ziele: Erstens sollen die Grundlinien internationaler Wanderungsprozesse als Rahmen für die Diskussion der Entwicklungstrends in Chile und im Großraum Santiago nachgezeichnet werden. Zweitens sollen Charakteristika der Zuwanderung im Großraum Santiago herausgearbeitet werden. Drittens geht es um die Identifizierung sozialräumlicher Strukturen der Zuwanderung und ihren Beitrag zur Stadtentwicklung im Großraum Santiago. Und schließlich werden aus den Ergebnissen der Studie Empfehlungen an die Politik als Beitrag zur Zuwanderungsdebatte in Chile abgeleitet. In der Arbeit werden unterschiedliche – überwiegend quantitative – Methoden verwendet, so zum Beispiel der deskriptiven und analytischen Statistik einschließlich einer Faktoren- und Clusteranalyse. Der Autorin standen hierfür umfangreiche chilenische Zensus- und Visadaten zur Verfügung. Die Zuwanderung nach Chile ist gegenwärtig insbesondere von einem starken Anstieg des Anteils von Migranten aus Lateinamerika gekennzeichnet. Dabei spielen vor allem die vergleichsweise großen Arbeitsmarktpotenziale des Landes eine Rolle. Zudem steigt die Zahl jüngerer Zuwanderer, für die Chile attraktive Ausbildungs- und Studienmöglichkeiten bietet. Im Entscheidungsprozess von Migranten kommt Chile zunehmend die Rolle einer „intervening opportunity“ zu, wobei eine Reihe von Faktoren dem Land komparative Vorteile gegenüber traditionellen Zuwanderungsländern für Migranten aus Lateinamerika wie den USA, Spanien oder Italien verschafft. Hierzu gehören u.a. die verschärften Zuwanderungsbeschränkungen in vielen Industrieländern, die günstigen Voraussetzungen hinsichtlich Zeit-/ Kosten-Distanzen sowie das anhaltende Wirtschaftswachstum und die politische Stabilität in Chile. Das allgemeine Qualifikationsprofil der Zuwanderer im Großraum Santiago unterscheidet sich deutlich von dem der Migranten in den meisten Industriestaaten. Im Allgemeinen ist das Bildungsniveau der Zuwanderer hoch. Wie in den meisten Weltstädten wird das Gros der Zuwanderer im Großraum Santiago insbesondere von zwei Gruppen gestellt, zum einen von Hochqualifizierten in Führungspositionen und zum anderen von gering qualifizierten und häufig marginalisierten Zuwanderern. Die entsprechenden Daten können im Übrigen auch als ein Indiz dafür angesehen werden, dass im Großraum Santiago viele Zuwanderer unterhalb ihres Qualifikationsniveaus beschäftigt zu sein scheinen. Akademiker und Fachkräfte spielen unter den Zuwanderern im Großraum Santiago eine große Rolle und –mit Ausnahme von Zuwanderern aus Peru und Ecuador – gibt es kaum Anzeichen für eine Segmentierung des Arbeitsmarktes. Qualifizierte Zuwanderer tragen in einigen Bereichen wie zum Beispiel bei der öffentlichen Gesundheitsvorsorge oder in Privatschulen zum Abbau von Arbeitsmarktengpässen bei. Geringer Qualifizierte erhöhen das Arbeitskräftepotenzial in Bereichen, in denen es u.a. aufgrund des Wirtschaftsaufschwungs in Chile eine steigende Nachfrage nach Arbeitskräften gibt, zum Beispiel im Bereich der Haushaltshilfen. Fast 50% aller Zuwanderer wohnen in fünf der 34 Kommunen des Großraums Santiago. Dies ist im Wesentlichen auf zwei Faktoren zurückzuführen: Migranten lassen sich dort nieder, wo es Beschäftigungsmöglichkeiten gibt und sie entwickeln ähnliche sozialräumliche Verteilungsmuster wie die chilenische Bevölkerung. Weiterhin ist festzustellen, dass die Zuwanderung trotz der relativ starken räumlichen Konzentration von Migranten im Großraum Santiago im Vergleich zu Großstädten in den USA oder in Europa kaum zu Segregation führt. Quer über verschiedene Segregationsindices sind jeweils die höchsten Werte bei Zuwanderern aus Europa und aus den USA mit hohem sozioökonomischem Status festzustellen („volontary ghettos“). Mit Hilfe von Faktoren- und Clusteranalysen lassen sich räumliche Verteilungsmuster von Zuwanderern im Großraum Santiago nachweisen: Ein weiter Bereich des Großraums Santiago (insbesondere im Westen und Süden) bietet offensichtlich nur wenig Attraktivität für Migranten; das Zentrum des Großraums bildet einen kernstädtischen Bereich mit relativ junger Zuwanderung; daran schließen mehrere halbkreisförmige Gebieten um das Zentrum an, in denen der Sozialstatus und die Wohnverhältnisse der Migranten nach außen hin zunehmen. Diese Struktur ist weitgehend vergleichbar mit lateinamerikanischen Stadtentwicklungsmodellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen im Hinblick auf die Zuwanderungsdebatte in Chile eine Reihe von Empfehlungen nahe. Dabei geht es im Wesentlichen um die folgenden Aspekte: (1) die Verbesserung der Informationsgrundlagen über Zuwanderung, (2) die Verbesserung der institutionellen Rahmenbedingungen und die Einbeziehung aller Beteiligten, (3) die Stärkung der internationalen Zusammenarbeit im Hinblick auf Migrationsfragen und (4) die Versachlichung der öffentlichen Debatte über Migration und die effizientere Integration von Zuwanderern.

International migration to Chile and to the Santiago Metropolitan Area (SMA), its major point of attraction, is a rather recent phenomenon which is gaining more and more attention. According to the latest population census the number of foreigners who were born abroad and permanently live in Chile, has increased by 75% between 1992 and 2002. Parallel to this, the national policy debate about immigration is becoming more intensive. However, until now there is only little evidence concerning the patterns of international migration and the characterization of the immigrants’ social space. This study is oriented towards reducing this deficit. Based on a thorough theoretical discussion, recent research publications and international reports, the study pursues mainly four objectives: The first objective is to identify major patterns of international migration as a context for the immigration to Chile and the SMA. The second objective is to understand the main features of international migration to the SMA. The third objective is to analyze the immigrants’ social space and its contribution to the overall urban development patterns in the SMA. And finally, the research results are linked with the national policy debate about immigration, and a number of policy recommendations are made. The study applies a mix of – mainly quantitative – methods, such as descriptive and analytical statistics including factor and cluster analyses using Chilean census data and visa records. The current immigration situation in Chile is characterized by a notable increase in the number of South American migrants, being attracted by better job opportunities. Moreover, there are growing numbers of young migrants for educational reasons. Chile appears to present an “intervening opportunity” in the migrants’ decision-making process, where a number of factors, such as new policy regulations in industrialized countries, the time/cost distance, as well as the economic development and political stability in the country, increasingly seem to turn into competitive advantages as compared to countries like the US, Spain or Italy. The qualification profiles of migrants in the SMA sharply contrast with the situation in most industrialized countries. In general, the educational level of immigrants is rather high. In general, immigrants strongly contribute to the educational level of the population in the SMA. Like in most global cities, two major streams of international migrants can be found in the SMA, on the one hand those who belong to the upper levels of the occupational hierarchy and on the other hand marginalized low-skill employees. The related data can be taken as an indication for the fact that a large group of immigrants is employed below their qualification levels. In the SMA, professionals and technicians play a very important role, and, except for some of the Peruvian and Ecuadorian migrants, there is little evidence of labour market segmentation. Skilled migrants contribute to reducing gaps of labour market supply in some sectors of the economy, such as public health and private education. Low-skilled migrants contribute to the labour market supply in fields where there is a growing demand, e.g. in the domestic services. Almost 50% of the international migrants live in five of the 34 communes of the SMA. This seems to be largely determined by two main factors: Migrants are found where job opportunities are, and they follow similar patterns like the Chilean population regarding their socio-spatial differentiation. Furthermore, despite the relatively high spatial concentration of migrants, the SMA shows less evidence of residential segregation than many European and US cities. The highest segregation indexes are associated with European and US immigrants with a high socioeconomic status (“voluntary ghettos”). Factor and cluster analyses show major patterns of the socio-spatial distribution of migrants in the SMA: a rather large zone of low attraction for migrants, the downtown area concentrating recent flows, and a series of semi-concentric zones around the centre where the migrants’ socio-economic and residential status increases with distance from the city centre. This is consistent with models of urban dynamics of Latin American cities. Based on the results of this study, four major recommendations for the policy debate about immigration can be derived. There is a need for (1) strengthening the diagnosis regarding immigration, (2) the improvement of the institutional framework and the participation of stakeholders, (3) fostering international cooperation regarding issues of immigration, as well as (4) shaping public opinion and strengthening the integration of immigrants. / Zuwanderung nach Chile und in den Großraum Santiago, dem wichtigsten Attraktionspol des Landes, ist ein relativ junges Phänomen, gewinnt aber zunehmend an Bedeutung. Laut dem letzten Bevölkerungszensus des Landes hat sich die Zahl der Zuwanderer, d.h. nach chilenischer Definition der Personen, die im Ausland geboren wurden und permanent in Chile leben, zwischen 1992 und 2002 um 75% erhöht. Parallel zu dieser Entwicklung, hat eine nationale Politikdebatte eingesetzt, die derzeit an Fahrt gewinnt. Allerdings gibt es bis heute nur wenig gesichertes Wissen über die Zuwanderung in Chile und deren sozialräumliche Charakteristika. Diese Arbeit soll einen Beitrag zur Verringerung dieses Defizits leisten. Auf der Grundlage einer Diskussion theoretischer Ansätze sowie von Studien und internationalen Berichten jüngeren Datums zu Fragen der Zuwanderung verfolgt die vorliegende Arbeit im Wesentlichen vier Ziele: Erstens sollen die Grundlinien internationaler Wanderungsprozesse als Rahmen für die Diskussion der Entwicklungstrends in Chile und im Großraum Santiago nachgezeichnet werden. Zweitens sollen Charakteristika der Zuwanderung im Großraum Santiago herausgearbeitet werden. Drittens geht es um die Identifizierung sozialräumlicher Strukturen der Zuwanderung und ihren Beitrag zur Stadtentwicklung im Großraum Santiago. Und schließlich werden aus den Ergebnissen der Studie Empfehlungen an die Politik als Beitrag zur Zuwanderungsdebatte in Chile abgeleitet. In der Arbeit werden unterschiedliche – überwiegend quantitative – Methoden verwendet, so zum Beispiel der deskriptiven und analytischen Statistik einschließlich einer Faktoren- und Clusteranalyse. Der Autorin standen hierfür umfangreiche chilenische Zensus- und Visadaten zur Verfügung. Die Zuwanderung nach Chile ist gegenwärtig insbesondere von einem starken Anstieg des Anteils von Migranten aus Lateinamerika gekennzeichnet. Dabei spielen vor allem die vergleichsweise großen Arbeitsmarktpotenziale des Landes eine Rolle. Zudem steigt die Zahl jüngerer Zuwanderer, für die Chile attraktive Ausbildungs- und Studienmöglichkeiten bietet. Im Entscheidungsprozess von Migranten kommt Chile zunehmend die Rolle einer „intervening opportunity“ zu, wobei eine Reihe von Faktoren dem Land komparative Vorteile gegenüber traditionellen Zuwanderungsländern für Migranten aus Lateinamerika wie den USA, Spanien oder Italien verschafft. Hierzu gehören u.a. die verschärften Zuwanderungsbeschränkungen in vielen Industrieländern, die günstigen Voraussetzungen hinsichtlich Zeit-/ Kosten-Distanzen sowie das anhaltende Wirtschaftswachstum und die politische Stabilität in Chile. Das allgemeine Qualifikationsprofil der Zuwanderer im Großraum Santiago unterscheidet sich deutlich von dem der Migranten in den meisten Industriestaaten. Im Allgemeinen ist das Bildungsniveau der Zuwanderer hoch. Wie in den meisten Weltstädten wird das Gros der Zuwanderer im Großraum Santiago insbesondere von zwei Gruppen gestellt, zum einen von Hochqualifizierten in Führungspositionen und zum anderen von gering qualifizierten und häufig marginalisierten Zuwanderern. Die entsprechenden Daten können im Übrigen auch als ein Indiz dafür angesehen werden, dass im Großraum Santiago viele Zuwanderer unterhalb ihres Qualifikationsniveaus beschäftigt zu sein scheinen. Akademiker und Fachkräfte spielen unter den Zuwanderern im Großraum Santiago eine große Rolle und –mit Ausnahme von Zuwanderern aus Peru und Ecuador – gibt es kaum Anzeichen für eine Segmentierung des Arbeitsmarktes. Qualifizierte Zuwanderer tragen in einigen Bereichen wie zum Beispiel bei der öffentlichen Gesundheitsvorsorge oder in Privatschulen zum Abbau von Arbeitsmarktengpässen bei. Geringer Qualifizierte erhöhen das Arbeitskräftepotenzial in Bereichen, in denen es u.a. aufgrund des Wirtschaftsaufschwungs in Chile eine steigende Nachfrage nach Arbeitskräften gibt, zum Beispiel im Bereich der Haushaltshilfen. Fast 50% aller Zuwanderer wohnen in fünf der 34 Kommunen des Großraums Santiago. Dies ist im Wesentlichen auf zwei Faktoren zurückzuführen: Migranten lassen sich dort nieder, wo es Beschäftigungsmöglichkeiten gibt und sie entwickeln ähnliche sozialräumliche Verteilungsmuster wie die chilenische Bevölkerung. Weiterhin ist festzustellen, dass die Zuwanderung trotz der relativ starken räumlichen Konzentration von Migranten im Großraum Santiago im Vergleich zu Großstädten in den USA oder in Europa kaum zu Segregation führt. Quer über verschiedene Segregationsindices sind jeweils die höchsten Werte bei Zuwanderern aus Europa und aus den USA mit hohem sozioökonomischem Status festzustellen („volontary ghettos“). Mit Hilfe von Faktoren- und Clusteranalysen lassen sich räumliche Verteilungsmuster von Zuwanderern im Großraum Santiago nachweisen: Ein weiter Bereich des Großraums Santiago (insbesondere im Westen und Süden) bietet offensichtlich nur wenig Attraktivität für Migranten; das Zentrum des Großraums bildet einen kernstädtischen Bereich mit relativ junger Zuwanderung; daran schließen mehrere halbkreisförmige Gebieten um das Zentrum an, in denen der Sozialstatus und die Wohnverhältnisse der Migranten nach außen hin zunehmen. Diese Struktur ist weitgehend vergleichbar mit lateinamerikanischen Stadtentwicklungsmodellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen im Hinblick auf die Zuwanderungsdebatte in Chile eine Reihe von Empfehlungen nahe. Dabei geht es im Wesentlichen um die folgenden Aspekte: (1) die Verbesserung der Informationsgrundlagen über Zuwanderung, (2) die Verbesserung der institutionellen Rahmenbedingungen und die Einbeziehung aller Beteiligten, (3) die Stärkung der internationalen Zusammenarbeit im Hinblick auf Migrationsfragen und (4) die Versachlichung der öffentlichen Debatte über Migration und die effizientere Integration von Zuwanderern.