@phdthesis{Lorenz2011,
  author    = {Lorenz, Haik},
  title     = {Texturierung und Visualisierung virtueller 3D-Stadtmodelle},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-53879},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2011},
  abstract  = {Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen virtuelle 3D-Stadtmodelle, die Objekte, Ph{\"a}nomene und Prozesse in urbanen R{\"a}umen in digitaler Form repr{\"a}sentieren. 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 f{\"u}r Experten in Bereichen wie Stadtplanung, Funknetzplanung, oder L{\"a}rmanalyse, sondern auch f{\"u}r allgemeine Nutzer, die realit{\"a}tsnah dargestellte virtuelle St{\"a}dte in Bereichen wie B{\"u}rgerbeteiligung, Tourismus oder Unterhaltung nutzen und z. B. in Anwendungen wie GoogleEarth eine r{\"a}umliche Umgebung intuitiv erkunden und durch eigene 3D-Modelle oder zus{\"a}tzliche Informationen erweitern. Die Erzeugung und Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle besteht aus einer Vielzahl von Prozessschritten, von denen in der vorliegenden Arbeit zwei n{\"a}her betrachtet werden: Texturierung und Visualisierung. Im Bereich der Texturierung werden Konzepte und Verfahren zur automatischen Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schr{\"a}gluftbildern sowie zur Speicherung oberfl{\"a}chengebundener Daten in virtuellen 3D-Stadtmodellen entwickelt. Im Bereich der Visualisierung werden Konzepte und Verfahren f{\"u}r die multiperspektivische Darstellung sowie f{\"u}r die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Systemen vorgestellt. Die automatische Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schr{\"a}gluftbildern erm{\"o}glicht die Veredelung vorliegender virtueller 3D-Stadtmodelle. Schr{\"a}gluftbilder bieten sich zur Texturierung an, da sie einen Großteil der Oberfl{\"a}chen einer Stadt, insbesondere Geb{\"a}udefassaden, mit hoher Redundanz erfassen. Das Verfahren extrahiert aus dem verf{\"u}gbaren Bildmaterial alle Ansichten einer Oberfl{\"a}che und f{\"u}gt diese pixelpr{\"a}zise zu einer Textur zusammen. Durch Anwendung auf alle Oberfl{\"a}chen wird das virtuelle 3D-Stadtmodell fl{\"a}chendeckend texturiert. Der beschriebene Ansatz wurde am Beispiel des offiziellen Berliner 3D-Stadtmodells sowie der in GoogleEarth integrierten Innenstadt von M{\"u}nchen erprobt. Die Speicherung oberfl{\"a}chengebundener Daten, zu denen auch Texturen z{\"a}hlen, wurde im Kontext von CityGML, einem international standardisierten Datenmodell und Austauschformat f{\"u}r 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 Anwendungsf{\"a}llen aus und l{\"a}sst sich dom{\"a}nen{\"u}bergreifend verwenden. Die interaktive multiperspektivische Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle erg{\"a}nzt die gewohnte perspektivische Darstellung nahtlos um eine zweite Perspektive mit dem Ziel, den Informationsgehalt der Darstellung zu erh{\"o}hen. Diese Art der Darstellung ist durch die Panoramakarten von H. C. Berann inspiriert; Hauptproblem ist die {\"U}bertragung des multiperspektivischen Prinzips auf ein interaktives System. Die Arbeit stellt eine technische Umsetzung dieser Darstellung f{\"u}r 3D-Grafikhardware vor und demonstriert die Erweiterung von Vogel- und Fußg{\"a}ngerperspektive. Die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen beschreibt deren Umsetzung auf 3D-Grafikhardware, wobei neben der Bildwiederholrate die Bildqualit{\"a}t das wesentliche Entwicklungskriterium ist. Insbesondere erlauben die beiden vorgestellten Verfahren, dynamische Geometrieverfeinerung und st{\"u}ckweise perspektivische Projektionen, die uneingeschr{\"a}nkte Nutzung aller hardwareseitig verf{\"u}gbaren, qualit{\"a}tssteigernden Funktionen wie z.~B. Bildraumgradienten oder anisotroper Texturfilterung. Beide Verfahren sind generisch und unterst{\"u}tzen verschiedene Projektionstypen. Sie erm{\"o}glichen die anpassungsfreie Verwendung g{\"a}ngiger computergrafischer Effekte wie Stilisierungsverfahren oder prozeduraler Texturen f{\"u}r nichtlineare Projektionen bei optimaler Bildqualit{\"a}t. Die vorliegende Arbeit beschreibt wesentliche Technologien f{\"u}r die Verarbeitung virtueller 3D-Stadtmodelle: Zum einen lassen sich mit den Ergebnissen der Arbeit Texturen f{\"u}r virtuelle 3D-Stadtmodelle automatisiert herstellen und als eigenst{\"a}ndige Attribute in das virtuelle 3D-Stadtmodell einf{\"u}gen. Somit tr{\"a}gt diese Arbeit dazu bei, die Herstellung und Fortf{\"u}hrung texturierter virtueller 3D-Stadtmodelle zu verbessern. Zum anderen zeigt die Arbeit Varianten und technische L{\"o}sungen f{\"u}r neuartige Projektionstypen f{\"u}r virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Visualisierungen. Solche nichtlinearen Projektionen stellen Schl{\"u}sselbausteine dar, um neuartige Benutzungsschnittstellen f{\"u}r und Interaktionsformen mit virtuellen 3D-Stadtmodellen zu erm{\"o}glichen, insbesondere f{\"u}r mobile Ger{\"a}te und immersive Umgebungen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Buschmann2018,
  author    = {Buschmann, Stefan},
  title     = {A software framework for GPU-based geo-temporal visualization techniques},
  doi       = {10.25932/publishup-44340},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-443406},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 99},
  year      = {2018},
  abstract  = {R{\"a}umlich-zeitliche Daten sind Daten, welche sowohl einen Raum- als auch einen Zeitbezug aufweisen. So k{\"o}nnen beispielsweise Zeitreihen von Geodaten, thematische Karten die sich {\"u}ber die Zeit ver{\"a}ndern, oder Bewegungsaufzeichnungen von sich bewegenden Objekten als r{\"a}umlich-zeitliche Daten aufgefasst werden. In der heutigen automatisierten Welt gibt es eine wachsende Anzahl von Datenquellen, die best{\"a}ndig r{\"a}umlich-zeitliche Daten generieren. Hierzu geh{\"o}ren beispielsweise Verkehrs{\"u}berwachungssysteme, die Bewegungsdaten von Menschen oder Fahrzeugen aufzeichnen, Fernerkundungssysteme, welche regelm{\"a}ßig unsere Umgebung scannen und digitale Abbilder wie z.B. Stadt- und Landschaftsmodelle erzeugen, sowie Sensornetzwerke in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten, wie z.B. der Logistik, der Verhaltensforschung von Tieren, oder der Klimaforschung. Zur Analyse r{\"a}umlich-zeitlicher Daten werden neben der automatischen Analyse mittels statistischer Methoden und Data-Mining auch explorative Methoden angewendet, welche auf der interaktiven Visualisierung der Daten beruhen. Diese Methode der Analyse basiert darauf, dass Anwender in Form interaktiver Visualisierung die Daten explorieren k{\"o}nnen, wodurch die menschliche Wahrnehmung sowie das Wissen der User genutzt werden, um Muster zu erkennen und dadurch einen Einblick in die Daten zu erlangen. Diese Arbeit beschreibt ein Software-Framework f{\"u}r die Visualisierung r{\"a}umlich-zeitlicher Daten, welches GPU-basierte Techniken beinhaltet, um eine interaktive Visualisierung und Exploration großer r{\"a}umlich-zeitlicher Datens{\"a}tze zu erm{\"o}glichen. Die entwickelten Techniken umfassen Datenhaltung, Prozessierung und Rendering und erm{\"o}glichen es, große Datenmengen in Echtzeit zu prozessieren und zu visualisieren. Die Hauptbeitr{\"a}ge der Arbeit umfassen: - Konzept und Implementierung einer GPU-zentrierten Visualisierungspipeline. Die beschriebenen Techniken basieren auf dem Konzept einer GPU-zentrierten Visualisierungspipeline, in welcher alle Stufen -- Prozessierung,Mapping, Rendering -- auf der GPU ausgef{\"u}hrt werden. Bei diesem Konzept werden die r{\"a}umlich-zeitlichen Daten direkt im GPU-Speicher abgelegt. W{\"a}hrend des Rendering-Prozesses werden dann mittels Shader-Programmen die Daten prozessiert, gefiltert, ein Mapping auf visuelle Attribute vorgenommen, und schließlich die Geometrien f{\"u}r die Visualisierung erzeugt. Datenprozessierung, Filtering und Mapping k{\"o}nnen daher in Echtzeit ausgef{\"u}hrt werden. Dies erm{\"o}glicht es Usern, die Mapping-Parameter sowie den gesamten Visualisierungsprozess interaktiv zu steuern und zu kontrollieren. - Interaktive Visualisierung attributierter 3D-Trajektorien. Es wurde eine Visualisierungsmethode f{\"u}r die interaktive Exploration einer großen Anzahl von 3D Bewegungstrajektorien entwickelt. Die Trajektorien werden dabei innerhalb einer virtuellen geographischen Umgebung in Form von einfachen Geometrien, wie Linien, B{\"a}ndern, Kugeln oder R{\"o}hren dargestellt. Durch interaktives Mapping k{\"o}nnen Attributwerte der Trajektorien oder einzelner Messpunkte auf visuelle Eigenschaften abgebildet werden. Hierzu stehen Form, H{\"o}he, Gr{\"o}ße, Farbe, Textur, sowie Animation zur Verf{\"u}gung. Mithilfe dieses dynamischen Mappings wurden außerdem verschiedene Visualisierungsmethoden implementiert, wie z.B. eine Focus+Context-Visualisierung von Trajektorien mithilfe von interaktiven Dichtekarten, sowie einer Space-Time-Cube-Visualisierung zur Darstellung des zeitlichen Ablaufs einzelner Bewegungen. - Interaktive Visualisierung geographischer Netzwerke. Es wurde eine Visualisierungsmethode zur interaktiven Exploration geo-referenzierter Netzwerke entwickelt, welche die Visualisierung von Netzwerken mit einer großen Anzahl von Knoten und Kanten erm{\"o}glicht. Um die Analyse von Netzwerken verschiedener Gr{\"o}ßen und in unterschiedlichen Kontexten zu erm{\"o}glichen, stehen mehrere virtuelle geographische Umgebungen zur Verf{\"u}gung, wie bspw. ein virtueller 3D-Globus, als auch 2D-Karten mit unterschiedlichen geographischen Projektionen. Zur interaktiven Analyse dieser Netzwerke stehen interaktive Tools wie Filterung, Mapping und Selektion zur Verf{\"u}gung. Des weiteren wurden Visualisierungsmethoden f{\"u}r verschiedene Arten von Netzwerken, wie z.B. 3D-Netzwerke und zeitlich ver{\"a}nderliche Netzwerke, implementiert. Zur Demonstration des Konzeptes wurden interaktive Tools f{\"u}r zwei unterschiedliche Anwendungsf{\"a}lle entwickelt. Das erste beinhaltet die Visualisierung attributierter 3D-Trajektorien, welche die Bewegungen von Flugzeugen um einen Flughafen beschreiben. Es erm{\"o}glicht Nutzern, die Trajektorien von ankommenden und startenden Flugzeugen {\"u}ber den Zeitraum eines Monats interaktiv zu explorieren und zu analysieren. Durch Verwendung der interaktiven Visualisierungsmethoden f{\"u}r 3D-Trajektorien und interaktiven Dichtekarten k{\"o}nnen Einblicke in die Daten gewonnen werden, wie beispielsweise h{\"a}ufig genutzte Flugkorridore, typische sowie untypische Bewegungsmuster, oder ungew{\"o}hnliche Vorkommnisse wie Fehlanfl{\"u}ge. Der zweite Anwendungsfall beinhaltet die Visualisierung von Klimanetzwerken, welche geographischen Netzwerken in der Klimaforschung darstellen. Klimanetzwerke repr{\"a}sentieren die Dynamiken im Klimasystem durch eine Netzwerkstruktur, die die statistische Beziehungen zwischen Orten beschreiben. Das entwickelte Tool erm{\"o}glicht es Analysten, diese großen Netzwerke interaktiv zu explorieren und dadurch die Struktur des Netzwerks zu analysieren und mit den geographischen Daten in Beziehung zu setzen. Interaktive Filterung und Selektion erm{\"o}glichen es, Muster in den Daten zu identifizieren, und so bspw. Cluster in der Netzwerkstruktur oder Str{\"o}mungsmuster zu erkennen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Buchholz2006,
  author    = {Buchholz, Henrik},
  title     = {Real-time visualization of 3D city models},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-13337},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2006},
  abstract  = {An increasing number of applications requires user interfaces that facilitate the handling of large geodata sets. Using virtual 3D city models, complex geospatial information can be communicated visually in an intuitive way. Therefore, real-time visualization of virtual 3D city models represents a key functionality for interactive exploration, presentation, analysis, and manipulation of geospatial data. This thesis concentrates on the development and implementation of concepts and techniques for real-time city model visualization. It discusses rendering algorithms as well as complementary modeling concepts and interaction techniques. Particularly, the work introduces a new real-time rendering technique to handle city models of high complexity concerning texture size and number of textures. Such models are difficult to handle by current technology, primarily due to two problems: - Limited texture memory: The amount of simultaneously usable texture data is limited by the memory of the graphics hardware. - Limited number of textures: Using several thousand different textures simultaneously causes significant performance problems due to texture switch operations during rendering. The multiresolution texture atlases approach, introduced in this thesis, overcomes both problems. During rendering, it permanently maintains a small set of textures that are sufficient for the current view and the screen resolution available. The efficiency of multiresolution texture atlases is evaluated in performance tests. To summarize, the results demonstrate that the following goals have been achieved: - Real-time rendering becomes possible for 3D scenes whose amount of texture data exceeds the main memory capacity. - Overhead due to texture switches is kept permanently low, so that the number of different textures has no significant effect on the rendering frame rate. Furthermore, this thesis introduces two new approaches for real-time city model visualization that use textures as core visualization elements: - An approach for visualization of thematic information. - An approach for illustrative visualization of 3D city models. Both techniques demonstrate that multiresolution texture atlases provide a basic functionality for the development of new applications and systems in the domain of city model visualization.},
  language  = {en}
}