@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{Klimke2018,
  author    = {Klimke, Jan},
  title     = {Web-based provisioning and application of large-scale virtual 3D city models},
  doi       = {10.25932/publishup-42805},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-428053},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xiii, 141},
  year      = {2018},
  abstract  = {Virtual 3D city models represent and integrate a variety of spatial data and georeferenced data related to urban areas. With the help of improved remote-sensing technology, official 3D cadastral data, open data or geodata crowdsourcing, the quantity and availability of such data are constantly expanding and its quality is ever improving for many major cities and metropolitan regions. There are numerous fields of applications for such data, including city planning and development, environmental analysis and simulation, disaster and risk management, navigation systems, and interactive city maps. The dissemination and the interactive use of virtual 3D city models represent key technical functionality required by nearly all corresponding systems, services, and applications. The size and complexity of virtual 3D city models, their management, their handling, and especially their visualization represent challenging tasks. For example, mobile applications can hardly handle these models due to their massive data volume and data heterogeneity. Therefore, the efficient usage of all computational resources (e.g., storage, processing power, main memory, and graphics hardware, etc.) is a key requirement for software engineering in this field. Common approaches are based on complex clients that require the 3D model data (e.g., 3D meshes and 2D textures) to be transferred to them and that then render those received 3D models. However, these applications have to implement most stages of the visualization pipeline on client side. Thus, as high-quality 3D rendering processes strongly depend on locally available computer graphics resources, software engineering faces the challenge of building robust cross-platform client implementations. Web-based provisioning aims at providing a service-oriented software architecture that consists of tailored functional components for building web-based and mobile applications that manage and visualize virtual 3D city models. This thesis presents corresponding concepts and techniques for web-based provisioning of virtual 3D city models. In particular, it introduces services that allow us to efficiently build applications for virtual 3D city models based on a fine-grained service concept. The thesis covers five main areas: 1. A Service-Based Concept for Image-Based Provisioning of Virtual 3D City Models It creates a frame for a broad range of services related to the rendering and image-based dissemination of virtual 3D city models. 2. 3D Rendering Service for Virtual 3D City Models This service provides efficient, high-quality 3D rendering functionality for virtual 3D city models. In particular, it copes with requirements such as standardized data formats, massive model texturing, detailed 3D geometry, access to associated feature data, and non-assumed frame-to-frame coherence for parallel service requests. In addition, it supports thematic and artistic styling based on an expandable graphics effects library. 3. Layered Map Service for Virtual 3D City Models It generates a map-like representation of virtual 3D city models using an oblique view. It provides high visual quality, fast initial loading times, simple map-based interaction and feature data access. Based on a configurable client framework, mobile and web-based applications for virtual 3D city models can be created easily. 4. Video Service for Virtual 3D City Models It creates and synthesizes videos from virtual 3D city models. Without requiring client-side 3D rendering capabilities, users can create camera paths by a map-based user interface, configure scene contents, styling, image overlays, text overlays, and their transitions. The service significantly reduces the manual effort typically required to produce such videos. The videos can automatically be updated when the underlying data changes. 5. Service-Based Camera Interaction It supports task-based 3D camera interactions, which can be integrated seamlessly into service-based visualization applications. It is demonstrated how to build such web-based interactive applications for virtual 3D city models using this camera service. These contributions provide a framework for design, implementation, and deployment of future web-based applications, systems, and services for virtual 3D city models. The approach shows how to decompose the complex, monolithic functionality of current 3D geovisualization systems into independently designed, implemented, and operated service- oriented units. In that sense, this thesis also contributes to microservice architectures for 3D geovisualization systems—a key challenge of today's IT systems engineering to build scalable IT solutions.},
  language  = {en}
}