3D kaupunkimallinnuksen kehitys

Transkriptio

1

2 3D kaupunkimallinnuksen kehitys Ennen vuotta 2000 Mallinnus manuaalisesti Tietojen käsittely ja siirto monimutkaista Mallien käsittely edellytti tehotyöasemia Aikavievää, kallista ja tehotonta Vain innokkaille idealisteille Ksv:n Töölonlahti-simulaattori uudet teknologiat ja mahdollisuudet Mittausteknologia, pistepilvet, viistoilmakuvaus OGC Web Services, CityGML, streaming, Web 2.0 Ensimmäiset automaattiset rakennusmallintimet Ksv Töölölahtisimulaattori vuonna 1999 Kehitys Useat kaupungit myös Saksan ulkopuolella tekevät CityGML-malleja Hollannissa CityGML virallinen standardi INSIPIRE rakennusmalli CityGML-mukaan (vireillä) Ajankohtaista Standardien ohjaama voimakas kehitys Yksinkertaiset selainpohjaiset työvälineet Monipuolinen hyötykäyttö CityGML-pohjaiset tietojärjestelmät ja -varastot Berliinin aurinkopotentiaalin analyysi / Berlin Solaratlas 2013

3 Tietomallintaminen osana Euroopan Digitaaliagendaa The European Parliament resolution of 5 May 2010 on a new Digital Agenda for Europe stated: "this digital revolution can no longer be thought of as an evolution from the industrial past but rather as a process of radical transformation". The opinion of the Committee of the Regions had the same message: the Information Society has been a tremendous accelerator of economic and social progress. The required transition from an Information Society to a Green Knowledge Society can even be seen as a type of paradigm shift. EU Committee of the Regions: The concepts of BIM should be extended to regional and urban planning. It could then serve as a shared knowledge resource for an area, forming a reliable basis for life-cycle analysis, user-driven business process development and value-creating decision-making. Reaali- ja virtuaalimaailman integrointi työympäristöksi.

4 Suunnittelutyön evoluutio Toiminnallisista tarpeista lähtevä työtapojen muutos ja toisaalta teknologian kehityksen mahdollistama työn uudelleen ajattelu ovat jatkuvassa vuorovaikutussuhteessa. Tietokoneavusteisen suunnittelutyön ensimmäisessä sähkökynävaiheessa perinteiset manuaalityökalut korvattiin tietotekniikalla, piirrettiin tietokoneella. Tietotyön toisessa vaiheessa, jossa nykyisin toimimme, prosesseja digitalisoidaan tietoteknisille alustoille ja tuotteet digitalisoituvat. Tietomallipohjaisen työn lähtökohtina ovat kattava tietomalli, verkossa oleva data sekä käytännössä ajasta ja paikasta riippumaton työn. Uudet mahdollisuudet johtavat käytännössä työnteon uudelleenajatteluun. Työ 1.0 SÄHKÖKYNÄ karttatiedosto 2D-CAD printti sähköposti levyjako pienoismalli visualisointi manuaalinen prosessi Tietotekniikka korvaa manuaalityökalut Työ 2.0 TIETOTYÖ 3D kantakartta paikkatieto luokitellut aineistot 3D kaupunkimalli mallipohjainen suunnittelu tiedostotuote projektipankki 3D-tuloste simulaattori high-end render digitalisoitu prosessi avoin data Sähköiset palvelut ja digitaaliset tuotteet Työ 3.0 TIETOMALLITYÖ ajasta ja paikasta riippumaton työ työvälineet ja data pilvessä big data human cloud kattava tietomalli informaatio mallissa uusi työtapa hajautettu ryhmätyö tunnusluvut analyysit simulaatiot vertaa internet 1996 Työn uudelleenajattelu

5 CityGML-standardi CityGML is a common information model for the representation of sets of 3D urban objects. It defines the classes and relations for the most relevant topographic objects in cities and regional models with respect to their geometrical, topological, semantical and appearance properties. Included are generalization hierarchies between thematic classes, aggregations, relations between objects, and spatial properties. This thematic information goes beyond graphic exchange formats and makes it possible to employ virtual 3D city models for sophisticated analysis tasks in different application domains like simulations, urban data mining, facility management, and thematic inquiries. CityGML is an open data model and an XMLbased format for the storage and exchange of data. It is implemented as an application schema for the Geography Markup Language 3 (GML3), the extendible international standard for spatial data exchange issued by the Open Geospatial Consortium (OGC) and the ISO TC211. CityGML is intended to become an open standard and therefore can be used free of charge. The OGC Members adopted version of CityGML as an official OGC Standard in August [1] In late 2011, the OGC Members approved version CityGML CityGML top-level class hierarchie

6 Hollannin tilanne Hollanti on ensimmäinen maa, joka on ottanut CityGML:n kansalliseksi kaupunkimallistandardiksi. Adding a third dimension to the National Spatial Data Infrastructure (NSDI) makes a lot of sense in a heavily populated country where two-thirds of the land is vulnerable to flooding. The OGC City Geography Markup Language (CityGML) Encoding Standard is already in use in spatial data infrastructure programs in Germany, France, Malaysia, Abu Dhabi and other countries, where it provides an important platform for the transition from 2D to 3D data. The Netherlands, however, is the first country to have made CityGML a national standard. uilding-the-open-3d-informationinfrastructure-for-a-flat-land-ogc/276211

7 Rotterdam 3D Esimerkki avoimesta kaupunkimallista CityGML avoin data Objektiorientoitunut Paljon enemmän kuin visualisointi Useita hyödyllisiä sovelluksia Ei enää Ad-hoc mallinnusta Mahdollisuus analyyseihin, joita ei voinut tehdä projektitöissä Hollannissa CityGML on virallinen kaupunkimallistandardi Viherkatot Varjoanalyysit Koulutus, simulaatiot, serious gaming

8 Kaupunkimallin tarkkuus LoD CityGML-standardissa kaupunkimallit luokitellaan tarkkuuden mukaan viiteen Level of Detail (LoD) luokkaan. LoD 0 2.5D maastomalli LoD 1 Laatikkomalli, ei kattomuotoja LoD 2 Aluemalli, kattomuodot ja mahdollisesti myös julkisivutekstuurit LoD 3 Arkkitehtuurimalli (ulkopinta) LoD 4 Sisätilamalli Lod 2 malli on tällä hetkellä yleisin Euroopassa käytetty kaupunkimallien tarkkuus. LoD 2 mallin avulla voidaan tehdä keskeiset melu-, varjostus- ja energiaanalyysit. Teksturoituna ( LoD2+) malli on riittävän tarkka useimpiin visualisointitarkoituksiin.

9 Alueellisen tietomallin pelkistetty palvelukokonaisuus lähtötiedot aluesuunnittelu rakennusvalvonta hankehallinta tilojen hallinta asukasportaali opastus älyliikenne analyysityökalut jakelupalvelu / pääsynhallinta / avoin rajapinta / 3D ydin Tietomalli / CityGML paikkatietoydin kuva-aineistot palvelut kartalla Big data avoimet rajapinnat / avoin tietomalli / monitoimittajaympäristö

10 3D-Spatial Data Infrastructure Yksi kehittyneimpiä 3D-kaupunkimallitiedon hallinnan ja jakelun tietojärjestelmiä on virtualcitysystems GmbH kehittämä 3D spatial data infrastructure (3D-SDI). 3D-SDI ei ole pelkkä 3D-tiedon keräys ja tietovarasto vaan myös tiedon hallinnan ja jakelun järjestelmä. 3D-SDI käyttää olemassa olevia 3D-tiedon hallintaan ja prosessointiin optimoituja komponentteja. Järjestelmän kolme ydinkomponenttia ovat: vitualcitydatabase, 3D-tiedon varastoinitiin ja hallintaan. Perustietovarastona toimii open-source 3DCityDB virtualcitypublisher on 3Dkaupunkimallien verkkojulkaisun ratkaisu. virtualcitywarehouse on tiedon muunnos- ja siirtotyökalu.

11 Näkyvyysanalyysit 3D-kaupunkimallin avulla voidaan tehdä näkyvyystarkasteluja pisteiden tai kohteiden välillä. Esimeksiksi, näkyykö määrätty kohde tiettyyn pisteeseen esimerkiksi jalankulkijan silmien tasolta? Kun näkyvyysanalyyseihin lisätään liike voidaan tarkastella myös aikaulottuvuutta: Koska ja kuinka kauan kohde on tietyltä reitiltä nähtävissä? Näkyvyysanalyysit ovat hyödyllisiä Kaupunkikuvatarkasteluissa Korkeiden rakenteiden esim. tuulivoimalat näkyvyystarkasteluissa Opaste- ja mainostarkasteluissa Turvallisuusanalyyseissä Mihin suunniteltu rakennus näkyy ainakin osittain? / Lyon 3D-näkyvyysanalyysi annetusta pisteestä. / Lyon Millä asunnoilla on parhaat näköalat? / Lyon

12 Varjostusanalyysit Suurten ja korkeiden rakennusten sekä rakenteiden esim. tuulivoimalat varjostusvaikutus ympäristöön on huomattava ja varjostusvaikutus saattaa olla merkittävä päätöksentekoon vaikuttava tekijä. 3D-kaupunkimallin ja analyysiohjelmiston avulla voidaan valoisuuslaskenta suorittaa eri vuorokauden ja vuodenaikojen tilannetta vastaavasti. Varjostusanalyysi eri rakennuskorkeuksilla / Hasso-Plattner Institut Varjostusvaikutuksen tunteminen saattaa olla ratkaiseva tekijä henkilön suhtautumisessa rakennushankkeeseen. Esimerkiksi parvekkeen aurinkoisuusanalyysi voi olla merkittävä ostopäätöstä tehdessä. Tuulivoimalan varjostusanalyysi / Hasso-Plattner Institut

13 Valaistustarkastelut Nähtävyyksien, merkittävien rakennusten sekä jalankulkuympäristön valaistus on paitsi kaupunkikuvallinen laatutekijä myös merkittävä turvallisuutta lisäävä seikka. Voimakkaasti kehittyvä valaistusteknologia luo paljon mahdollisuuksia myös energiatehokkaan julkisen valaistuksen suunnitteluun. Fotorealistinen valaistussuunnittelu 3Dmallin avulla on erinomainen väline tarkastella lukuisia eri vaihtoehtoja. Yhdistettynä näkyvyystarkasteluihin sekä liikkeeseen voidaan arvioida myös valaistuksen ajallista, dynaamista ulottuvuutta. Kruunuvuorenrannan valaistuskilpailu 2011 / Helsinki

14 Aurinkoenergiatarkastelut Aurinkoenergiaa hyödynnetään Saksassa yleisesti. EU:n tekemän aurinkoenergiatarkastelun perusteella Suomen rannikkovyöhykkeellä aurinkoenergian määrä on sama kuin keskieuroopassa. Aurinkopaneelit ja keräimet sijoitetaan pääsääntöisesti rakennusten katolle. Aurinkoenergian rakennuskohtainen potentiaali on mahdollista laskea 3Dkaupunkimallin avulla. Solar Atlas Berlin-palvelussa saa rakennuskohtaisen aurinkoenergian hyödyntämispotentiaalin rakennusta klikkaamalla. hvo9kw

15 Lämmitysenergian tarve Rakennusten lämmityksestä aiheutuu noin 30 % Suomen kasvihuonekaasupäästöistä. 3D-mallin avulla tehtävät energian kulutustarkastelut yhdistettynä esim. aurinkoenergian tai maalämmön hyödyntämismahdollisuuksiin antavat lähtötiedot eri peruskorjausvaihtoehtojen tarkastelulle sekä enegitarpeen muutoksen arvioinnille. Samoin hiidioksidipäästöjen muutos on helposti arvioitavissa ja todennettavissa. chuere_ansicht_web.pdf Lämmitysenergian kulutus kwh/m2 vuodessa / Lyon

16 Tulvakartoitukset Voimakkaiden sateiden ja merenpinnan vaihtelu aiheuttavat tulvatilanteita, joiden ennakointi ja torjuntasuunnittelu on mahdollista tehdä 3D-mallin avulla. Tulvatilanteet saattavat aiheuttaa mittavia taloudellisia vahinkoja. Tulvasimulaatioiden avulla ongelmaalueet voidaan paikallistaa ja suojatoimien sijoitus ja mitoitus on optimoitavissa. /KRisMa_Schlussbericht.pdf?command=d ownloadcontent&filename=krisma_schlu ssbericht.pdf Tulva-analyyseja / Stuttgart

17 Melulaskenta Laserskannaustietojen avulla saatujen rakennusten korkeustietojen sekä maanpintamallin avulla voidaan laskea melunkäyriä sekä ilman saaste-ennusteita. Haittojen ennakointiin ja minimoimiseen saadaan entistä yhdenmukaisempi ja tarkempi tietopohja. Julkisivujen melukuorma-analyysi / Stuttgart Meluanalyysi / Zürich

18 Maalaiset tilat ja johdot Maanalaiset tilat, tunnelit, johdot sekä kairaustulokset ja maaperätiedot voidaan esittää havainnollisesti kaupunkimallin avulla. Viemäriverkosto / Hampuri

19 Koulutus-simulaattorit Koulutuskäytössä kaupunkimallien sovellusalue on laaja. Erikoiskuljetusten reittien valinta, pelastustoimen saavutettavuustarkastelut sekä erilaiset ajoharjoittelusimulaattorit ovat keskeisiä sovellusalueita. Liikenne- ja kaupunkisimulaatioita / Berliini Poliisin ajosimulaattori

20 Peliteollisuus Peliteollisuus hyödyntää kaupunkimalleja monipuolisesti: liikenne, kilpa-ajo, seikkailu sekä strategiapelit sijoittuvat usein kapunkiympäristöön. Myös uuden sukupolven juonelliset elokuvan ja tietokonepelin yhdistävät viihdetuotteet sijoittuvat kaupunkiympäristöihin. Avoimena datana tarjottava korkealuokkainen kaupunkimalli on omiaan katalysoimaan suomalaista peliteollisuutta ja tekemään kaupunkia tunnetuksi pelimaailman kautta. Grand Theft Auto / Liberty City

21 Kaupunkisuunnittelu Analyysityökalut suunnitteluvälineiksi 3D-mallipohjainen aluesuunnittelu on kaupunkimallinnuksen eniten käytettyjä sovellusalueita. Tähän saakka mallipohjainen suunnittelu on perustunut geometriamalleihin ja niiden visualisointiin sekä pelimoottoreilla tapahtuvaan liikkumiseen malleissa. Tietomalliin perustuva suunnittelu avaa kokonaan uuden mahdollisuuksien maailman suunnittelukäytännöille. Tietomalliin perustuvassa suunnittelussa esim. kaavataloudelliset tunnusluvut sekä ekologisiin laskennan lähtötiedot ovat reaaliaikaisesti saatavana suunnittelun edetessä. Vaihtoehtojen vertailu ja haluttujen tavoitteiden optimointi on suunnittelun kohde eikä jälkeenpäin todettu arvo.

22 Zürich rekisteritiedot ja 3D-PDF

23 Tukholma 3D-hanke Tukholman kaupunki käynnisti lokakuussa D hankkeen, jonka tavoitteena on luoda uudenlainen tapa esittää ja havainnollistaa kaupungin kasvua ja kehitystä sekä suunnitelmia tulevasta kehityksestä. Perusvaatimuksena hankkeessa on, että käytössä on oltava realistinen ja kattava 3D-malli kaupungista. Trevi-mallinnusprojektin pohjalta hanketta jatketaan vaiheittain eteenpäin. Ny generation av Stockholmsrum met digitaaliset foorumit mallissa Hankkeen seuraavassa Stockolmsrummetosaprojektissa, kaupunkisuunnitteluosasto toteuttaa sisäisen projektin, jonka tavoitteena on saada lisättyä 3D-mallien käyttöä kaikessa suunnittelu- ja omaisuudenhallintatyössä. Kolmannessa Dialog-vaiheessa kaupunki toteuttaa osallistavan julkisen foorumin, jonka kautta alueiden asukkaat voivat helposti tuoda ajatuksiaan liittyen kaupunkisuunnitteluun ja alueiden käyttöön sekä osallistua keskusteluun. Tärkeänä osana tätä foorumia on havainnollinen ja luonnollisen näköinen 3D kaupunkimalli ja siihen liitetyt uusien suunnitelmien visualisoinnit. September/fi/September_fi_5.htm