Es ist das Bestreben beim Aufbau der Diplomarbeit, nur elementare Grundlagen den Ausführungen über die Umsetzung der eigentlichen Aufgabe voranzustellen und weitere Erläuterungen sowie Erklärungen und Einführungen in spezielle Themengebiete und Programmsysteme an den jeweiligen Stellen, an denen sie in der chronologischen Abfolge der Bearbeitung stehen, zu geben. Durch dieses Vorgehen soll zum einen vermieden werden, dass zu umfangreich auf theoretische Hintergründe, die bei der Bewältigung der speziellen Aufgabe nicht zum Tragen kommen, eingegangen wird und somit die Ausführungen zur Realisierung der vorgegebenen Aufgabenstellung zu kurz kommen. Zum anderen sind die vermittelten Grundlagen noch besser im Gedächtnis, was vor allem Laien auf diesem Gebiet das Lesen der Arbeit erleichtert.
Durch die Erstellung einer VRML-Szene anhand des Bebauungsplanes konnten zunächst die VRML-Sprachelemente kennengelernt und Zusammenhänge verstanden werden. Dies war nötig, um anschließend den Tageslichteinfall für die erstellte Welt zu realisieren. Diese Beleuchtung wurde schließlich noch in eine VRML-Datei eines interessanten Einzelgebäudes eingefügt.
Zum weiteren Verständnis wird in Kapitel 2 erläutert, was man unter ®VR versteht und wie man mit Hilfe von VRML und seiner Erweiterung GeoVRML Objekte in der virtuellen Realität darstellen kann. Für tieferreichende Informationen zum Thema VRML wird auf die Literatur von Rolf Däßler ("VRML- Das Einsteigerseminar") und Hans-Lothar Hase ("Dynamische virtuelle Welten mit VRML 2.0") sowie auf die Internetseite des web3DCONSORTIUM für Einzelheiten zu GeoVRML verwiesen. Es folgt eine Darstellung der verschiedenen Arten zur Wiedergabe von VRML-Dateien mittels VRML-Browsern.
In Kapitel 3 wird die Realisierung anhand des Bebauungsplans dargestellt, die sich in "Erstellen einer dreidimensionalen Szene (Welt)", "Beleuchten der dreidimensionalen Szene (Welt)" und den Übersichtsplan aufgliedert.
In Kapitel 4 folgt die Anwendung des erstellten Tageslichteinfalls auf ein weiteres Gebäude, an dem sich die Licht- und Schatteneffekte besonders gut darstellen lassen.
In Kapitel 5 wird die Benutzeroberfläche erläutert. Der Anwender gibt die zur Berechnung des Tageslichteinfalls notwendigen Daten in ein HTML-Formular ein, anschließend werden diese Eingaben überprüft und weiterverarbeitet.
Danach folgen Schlusswort, in dem noch einmal die wesentlichen Erkenntnisse dargestellt werden, Verzeichnisse und Quellenangaben sowie die Quellcodes.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Aufgabenstellung
1.2 Ausgangsdaten
1.3 Aufbau der Diplomarbeit
2 Virtual Reality
2.1 VRML
2.1.1 Aufbau eines VRML-Programms
2.1.2 Die wichtigsten Knoten
2.1.3 Programmbeispiel
2.2 GeoVRML
2.2.1 GeoVRML 1.0 – Knoten
2.2.2 Neuerungen von GeoVRML
2.3 Wiedergabe
2.3.1 VRML-Browser
2.3.2 GeoVRML 1.0 Run-Time Version
3 Realisierung „Bebauungsplan“
3.1 Erstellen einer dreidimensionalen Szene (Welt)
3.1.1 Gebäude
3.1.1.1 Konstruktion
3.1.1.2 Konvertierung nach VRML97
3.1.1.3 Einsatz von GeoVRML
3.1.2 Gelände
3.1.2.1 DGM-Erzeugung
3.1.2.2 Erstellen der VRML-Datei
3.1.3 Ansichtspunkte
3.2 Beleuchten der dreidimensionalen Szene (Welt)
3.2.1 Umsetzung mit VRML
3.2.2 Grundlagen der Astronomie
3.2.2.1 Koordinatensysteme und Koordinaten
3.2.2.2 Die scheinbar tägliche Bewegung der Gestirne
3.2.3 Programm
3.2.4 Anbindung an VRML
3.3 Übersichtsplan
4 Tageslichteinfall auf Einzelgebäude
5 Benutzeroberfläche
5.1 HTML-Eingabeformular
5.2 WWW-Server
5.3 CGI-Script
6 Schlusswort
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das Ziel, eine VRML-basierte Umgebung für Bauwerke zu schaffen, in der der Tageslichteinfall realistisch visualisiert wird. Dazu wird untersucht, wie geodätische Daten in VRML integriert und wie externe astronomische Berechnungen über Skripte an die VRML-Umgebung angebunden werden können.
- Grundlagen und Einsatz von VRML und GeoVRML
- Konvertierung von Bebauungsplänen und Geländedaten in 3D-Szenen
- Mathematische und astronomische Modellierung des Sonnenverlaufs
- Entwicklung einer Web-basierten Benutzeroberfläche zur interaktiven Simulation
Auszug aus dem Buch
3.1.1.2 Konvertierung nach VRML97
Nachdem die Gebäude in LANDCAD erzeugt wurden, folgt die Konvertierung ins VRML-Format. Da es in LANDCAD selbst keine Exportmöglichkeit nach VRML gibt, muss ein anderer Konverter benutzt werden. Da bei einem Konvertiervorgang meist Daten verloren gehen oder verändert werden, war auch hier zu befürchten, dass die Ausgangsdaten nach dem Export nicht den ursprünglichen entsprechen werden. Um herstellerspezifische Veränderungen zu vermeiden, wurde auf der Autodesk-Schiene verblieben und das Programm 3D Studio MAX verwendet.
3D Studio MAX ist an der FH nicht vorhanden. Durch den Kontakt zu Terra Biz war dies jedoch zu beschaffen.
In 3D Studio MAX wird die .dwg-Datei mit den Gebäuden importiert, die aus vorher beschriebenen Gründen nur aus den beiden Layern mit Wänden und Dächern besteht. In der ersten Dialogbox wird gefragt, ob die Objekte aus der .dwg-Datei in die aktuelle Szene eingefügt oder ob die Szene vollständig ersetzt werden soll. Es sollte letzteres ausgewählt werden. In der anschließenden zweiten Dialogbox geht es um die Objekterzeugung.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt die Aufgabenstellung zur Visualisierung des Tageslichteinfalls in VRML und erläutert die Auswahl der verwendeten Ausgangsdaten.
2 Virtual Reality: Dieses Kapitel führt in die Konzepte von VRML und die Erweiterung GeoVRML ein, inklusive der technischen Grundlagen für die Wiedergabe in Browsern.
3 Realisierung „Bebauungsplan“: Der Hauptteil erläutert den Prozess der Szenenerstellung, die Modellierung von Gebäuden und Gelände sowie die astronomische Beleuchtung der Szene.
4 Tageslichteinfall auf Einzelgebäude: Hier wird die Anwendung der entwickelten Simulation auf ein komplexes Einzelgebäude beschrieben, um Beleuchtungs- und Schatteneffekte zu verdeutlichen.
5 Benutzeroberfläche: In diesem Abschnitt wird die Entwicklung eines HTML-Eingabeformulars und die Anbindung eines CGI-Scripts für eine dynamische Steuerung erklärt.
6 Schlusswort: Das Kapitel reflektiert die Ergebnisse der Arbeit, diskutiert Probleme bei der Konvertierung und Beleuchtung und gibt einen Ausblick auf Optimierungsmöglichkeiten.
Schlüsselwörter
VRML, GeoVRML, Tageslichteinfall, Visualisierung, Astronomische Berechnung, Sonnenstand, Bebauungsplan, 3D-Modellierung, HTML-Formular, CGI-Script, Beleuchtung, Schatteneffekte, Koordinatentransformation, Georeferenzierung, 3D Studio MAX
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Visualisierung des täglichen Sonnenlichteinfalls auf Bauwerke innerhalb einer virtuellen Umgebung, die mittels VRML erstellt wurde.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit vereint Methoden der Geoinformatik, der computergestützten Visualisierung (VRML) und der astronomischen Berechnung von Sonnenständen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Entwicklung einer Applikation, die es ermöglicht, den Tageslichteinfall für Gebäude in einem Bebauungsplangebiet realitätsnah zu simulieren und zu visualisieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt eine Kombination aus CAD-basierter Gebäudekonstruktion, der Konvertierung in VRML, der Verwendung von GeoVRML-Knoten für geographische Bezüge und der Einbindung externer JavaScript-Berechnungen zur Ansteuerung der Beleuchtung.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Erstellung der 3D-Szenen (Gebäude und Gelände), die mathematische Modellierung der Sonne, die Programmierung der Interaktion sowie die Anbindung an eine webbasierte Oberfläche.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind VRML, GeoVRML, Sonnenstandsberechnung, CGI-Schnittstellen und die 3D-Geovisualisierung.
Warum reicht reines VRML für diese Aufgabenstellung nicht aus?
VRML ist eine reine Beschreibungssprache ohne native Rechenfunktionen; für die komplexen astronomischen Berechnungen zur Sonnenbahn ist daher die Anbindung externer Skripte notwendig.
Welche Herausforderung stellte sich bei der Achsausrichtung zwischen VRML und GeoVRML?
Da die Koordinatensysteme beider Systeme zueinander verdreht sind, mussten spezielle Berechnungen durchgeführt werden, um die Komponenten korrekt auf die Lichtquellen-Knoten abzubilden.
- Quote paper
- Tobias Fleischmann (Author), 2002, Visualisierung des Tageslichteinfalls für Bauwerke in VRML, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/3498
