CityGML là một mô hình dữ liệu mở và định dạng trao đổi dữ liệu dựa trên XML mô tả các đối tượng cảnh quan và đô thị có liên quan nhất cùng với các thuộc tính, quan hệ không gian và phi
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Trang 22 - -
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Tiễn SĨ
Hà Nội, tháng 06 năm 2020 - -
Trang 33
Lời cảm ơn
Đề tài này được thực hiện tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới sự hướng dẫn của
TS Đỗ Tiến SĨ Nhóm em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy đã định hướng,
giúp đỡ, quan tâm và tạo mọi điều kiệu thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành đề tài này
Do thời gian và kiến thức có hạn nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được những góp ý quý báu của thầy cô và các bạn
Nhóm em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô, nhà trường và các bạn!
Hà Nội, Tháng 5 năm 2021 d
Thay mặt nhóm
Nhóm trưởng
Trang 44
Lời cam đoan
Chúng tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong đề tài là sản phẩm của riêng cá nhân
dưới sự hướng dẫn của TS Đỗ Tiến SĨ và không sao chép của bất kỳ ai Những điều được
trình bày trong toàn bộ nội dung của đề tài, hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp
Chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm theo quy định cho lời cam đoan của mình
Hà Nội, Tháng 5 năm 2021 d
Thay mặt nhóm
Nhóm trưởng
Trang 5
5
Mục lục
Mục lục 5
Mở đầu 7
Tính cấp thiết của đề tài 8
Chương 1: Tổng quan về Dữ liệu 3D và các chuẩn lưu trữ và hệ thống lưu trữ 9
1.1: Tổng quan về dữ liệu 3D và các ứng dụng 9
1.1.1 Dữ liệu 3D 9
1.1.2 Ứng dụng 11
1.2 Chuẩn lưu trữ dữ liệu ba chiều CityGML 13
1.3: Các công nghệ lưu trữ 3 chiều hiện nay 15
1.3.1 PostgreSQL( mã nguồn mở) 15
1.3.2 Cơ sở dữ liệu Oracle( mã nguồn đóng) 19
1.4 Các phần mềm mô hình hóa đối tượng ảo ba chiều 21
1.5 Công cụ Nhập / Xuất 3D City Database 24
Chương 2: Cấu trúc dữ liệu CityGML và cách thức lưu trữ 27
2.1 Tổng quan về chuẩn CityGML 27
2.1.1 Cấu trúc CityGML 27
2.1.2 Cách thức để lưu trữ ra sao 29
2.2 Lược đồ UML của các mô-đun 31
2.2.1 Lược đồ UML của mô-đun citygml core 31
2.2.2 Lược đồ UML của mô-đun appearance Error! Bookmark not defined 2.2.3 Lược đồ UML của mô-đun building 33
2.2.4 Lược đồ UML của mô-đun Bridge 37
Trang 66
2.2.5 Lược đồ UML của mô-đun CityFurnitureError! Bookmark not defined
2.2.6 Lược đồ UML của mô-đun LandUse 39
2.2.7 Lược đồ UML của mô-đun relief (terrainmodel)Error! Bookmark not defined 2.2.8 Lược đồ UML của mô-đun tranportationError! Bookmark not defined 2.2.9 Lược đồ UML của mô-đun tunel Error! Bookmark not defined 2.2.10 Lược đồ UML của mô-đun vegetation 40
2.2.11 Lược đồ UML của mô-đun generic Error! Bookmark not defined Chương 3 Công nghệ lưu trữ 3D Postgis 42
3.1 Giới thiệu về PostGIS 42
3.2 Ánh xạ lược đồ UML Building sang CSDL 43
Chương 4: Thực nghiệm xây dựng đô thị ảo ba chiều: khu A đại học Mỏ - Địa Chất 44
4.1 Môi trường phát triển: 45
4.2 Quá trình thực hiện: 46
4.2.1 Xây dựng mô hình 3D trên sketchUp 46
4.2.2.Tạo cơ sở dữ liệu: 50
Bước 1: Tạo cơ sở dữ liệu trong pgAdmin 51
Bước 2: Tạo Extentions trong cơ sở dữ liệu vừa tạo: 51
Bước 3: Kết nối đến CSDL 52
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển trong tương lai 59
Tài liệu tham khảo: 60
Trang 77
Mở đầu
Trong thập kỷ qua, ngày càng nhiều thành phố và thậm chí cả các quốc gia trên toàn thế giới đang tạo ra các mô hình thành phố 3D ngữ nghĩa về môi trường vật lý của họ dựa trên tiêu chuẩn CityGML quốc tế do Open Geospatial Consortium (OGC) ban hành CityGML là một mô hình dữ liệu mở và định dạng trao đổi dữ liệu dựa trên XML mô tả các đối tượng cảnh quan và đô thị có liên quan nhất cùng với các thuộc tính, quan hệ không gian và phi không gian và cấu trúc phân cấp phức tạp của chúng ở năm cấp độ chi tiết Các mô hình thành phố 3D, được cấu trúc theo CityGML, thường được sử dụng cho các nhiệm vụ phân tích và mô phỏng GIS phức tạp khác nhau, vượt xa hình ảnh 3D thuần túy Do kích thước lớn và độ phức tạp của dữ liệu không gian địa lý 3D trên toàn quốc, các nhà cung cấp phần mềm GIS và nhà cung cấp dịch vụ phải đối mặt với nhiều thách thức khi xây dựng cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian 3D để hiện thực hóa việc lưu trữ, phân tích, quản lý, tương tác và trực quan hóa mô hình thành phố 3D dựa trên tiêu chuẩn CityGML một cách hiệu quả Do đó, nhu cầu mạnh mẽ về một giải pháp phần mềm mở và toàn diện có thể hỗ trợ đầy đủ các chức năng nói trên 'Cơ sở dữ liệu thành phố 3D' (3DCityDB) là một giải pháp cơ sở dữ liệu địa lý 3D miễn phí cho các mô hình thành phố 3D dựa trên CityGML 3DCityDB đã được phát triển như một bộ phần mềm mã nguồn mở và độc lập với nền tảng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển và triển khai các ứng dụng mô hình thành phố 3D Gói phần mềm 3DCityDB bao gồm một lược đồ cơ sở dữ liệu cho các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ nâng cao về mặt không gian (ORACLE Spatial hoặc PostgreSQL / PostGIS) với một tập hợp các thủ tục cơ sở dữ liệu và công cụ phần mềm cho phép nhập, quản lý, phân tích, trực quan hóa và xuất các mô hình thành phố 3D
Trang 88 ảo theo theo tiêu chuẩn CityGML Việc sử dụng 3DCityDB trong các dự án khác nhau và các lĩnh vực ứng dụng thực tế bộ phần mềm được minh họa và giải thích chi tiết về các triển khai kỹ thuật liên quan và thiết kế phần mềm khái niệm cơ bản
Tính cấp thiết của đề tài
Trước đây, việc quản lý hạ tầng đô thị theo hình thức truyền thống là dựa vào bản vẽ sơ đồ hiện trạng mặt bằng gây không ít khó khăn cho các nhà quản lý bởi hình ảnh đem lại đơn giản chỉ trên một mặt phẳng với các khu chia lô, chia thửa và sau khi xây dựng xong không khỏi mất cân bằng, thiếu hài hòa của chiều cao các tòa nhà, của mật độ, của các khoảng thoáng trong tổng thể của kiến trúc…
Trong những năm qua, để khắc phục tình trạng trên, các nhà quản lý Việt Nam thay đổi hình thức quản lý hạ tầng đô thị truyền thống bằng hình thức mới đó là ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System) và được thể hiện bằng các phần mềm 2D như: Mapinfo, ArcGIS… Mặc dù hình thức quản lý mới này cũng đã đem lại hiệu quả cho nhà quản lý trong việc cung cấp thông tin theo các lớp dữ liệu từ cấu trúc địa chất, địa hình, thủy văn, cho đến các công việc cụ thể như xác định các công trình ngầm hiện có, các thông tin về diện tích, ranh giới tọa độ, thông tin về mật độ dân số… Tuy nhiên, hình thức quản lý này vẫn không đủ các tính năng đáp ứng đối với tốc độ đô thị hóa cùng với sự bùng nổ của dân số và sự phát triển nhanh chóng về công sở, nhà ở, các khu công nghiệp, khu du lịch, hệ thống điện, nước… gây khó khăn trong việc quản lý tổng thể hạ tầng đô thị
Khi những thách thức về xã hội, sinh thái, kinh tế và cơ sở hạ tầng mà chúng ta phải đối mặt tiếp tục gia tăng, thế giới chúng ta đang sống ngày càng phức tạp hơn bao giờ hết Trong khi đó, mối liên hệ và sự phụ thuộc giữa các nhiệm vụ riêng lẻ - cũng như tác động của những thay đổi trong chúng - ngày càng trở nên khó đánh giá hơn
Các mô hình thành phố ảo 3D đang được sử dụng ngày càng nhiều như một cách để xử lý các nhiệm vụ không gian trong các lĩnh vực quy hoạch đô thị, giao thông vận tải, các
Trang 99 vấn đề môi trường, năng lượng và tiếp thị thành phố Đảm nhận các nhiệm vụ không gian với mô hình thành phố 3D
Chương 1: Tổng quan về Dữ liệu 3D và các chuẩn lưu trữ và hệ thống lưu trữ
1.1: Tổng quan về dữ liệu 3D và các ứng dụng
1.1.1 Dữ liệu 3D
Với các lĩnh vực khác nhau sẽ yêu cầu các kiểu dữ liệu khác nhau trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu(CSDL) Một số lĩnh vực đặc thù thì cũng yêu cầu kiểu dữ liệu được chuyên biệt hóa Đối với hệ thống thông tin địa lý(GIS), khoa học trái đất(ES) yêu cầu phải làm việc với các loại dữ liệu và thuộc tính liên quan tới hệ tọa độ, vị trí, hình học trong không gian Trái Đất Các loại dữ liệu này được gọi chung là dữ liệu không gian
Như vậy, CSDL không gian chính là loại CSDL định nghĩa sẵn các kiểu dữ liệu không gian phục vụ cho việc biểu diễn, lưu trữ, và thực hiện các thao tác trên các đối tượng không gian(feature)
Do những hạn chế khi lưu trữ mô hình đô thị ảo ba chiều dưới dạng tệp tin, nên sau khi hoàn thành mô hình hóa/số hóa đô thị thì các đối tượng được số hóa trong đô thị sẽ được lưu trữ trong CSDL không gian thay vì trong tệp tin
Các đối tượng trong đô thị sẽ được lưu trữ trong các bảng trong CSDL Một đối tượng(feature) tương ứng với một hàng (row) trong bảng, các thuộc tính không gian và phi không gian tương ứng với các cột trong bảng(column), và một ô(cell) trong bảng chứa dữ liệu Kiểu dữ liệu của một ô có thể là kiểu dữ liệu không gian hoặc phi không gian
Một mô hình thành phố 3D là mô hình kỹ thuật số của các khu đô thị đại diện cho địa hình bề mặt, các trang web, các tòa nhà, cây cối, cơ sở hạ tầng và cảnh quan các yếu tố về quy mô ba chiều cũng như các đối tượng có liên quan (ví dụ, đồ nội thất thành phố) thuộc khu vực đô thị Các thành phần của chúng được mô tả và biểu diễn bằng dữ liệu không gian hai chiều và ba chiều tương ứng và dữ liệu tham chiếu địa lý Mô hình thành phố 3D
Trang 1010 hỗ trợ các tác vụ trình bày, thăm dò, phân tích và quản lý trong một số lượng lớn các lĩnh vực ứng dụng khác nhau Đặc biệt, các mô hình thành phố 3D cho phép "tích hợp trực quan thông tin địa lý không đồng nhất trong một khuôn khổ duy nhất và do đó, tạo và quản lý các không gian thông tin đô thị phức tạp”
Ngày càng có nhiều nhà ra quyết định nhận ra rằng các mô hình thành phố 3D sẽ sớm trở thành một hệ thống thông tin trung tâm không thể thiếu mà hầu như ai cũng có thể truy cập Thông tin chất lượng cao và khả năng hiển thị không gian vững chắc mà chúng cung cấp - và kết quả là phạm vi sử dụng đa dạng mà chúng hỗ trợ - làm cho các mô hình như vậy trở thành công cụ có giá trị để giải quyết nhiều vấn đề
Ngoài ra, một mô hình thành phố 3D làm cơ sở cho một cặp song sinh kỹ thuật số tương ứng Mô hình của thành phố càng được làm phong phú và liên kết với các thông tin liên quan, thì mô hình kỹ thuật số của nó càng trở nên hữu ích và hữu ích hơn
Hình 1.1.1 1 Mô hình 3d thành phố
Để lưu trữ các mô hình thành phố 3D, cả hai phương pháp tiếp cận dựa trên tệp và cơ sở dữ liệu đều được sử dụng Không có giản đồ biểu diễn đơn lẻ, duy nhất do nội dung mô hình thành phố 3d không đồng nhất và đa dạng
Các thành phần của mô hình thành phố 3D được mã hóa bởi tập tin và trao đổi phổ biến định dạng cho dữ liệu raster-based GIS 2D (ví dụ, GeoTIFF ), 2D dữ liệu vector dựa trên GIS (ví dụ, AutoCAD DXF ), các mô hình 3D (ví dụ, 3 ds , obj ), và các cảnh 3D (ví
Trang 1111 dụ: Collada , Ngôn ngữ đánh dấu lỗ khóa ), chẳng hạn như được hỗ trợ bởi CAD , GIS và các công cụ và hệ thống đồ họa máy tính Tất cả các thành phần của mô hình thành phố 3D phải được chuyển đổi thành một hệ tọa độ địa lý chung
Cơ sở dữ liệu cho mô hình thành phố 3D lưu trữ các thành phần của nó theo cách có cấu trúc phân cấp, đa quy mô, cho phép quản lý dữ liệu ổn định và đáng tin cậy, đồng thời tạo điều kiện cho các nhiệm vụ phân tích và mô hình hóa GIS phức tạp Ví dụ: Cơ sở dữ liệu thành phố 3D là cơ sở dữ liệu địa lý 3D miễn phí để lưu trữ, đại diện và quản lý các mô hình thành phố 3D ảo trên cơ sở dữ liệu quan hệ không gian tiêu chuẩn Cần có cơ sở dữ liệu nếu mô hình thành phố 3D phải được quản lý liên tục Cơ sở dữ liệu mô hình thành phố 3D tạo thành yếu tố chính trong cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian 3D yêu cầu hỗ trợ lưu trữ, quản lý, bảo trì và phân phối nội dung mô hình thành phố 3D Việc triển khai chúng đòi hỏi sự hỗ trợ của vô số định dạng (ví dụ: dựa trên nhiều định dạng FME) Là ứng dụng phổ biến, cổng tải xuống dữ liệu địa lý có thể được thiết lập cho nội dung mô hình thành phố 3D
Tạo ra các nhà quản lý nhu cầu năng lượng Mô phỏng mưa lớn
Mô phỏng sự phân tán tiếng ồn và ô nhiễm không khí Hình dung thông tin ngầm
Mô phỏng giao thông
Tiếp thị du lịch và thành phố
Truy vấn thông tin tòa nhà và dữ liệu kỹ thuật khác
Tích hợp các dịch vụ cảm biến, bao gồm cả trong thời gian thực (xe buýt, giao thông khác)
Trang 1212 Mô hình thành phố 3D có thể được sử dụng cho nhiều mục đích trong ngày càng nhiều các miền ứng dụng khác nhau Ví dụ:
Hệ thống điều hướng: Bản đồ điều hướng 3D đã trở nên phổ biến cả trong hệ thống điều hướng dành cho ô tô và người đi bộ, bao gồm mô hình thành phố 3D, cụ thể là mô hình địa hình và mô hình tòa nhà 3D, để nâng cao hình ảnh mô tả và đơn giản hóa việc nhận dạng các vị trí
Quy hoạch và kiến trúc đô thị : Để thiết lập, phân tích và phổ biến các khái niệm và dự án quy hoạch đô thị, các mô hình thành phố 3D đóng vai trò là phương tiện truyền thông và tham gia Mô hình thành phố 3D cung cấp các phương tiện để truyền thông dự án, chấp nhận tốt hơn các dự án phát triển thông qua hình ảnh hóa, và do đó tránh được tổn thất tiền tệ do sự chậm trễ của dự án; chúng cũng giúp ngăn ngừa các lỗi lập kế hoạch
Cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian (SDI): Mô hình thành phố 3D mở rộng cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian và hỗ trợ quản lý, lưu trữ và sử dụng mô hình 3D trong SDI; chúng không chỉ yêu cầu các công cụ và quy trình để xây dựng và lưu trữ ban đầu các mô hình thành phố 3D mà còn phải cung cấp khả năng quản lý dữ liệu hiệu quả và phân phối dữ liệu để hỗ trợ quy trình làm việc và ứng dụng
GIS : GIS hỗ trợ dữ liệu địa lý 3D và cung cấp các thuật toán tính toán để xây dựng, chuyển đổi, xác thực và phân tích các thành phần của mô hình thành phố 3D
Quản lý khẩn cấp : Đối với các hệ thống quản lý khẩn cấp, rủi ro và thảm họa, các mô hình thành phố 3D cung cấp khung tính toán Đặc biệt, chúng phục vụ cho việc mô phỏng cháy, lũ lụt và vụ nổ Ví dụ, dự án DETORBA nhằm mục đích mô phỏng và phân tích các tác động của vụ nổ ở các khu vực đô thị với độ chính xác cao để hỗ trợ dự đoán các tác động đối với tính toàn vẹn cấu trúc và tính lành mạnh của cơ sở hạ tầng và an toàn đô thị công tác chuẩn bị của lực lượng cứu hộ
Phân tích không gian : Các mô hình thành phố 3D cung cấp khung tính toán để phân tích và mô phỏng không gian 3D Ví dụ, chúng có thể được sử dụng để tính toán tiềm năng năng lượng mặt trời cho bề mặt mái nhà 3D của các thành phố, phân tích khả năng hiển thị trong không gian đô thị, mô phỏng tiếng ồn, kiểm tra nhiệt độ các tòa nhà
Thiết kế địa lý : Trong thiết kế địa lý, các mô hình 3D ảo của môi trường (ví dụ: mô hình cảnh quan hoặc mô hình đô thị) tạo điều kiện thuận lợi cho việc khám phá và trình bày cũng như phân tích và mô phỏng
Trang 1313 Chơi game : Mô hình thành phố 3D có thể được sử dụng để lấy dữ liệu cơ sở cho các cảnh 3D ảo được sử dụng trong trò chơi điện tử và trực tuyến
Di sản văn hóa : Các công cụ và hệ thống mô hình thành phố 3D được áp dụng cho các nhiệm vụ mô hình hóa, thiết kế, thăm dò và phân tích trong phạm vi di sản văn hóa Ví dụ, dữ liệu khảo cổ học có thể được nhúng trong các mô hình thành phố 3D
Hệ thống thông tin thành phố: Mô hình thành phố 3D thể hiện khuôn khổ cho hệ thống thông tin thành phố 3D tương tác và bản đồ thành phố 3D Ví dụ: các thành phố tự quản áp dụng mô hình thành phố 3D làm nền tảng thông tin tập trung cho tiếp thị vị trí
Quản lý tài sản : Công nghệ mô hình thành phố 3D có thể mở rộng các hệ thống và ứng dụng được sử dụng trong quản lý bất động sản và tài sản
Hệ thống giao thông thông minh : Mô hình thành phố 3D có thể được áp dụng cho các hệ thống giao thông thông minh
Thực tế tăng cường : Mô hình thành phố 3D có thể được sử dụng làm khung tham chiếu cho các ứng dụng thực tế tăng cường
1.2 Chuẩn lưu trữ dữ liệu ba chiều CityGML
Mô hình thành phố 3D là các mô hình có thể đọc được bằng máy của môi trường được xây dựng với các hình học 3D của các đối tượng và cấu trúc thành phố thông thường Trước đây chúng chỉ được sử dụng để trực quan hóa, nhưng giờ đây các trường hợp sử dụng của chúng đã được làm phong phú hơn bằng cách sử dụng thêm dữ liệu như dữ liệu thuộc tính và ngữ nghĩa Dữ liệu này được mô tả trong một mô hình dữ liệu: một mô hình khái niệm sắp xếp thứ tự các phần tử dữ liệu và liên hệ chúng với nhau theo cách được chuẩn hóa Một mô hình dữ liệu được tiêu chuẩn hóa toàn cầu là cần thiết để đảm bảo tính nhất quán và sử dụng dữ liệu có thể tương tác Mô hình dữ liệu CityGML là một mô hình dữ liệu như vậy cho các mô hình thành phố 3D Nó không chỉ đại diện cho các đối tượng thành phố 3D về mặt hình học để hình dung mà còn đại diện cho dữ liệu thuộc tính và ngữ nghĩa
Các đặc điểm của CityGML:
CityGML là một mô hình thông tin mở để mô tả các mô hình cảnh quan và thành phố 3D ngữ nghĩa
Trang 1414 Mô hình thông tin mô tả hình học, cấu trúc liên kết, diện mạo và ngữ nghĩa
của các đối tượng thiết yếu của thành phố hoặc cảnh quan
Dữ liệu tuân thủ CityGML có thể ở nhiều định dạng khác nhau, ví dụ: B Có thể lưu được mã hóa XML hoặc mã hóa JSON
Các mức chi tiết khác nhau được xác định (mức LoD)
Mô hình dữ liệu CityGML được mã hóa dưới dạng định dạng trao đổi dựa trên Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng (XML) được gọi là CityGML để trao đổi dữ liệu giữa các chương trình theo cách có cấu trúc Thuật ngữ CityGML được sử dụng cho cả mô hình dữ liệu và định dạng trao đổi Hình dạng của các đối tượng tuân theo một tập hợp con của các định nghĩa hình học, chúng được thể hiện ở định dạng trao đổi Ngôn ngữ đánh dấu địa lý (GML) 3 cho các hình học, bao gồm các nguyên thủy hình học có thể được kết hợp để tạo thành các hình học tổng hợp hoặc tổng hợp XML được sử dụng để lưu trữ các mối quan hệ tôpô và chia sẻ các nguyên thủy, tổng hợp hoặc vật liệu tổng hợp Do đó, chúng có thể có ID nhận dạng (ID) duy nhất của riêng chúng Các thuộc tính hình học và ngữ nghĩa được cấu trúc trong 5 LoD liên tiếp LoD 0 đại diện cho địa hình (có thể có kết cấu) và LoD 4 đại diện cho nội thất của các tòa nhà
CityGML tóm tắt trong ba điểm chính:
Mô tả hình học, cấu trúc liên kết, diện mạo và ngữ nghĩa của các mô hình cảnh quan và thành phố ba chiều ảo
Địa hình, tòa nhà, khu vực nước và giao thông, thảm thực vật và sử dụng đất có thể được xác định
Được sử dụng để lưu trữ, hình dung và trao đổi các mô hình đó
CityGML chúng có thể có ID nhận dạng (ID) duy nhất của riêng chúng Các thuộc tính hình học và ngữ nghĩa được cấu trúc trong 5 LoD liên tiếp LoD 0 đại diện cho địa hình (có thể có kết cấu) và LoD 4 đại diện cho nội thất của các tòa nhà Còn CityJSON là một tập hợp con của mô hình dữ liệu CityGML và CityJSON không hỗ trợ LoD 4, nhiều hệ thống tham chiếu trong cùng một tập dữ liệu, ID bề mặt riêng lẻ Việc biểu diễn hình học và ngữ nghĩa CityJSON chỉ được biểu diễn theo một chiều, trong khi mô hình dữ liệu CityGML có thể biểu diễn chúng theo nhiều cách Đó là lý do tại sao chúng tôi lựa chọn chuẩn CityGML trong bài nghiên cứu này
Trang 15PostgreSQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ và đối tượng dựa trên POSTGRES, bản 4.2, được khoa điện toán của đại học California tại Berkeley phát triển POSTGRES mở đường cho nhiều khái niệm quan trọng mà các hệ quản trị dữ liệu thương mại rất lâu sau mới có
PostgreSQL là một chương trình mã nguồn mở xây dựng trên mã nguồn ban đầu của đại học Berkeley Nó theo chuẩn SQL99 và có nhiều đặc điểm hiện đại:
Câu truy vấn phức hợp (complex query) Khóa ngoại (foreign key)
Thủ tục sự kiện (trigger) Các khung nhìn (view)
Tính toàn vẹn của các giao dịch (integrity transactions)
Việc kiểm tra truy cập đồng thời đa phiên bản (multiversion concurrency control) Hơn nữa, PostgreSQL có thể dùng trong nhiều trường hợp khác, chẳng hạn như tạo ra các khả năng mới như:
Kiểu dữ liệu Hàm
Trang 1616 Toán tử
Hàm tập hợp
Phương pháp liệt kê Ngôn ngữ theo thủ tục
Truy vấn xử lý song song (parallel query)
Sao chép dữ liệu dạng luồng (Streaming replication)
PostgreSQL được phổ biến bằng giấy phép BSD cổ điển Nó không quy định những hạn chế trong việc sử dụng mã nguồn của phần mềm Bởi vậy PostgreSQL có thể được dùng, sửa đổi và phổ biến bởi bất kỳ ai cho bất kỳ mục đích nào
PostgreSQL cũng là hệ quản trị cơ sở dữ liệu hỗ trợ mạnh trong việc lưu trữ dữ liệu không gian PostgreSQL kết hợp với module Postgis cho phép người dùng lưu trữ các lớp dữ liệu không gian Khi sử dụng PostgreSQL, Postgis kết hợp với các phần mềm GIS hỗ trợ hiển thị, truy vấn, thống kê hoặc xử lý dữ liệu không gian
Lược đồ
Trong PostgreSQL, một lược đồ chứa tất cả các đối tượng, ngoại trừ các vai trò và không gian bảng Các lược đồ hoạt động giống như không gian tên một cách hiệu quả, cho phép các đối tượng cùng tên cùng tồn tại trong cùng một cơ sở dữ liệu Theo mặc định, cơ sở dữ liệu mới được tạo có một lược đồ được gọi là công khai , nhưng bất kỳ lược đồ nào khác có thể được thêm vào và lược đồ công khai không bắt buộc
Một search_path cài đặt xác định thứ tự trong đó PostgreSQL kiểm tra các lược đồ cho các đối tượng không đủ tiêu chuẩn (những đối tượng không có lược đồ tiền tố) Theo mặc định, nó được đặt thành $user, public( $user đề cập đến người dùng cơ sở dữ liệu hiện được kết nối) Mặc định này có thể được đặt trên cơ sở dữ liệu hoặc mức vai trò, nhưng vì nó là một tham số phiên, nó có thể được thay đổi tự do (thậm chí nhiều lần) trong phiên máy khách, chỉ ảnh hưởng đến phiên đó
Các lược đồ không tồn tại được liệt kê trong search_path được bỏ qua một cách âm thầm trong quá trình tra cứu đối tượng
Các đối tượng mới được tạo trong bất kỳ lược đồ hợp lệ nào (một lược đồ hiện đã tồn tại) xuất hiện đầu tiên trong đường dẫn tìm kiếm
Các loại dữ liệu
Trang 1717 Nhiều loại dữ liệu gốc được hỗ trợ, bao gồm:
Boolean
Độc đoán chính xác numerics Ký tự (văn bản, varchar, char) Nhị phân
Ngày / giờ (dấu thời gian / thời gian có / không có múi giờ, ngày tháng, khoảng thời gian)
Tiền bạc Enum Chuỗi bit
Loại tìm kiếm văn bản Tổng hợp
HStore, một kho lưu trữ khóa-giá trị được kích hoạt tiện ích mở rộng trong PostgreSQL [34]
Mảng (độ dài có thể thay đổi và có thể thuộc bất kỳ kiểu dữ liệu nào, bao gồm cả kiểu văn bản và kiểu kết hợp) lên đến 1 GB tổng dung lượng lưu trữ
Nguyên thủy hình học IPv4 và IPv6 địa chỉ
Các khối định tuyến liên miền phân lớp (CIDR) và địa chỉ MAC XML hỗ trợ truy vấn XPath
Số nhận dạng duy nhất phổ biến (UUID)
Ký hiệu đối tượng JavaScript ( JSON ) và JSONB nhị phân nhanh hơn (không giống như BSON [35] )
Ngoài ra, người dùng có thể tạo các kiểu dữ liệu của riêng họ mà thường có thể được lập chỉ mục đầy đủ thông qua cơ sở hạ tầng lập chỉ mục của PostgreSQL - GiST, GIN, SP-GiST Ví dụ trong số này bao gồm các kiểu dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý (GIS) từ dự án PostGIS cho PostgreSQL
Ngoài ra còn có một kiểu dữ liệu được gọi là miền , giống như bất kỳ kiểu dữ liệu nào khác nhưng với các ràng buộc tùy chọn do người tạo miền đó xác định Điều này có nghĩa là bất kỳ dữ liệu nào được nhập vào một cột sử dụng miền sẽ phải tuân theo bất kỳ ràng buộc nào đã được xác định là một phần của miền
Trang 1818 Có thể sử dụng kiểu dữ liệu đại diện cho một phạm vi dữ liệu được gọi là kiểu phạm vi Đây có thể là các phạm vi rời rạc hoặc các phạm vi liên tục Các loại phạm vi tích hợp sẵn có bao gồm phạm vi số nguyên, số nguyên lớn, số thập phân, dấu thời gian (có và không có múi giờ) và ngày
Các loại phạm vi tùy chỉnh có thể được tạo để cung cấp các loại phạm vi mới, chẳng hạn như phạm vi địa chỉ IP sử dụng loại inet làm cơ sở hoặc phạm vi float sử dụng kiểu dữ liệu float làm cơ sở Phạm vi các loại hỗ trợ ranh giới phạm vi toàn diện và độc quyền sử dụng [/ ]và (/ )ký tự tương ứng Các loại phạm vi cũng tương thích với các toán tử hiện có được sử dụng để kiểm tra chồng chéo, ngăn chặn, quyền của v.v
Đối tượng do người dùng xác định
Có thể tạo các kiểu mới của hầu hết các đối tượng bên trong cơ sở dữ liệu, bao gồm: Phách
Chuyển đổi Loại dữ liệu Miền dữ liệu
Các chức năng, bao gồm các chức năng tổng hợp và các chức năng cửa sổ Chỉ mục bao gồm chỉ mục tùy chỉnh cho các loại tùy chỉnh
Các toán tử (các toán tử hiện có có thể bị quá tải ) Ngôn ngữ thủ tục
PostgreSQL có hỗ trợ tích hợp cho ba ngôn ngữ thủ tục:
SQL thuần túy (an toàn) Các hàm SQL đơn giản hơn có thể được mở rộng nội tuyến vào truy vấn gọi (SQL), giúp tiết kiệm chi phí gọi hàm và cho phép trình tối ưu hóa truy vấn "nhìn thấy bên trong" hàm
Ngôn ngữ thủ tục / PostgreSQL ( PL / pgSQL ) (an toàn), giống với Ngôn ngữ thủ tục của Oracle cho ngôn ngữ thủ tục SQL ( PL / SQL ) và SQL / Mô-đun được lưu trữ liên tục ( SQL / PSM )
C (không an toàn), cho phép tải một hoặc nhiều thư viện chia sẻ tùy chỉnh vào cơ sở dữ liệu Các hàm được viết bằng C mang lại hiệu suất tốt nhất, nhưng các lỗi trong mã có thể bị lỗi và có khả năng làm hỏng cơ sở dữ liệu Hầu hết các hàm tích hợp được viết bằng C
Trang 1919 Ngoài ra, PostgreSQL cho phép các ngôn ngữ thủ tục được tải vào cơ sở dữ liệu thông qua các phần mở rộng Ba phần mở rộng ngôn ngữ được bao gồm trong PostgreSQL để hỗ trợ Perl , Python (theo mặc định, Python 2 đã ngừng hoạt động được sử dụng, ngay cả trong PostgreSQL 13; Python 3 cũng được hỗ trợ bằng cách chọn plpython3u) và Tcl Có các dự án bên ngoài để thêm hỗ trợ cho nhiều ngôn ngữ khác, bao gồm Java , JavaScript (PL / V8), R (PL / R), Ruby , và các ngôn ngữ khác
PgAdmin
PgAdmin miễn phí và là công cụ quản lý giao diện đồ họa mã nguồn mở cho PostgreSQL, là cơ sở dữ liệu mã nguồn mở cao cấp nhất trên thế giới Nó có thể dùng trên Linux, FreeBSD, Solaris, Mac OSX và Window pgAdmin được thiết kết để đáp ứng nhu cầu của tất cả người dùng, từ việc viết truy vấn đơn giản để phát triển cơ sở dữ liệu phức tạp Giao diện đồ họa hỗ trợ tất cả các tính năng của PostgreSQL và làm cho việc quản trị dễ dàng Ứng dụng này cũng bao gồm bộ soạn thảo cú pháp SQL, bộ soạn thảo mã server-side
PgAdmin cung cấp giao diện để: Quản trị DB
Quản trị và cấu hình máy chủ (pg_hba.conf, postgresql.conf) Quản lý người dùng và nhóm
Thiết lập đặc quyền (quyền những gì người dùng có thể làm và không thể làm Truy vấn DB
Trình tạo truy vấn đồ họa
Tương tự như các trình kết nối DB được vận chuyển với các bộ Office thông thường (ví dụ: MS the evil Office và Libre the dũng cảm Office)
Cho phép kéo và thả các bảng cần thiết, nhấp vào lựa chọn các cột bắt buộc Giao diện để hạn chế các thuộc tính bảng
1.3.2 Cơ sở dữ liệu Oracle( mã nguồn đóng)
Cơ sở dữ liệu Oracle (thường được gọi là Oracle DBMS hoặc đơn giản là Oracle ) là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu đa mô hình do Tập đoàn Oracle sản xuất và tiếp thị Nó là
Trang 2020 một cơ sở dữ liệu thường được sử dụng để chạy các khối lượng công việc xử lý giao dịch trực tuyến (OLTP), kho dữ liệu (DW) và hỗn hợp (OLTP & DW) Cơ sở dữ liệu Oracle có sẵn bởi một số nhà cung cấp dịch vụ tại chỗ , trên đám mây hoặc dưới dạng cài đặt đám mây kết hợp Nó có thể được chạy trên máy chủ của bên thứ ba cũng như trên phần cứng Oracle ( Exadata tại chỗ, trên Đám mây Oracle hoặc tại Đám mây tại Khách hàng )
Cơ sở dữ liệu không gian của Oracle được đưa vào cơ sở dữ liệu hội tụ của Oracle, cho phép các nhà phát triển và nhà phân tích bắt đầu dễ dàng với các dịch vụ bản đồ và phân tích tình báo vị trí Nó cho phép các chuyên gia Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) triển khai thành công các ứng dụng không gian địa lý tiên tiến Các tổ chức có thể quản lý các loại dữ liệu không gian địa lý khác nhau, thực hiện hàng trăm thao tác phân tích không gian và sử dụng các công cụ trực quan hóa bản đồ tương tác với các tính năng không gian trong Cơ sở dữ liệu tự trị Oracle và Cơ sở dữ liệu Oracle
Nền tảng vị trí và không gian của Oracle mang lại khả năng mở rộng doanh nghiệp, bảo mật và hiệu suất để cung cấp năng lượng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất trong Cơ sở hạ tầng đám mây Oracle và tại chỗ
Dữ liệu không gian 2D: Lưu trữ và truy vấn hình học không gian 2D
Dữ liệu đám mây điểm 3D và phát hiện và đo ánh sáng (LiDAR): Quản lý dữ liệu cảm biến không gian từ quá trình quét laze hoặc phép đo quang, để sử dụng trong hệ thống thông tin địa lý 3D doanh nghiệp (GIS) và các ứng dụng Thành phố thông minh Hỗ trợ 3D được tối ưu hóa cho các luồng công việc đám mây điểm và CityGML
Dữ liệu Raster: Lưu trữ và xử lý dữ liệu raster được tham chiếu địa lý
Dữ liệu mạng: Mô hình giao thông đường bộ, viễn thông, tiện ích, năng lượng và các mạng khác và phân tích dữ liệu
Dữ liệu cấu trúc liên kết Truyền dữ liệu điểm
Lựa chọn PostgreSQL
Chúng tôi sử dụng PostgreSQL làm hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu Mã nguồn mở
Dựa trên SQL
Trang 2121 Sử dụng nó bằng giao diện điều khiển, GUI (pgAdmin) hoặc giao diện lập trình (R,
Python, Java, )
PostGIS bổ sung các chức năng không gian
1.4 Các phần mềm mô hình hóa đối tượng ảo ba chiều
Top phần mềm xây dựng ba chiều chuyên nghiệp nhất
Hình 1.4 1 Bảng xếp hạng các phần mềm dựng mô hình 3D
Blender
Là phần mềm thiết kế mã nguồn mở, toàn diện, hoàn toàn miễn phí nổi tiếng nhất hiện nay Blender cung cấp đầy đủ công cụ tạo hình và xử lý lưới (mesh) Một khi đã thành thạo Blender, bạn hoàn toàn có khả năng “vẽ ” những thứ mình “nghĩ” ra!
Blender nổi bật lên là một phần mềm 3D hoàn toàn miễn phí với dung lượng gói cài đặt thấp (vào khoảng 50 đến 60 MB) ít hơn rất nhiều so với các phần mềm như 3DSMax
Trang 2222 hay Maya, có thể lên đến hàng GB, rất tiện lợi cho quá trình cài đặt và phân phối Có cộng đồng sử dụng đông đảo, được quan tâm, được cập nhật thường xuyên Blender rất dễ học, nếu có tư duy 3D tốt, chỉ trong một thời gian ngắn bạn sẽ có thể tạo ra các tác phẩm 3D của riêng mình Ngoài ra, bạn cũng có thể tìm thấy rất nhiều nguồn tham khảo kiến thức về 3D từ môi trường mạng (Model, Tutorial, Asset, Script v v )
Blender được sử dụng để làm phim hoạt hình, kỹ xảo, render ảnh nghệ thuật, thiết kế mẫu in 3D, tương tác 3D, hoạt cảnh animation và Video game
Các features tiêu biểu:
Modeling: Dựng hình
Materials/Texturing: kết cấu và vật liệu
Lighting, Rendering (internal/external): Ánh sáng và kết xuất hình ảnh Rigging: Gắn xương chuẩn bị cho chuyển động
Animation: Diễn hoạt chuyển động Compositing: Xử lý hình ảnh
Dynamics/Simulation (fluids, particles, softbodies,…): Các hiệu ứng vật lý
Autodesk 3Ds Max
Nằm trong danh sách top những phần mềm thiết kế nhà 3D chuyên nghiệp đặc sắc Autodesk 3Ds Max mang lại cho người sử dụng cảm giác chuyên nghiệp, hiện đại khi sử dụng với các công cụ thiết kế đồ họa từ cơ bản đến nâng cao, đến những hiệu ứng đặc sắc như sóng, nước, tuyết rơi, lửa, bóng gỗ và danh sách màu sắc đa dạng thoải mái lựa chọn
Với giao diện thân thiện, công cụ tiện ích phong phú, tính năng xử lý và phân tích hoạt cảnh với độ phức tạp cao Autodesk 3Ds Max được nhiều người dùng tin dùng và lựa chọn là phần mềm thiết kế nhà chuyên nghiệp nhất hiện nay
SketchUp
SketchUp là một phần mềm mô hình hóa 3D, dành cho các kiến trúc sư, các kỹ sư, nhà phát triển trò chơi điện tử, các đạo diễn điện ảnh và các ngành nghề có liên quan Phần mềm này khởi đầu được phát triển bởi công ty @Last Software, có trụ sở tại Boulder, Colorado, Mỹ Phần mềm này nổi bật như một công cụ diễn tả ý tưởng đơn giản, nhanh gọn với giao diện đồ họa cho người sử dụng
Một vài đặc điểm nổi bật:
Trang 2323 Không cần phần cứng mạnh như các phần mềm mô hình hóa khác như 3D Max, FormZ, Maya
Hệ thống giao diện với con trỏ đồ họa thông minh cho phép người sử dụng dựng hình vẽ ba chiều trong không gian hai chiều của màn hình
Các mặt, diện (face) được định nghĩa đơn giản dựa trên một miền khép kín Tạo khối đơn giản nhanh gọn bằng công cụ "kéo-đẩy" (push-pull tool) Công cụ chỉnh sửa khối (extrude - widen) và tạo khối theo đường sinh cho trước (follow me tool)
Khả năng cho phép mô phỏng, hiệu chỉnh góc chiếu của mặt trời vào tất cả các thời điểm trong năm cũng như bao quát các góc nhìn cho hiệu quả gần như tức thời
Bản vẽ được kết xuất (render) ở tốc độ cao dựa trên tốt giản hệ mô hình đa giác thấp (low-poly), có phong cách trình bày độc đáo
Khả năng giao tiếp rộng rãi với các phần mềm mô hình khác
Có thể kết hợp với các trình kết xuất ngoài (Renderer) để cho ra những hình ảnh tốt hơn (etc IRender, Podium, Indigo, Kerkythea )
Chìa khóa quyết định cho thành công của phần mềm nằm ở độ nhận biết các đường cong, tuy không sâu như các phần mềm mô hình hóa ba chiều trên thị trường nhưng đã đem lại tốc độ xử lý nhanh Tuy nhiên chính điều này cũng hạn chế khả năng mô phỏng thực tế của SketchUp
Một ứng dụng hữu hiệu của phần mềm này là thiết kế mẫu nhà Sau khi thiết kế xong mô hình, người dùng có thể kết hợp sử dụng Google Earth để dán mẫu nhà vừa thiết kế lên hình ảnh khu vực có lô đất đó, để xem nó phù hợp với toàn cảnh ra sao Ngoài ra, người sử dụng cũng có thể chia sẻ thiết kế của mình với những người dùng khác thông qua tính năng 3D warehouse các mô hình đã hoàn thành từ nhà cửa cho tới đồ đạc, vật dụng, xe cộ, tượng, cầu
Google sketchup hỗ trợ những chức năng xuất ra 3d model google earth,… hay đọc file autocad Cho phép đặt bản thiết kế nhà của bạn lên không gian khu vực mà bạn dự kiến xây dựng để xem toàn cảnh ngôi nhà sau khi hoàn thiện có phù hợp với vị trí đã chọn hay không , xấu đẹp ra sao và từ đó bạn có thể chỉnh sửa sao cho phù hợp với không gian thực tế Với 1 hệ thống toolbar cực kỳ đơn giản là có thể tạo mô hình 3d Với đầy đủ chức năng
Trang 2424 từ kích thước cho đến tạo bề mặt cho hình khối, hỗ trợ 10 loại vật liệu: bê tông, mặt đất, kính, kim loại… Chức năng vẽ tỷ lệ và layer cũng được hỗ trợ và có cả hàng nghìn model được chia sẻ trên mạng Sketchup tích hợp sẵn nhiều công cụ hỗ trợ người dùng thiết kế những chi tiết từ cơ bản đến phức tạp như các khối hình học đa giác, offset, followme, các khối lập phương, …Đặc biệt Sketchup còn có thêm chức năng tạo bóng, dán ảnh lên các hình khối đã tạo sẵn
1.5 Công cụ Nhập / Xuất 3D City Database
3D City Database từng đoạt giải thưởng là cơ sở dữ liệu địa lý miễn phí để lưu trữ, đại diện và quản lý các mô hình thành phố 3D ảo trên cơ sở dữ liệu quan hệ không gian tiêu chuẩn Lược đồ cơ sở dữ liệu thực hiện tiêu chuẩn CityGML với các đối tượng đô thị đa quy mô và phong phú về mặt ngữ nghĩa tạo điều kiện cho các nhiệm vụ phân tích phức tạp, vượt xa sự hình dung 3DCityDB được sử dụng sản xuất và thương mại trong hơn 14 năm ở nhiều nơi trên thế giới Nó cũng được sử dụng trong nhiều dự án nghiên cứu liên quan đến mô hình thành phố 3D
3D City Database đi kèm với các công cụ để trao đổi dữ liệu dễ dàng và kết hợp với các dịch vụ đám mây Nội dung Cơ sở dữ liệu thành phố 3D có thể được xuất trực tiếp ở
định dạng KML, COLLADA và glTF để hiển thị trong nhiều ứng dụng như Google Earth,
ArcGIS và Quả cầu ảo Cesium dựa trên WebGL
3DCityDB là một lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ Lược đồ kết quả từ ánh xạ mô hình dữ liệu hướng đối tượng của CityGML sang mô hình dữ liệu quan hệ của RDBMS Lược đồ giống như một 'bản thiết kế' của cơ sở dữ liệu
Trang 2525 3DcityDB chi tiết:
Cơ sở dữ liệu địa lý 3D miễn phí
Cho phép lưu trữ, đại diện và quản lý các mô hình thành phố 3D ảo Tất cả các mô-đun chuyên đề từ CityGML 2.0
Năm cấp độ chi tiết khác nhau (LOD)
Dữ liệu giao diện (ví dụ: kết cấu, màu sắc) ngoài các hình học 3D linh hoạt Hỗ trợ các đối tượng 3D chung và nguyên mẫu
Mô hình địa hình kỹ thuật số phức tạp (DTM) Giao diện Dịch vụ Tính năng Web (WFS)
Hoạt động với Oracle Spatial 10g, 11g, 12c và 19c (Spatial và Locator) hoặc PostGIS 2.0 trở lên
Các vùng chứa Docker có sẵn để thiết lập nhanh chóng và vận hành đám mây 3D City Database
Trang 2626
Importer/Exporter 3D City Database
Hỗ trợ đầy đủ cho việc nhập / xuất bộ dữ liệu CityGML 2.0 và 1.0; hỗ trợ nhập / xuất lát gạch
Hỗ trợ nhập / xuất bộ dữ liệu CityJSON
Xuất các mô hình KML / COLLADA / glTF để được sử dụng với GIS và Trình duyệt toàn cầu kỹ thuật số như ArcGIS, C esiumJS, Google Earth hoặc iTown Bong bóng thông tin KML chung
Đọc / ghi tài liệu CityGML có kích thước tệp tùy ý; hỗ trợ nén gzip & zip Khả năng truy vấn và lọc mạnh mẽ
Lập trình đa luồng tạo điều kiện xử lý hiệu suất cao Giải quyết các liên kết XL về phía trước và phía sau Xác thực XML của các tài liệu CityGML
Hệ thống tham chiếu tọa độ do người dùng xác định
Trang 2727 Phối hợp các chuyển đổi để xuất CityGML
Xuất dữ liệu chuyên đề sang bảng tính (CSV và Microsoft Excel) Chế độ hàng loạt & Giao diện người dùng đồ họa
Chương 2: Cấu trúc dữ liệu CityGML và cách thức lưu trữ
2.1 Tổng quan về chuẩn CityGML
Mặt phẳng và đường thẳng là hai cấu trúc hình học đơn giản xây dựng nên cấu trúc hình học của CityGML Mặt phẳng được định nghĩa về mặt hình học bao gồm các đường bao ngoài và đường bên trong Các đối tượng trong CityGML chủ yếu được xây dựng từ các mặt phẳng Còn các đối tượng dạng đường cong chủ yếu được cấu thành bởi các đoạn thẳng Các đoạn thẳng này được xác định bằng điểm đầu và điểm cuối với các giá trị tọa độ Các giá trị tọa độ sẽ được gán trong các hệ tọa độ với hệ quy chiếu nhất định Các đối tượng hình học trong CityGML có quan hệ hình học (topology) tương đối đơn giản Các đối tượng hình học có thể sở hữu chung một đối tượng hình học là thành phần của nó
Đối tượng trong CityGML được biểu diễn theo nguyên tắc đa tỷ lệ với các cấp độ chi tiết khác nhau Các đối tượng không gian được chia thành 5 mức độ chi tiết (Level of Detail) khác nhau bao gồm LoD0, LoD1, LoD2, LoD3 và LoD4
Trong các cấp độ chi tiết:
Cấp độ chi tiết LoD0 là cấp độ tương đương với dữ liệu 2D (bao gồm các đường viền chân nhà)
Trang 2828 Cấp độ chi tiết LoD1 sẽ hiển thị mỗi khối nhà bằng một hình khối đặc đơn giản bằng cách dâng cao (extrution) đường viên chân nhà lên một độ cao nhất định
Cấp độ chi tiết LoD2 sẽ bổ sung thêm phần mái nhà so với cấp độ chi tiết LoD1 Cấp độ chi tiết LoD3, các phần của ngôi nhà sẽ được bổ sung như ống khói, các cửa sổ, cửa ra vào, v.v…
Cấp độ chi tiết cao nhất LoD4, mỗi ngôi nhà có thể hiển thị cả không gian bên trong nhà, các đồ vật, nội thất bên trong của ngôi nhà
Hình 2.1.1 Các cấp độ chi tiết
Các đối tượng không gian 3D có thể được tạo thành từ bề mặt với các chất liệu khác nhau Chẳng hạn một ngôi nhà có thể có mái ngói, mái tôn, mái xi măng, v.v Mô hình 3D của đối tượng thể hiện được các đặc tính này bằng cách xây dựng các bề mặt hiển thị trong phần định nghĩa đối tượng CityGML Bề mặt hiển thị này có thể có thể xây dựng bằng chụp ảnh thực, hoặc tạo ra bằng các hình dạng hoa văn (texture)
CityGML là một tiêu chuẩn mở cho các mô hình thành phố 3D được thiết kế với cách tiếp cận hướng đối tượng Mô hình dữ liệu CityGML có thể được phân tách trong một mô-đun lõi và các mô-đun phụ như cầu, tòa nhà, cityfurniture, cityobjectgroup, generics, sử dụng đất, cứu trợ, giao thông vận tải, đường hầm, thảm thực vật và vùng nước
Trang 29
29 Hình 2.1.2: Tổng quan các mô-đun của chuẩn CityGML
Mỗi mô-đun con bao gồm một trong những đối tượng thành phố phổ biến nhất với các thuộc tính, hình học và thuộc tính ngữ nghĩa của chúng Mặc dù không được khuyến khích, mỗi đối tượng có thể chứa một hệ quy chiếu khác nhau Các thuộc tính, không được chỉ định rõ ràng trong lược đồ, được mô hình hóa dưới dạng các thuộc tính chung Kiểu dữ liệu của các thuộc tính chung phải được chỉ định Kiểu dữ liệu của giá trị thuộc tính có thể là Chuỗi, Số nguyên, Đôi, URI và gml: MeasureType Hình dạng của các đối tượng tuân theo một tập hợp con của các định nghĩa hình học trong ISO 19107: MultiPoint, LineString, MultiSurface, CompositeSurface, Solid, MultiSolid và CompositeSolid Chúng được thể hiện ở định dạng trao đổi Ngôn ngữ đánh dấu địa lý (GML) 3 cho các hình học, bao gồm các nguyên thủy hình học có thể được kết hợp để tạo thành các hình học tổng hợp hoặc tổng hợp XLinks được sử dụng để lưu trữ các mối quan hệ tôpô và chia sẻ các nguyên thủy, tổng hợp hoặc vật liệu tổng hợp Do đó, chúng có thể có ID nhận dạng (ID) duy nhất của riêng chúng Các thuộc tính hình học và ngữ nghĩa được cấu trúc trong năm LoD liên tiếp LoD 0 đại diện cho địa hình (có thể có kết cấu) và LoD 4 đại diện cho nội thất của các tòa nhà
2.1.2 Cách thức để lưu trữ ra sao
Trang 3030 CityGML được xây dựng trên nền tảng ngôn ngữ XML nên cấu trúc file dữ liệu trong CityGML sẽ giống như các file XML tiêu chuẩn Mỗi file dữ liệu CityGML sẽ bao gồm phần thông tin đầu file XML có sử dụng phần định nghĩa đối tượng dữ liệu và phần dữ liệu Đối với những dữ liệu XML phức tạp như GML và CityGML thì thường phần định nghĩa đối tượng sẽ được đặt ở các file riêng biệt để cấu trúc dữ liệu tường minh và logic hơn
Một mô hình đô thị ảo ba chiều thường được lưu trữ trong tệp tin CityGML, phần mở rộng thường là ‘*.gml’ Trong tệp tin này cần phải khai báo các mô-đun định nghĩa mô hình không gian(GML) và các mô-đun định nghĩa các mô hình ngữ nghĩa chuyên đề
Hình 2.2.1: các mô đun ngữ nghĩa chuyên đề