CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH 3D
1.4. Các quy định về mơ hình 3D
Hiện trên thế giới có nhiều các chuẩn về mơ hình 3D, trong khn khổ đề tài xin giới thiệu một chuẩn được xem là cơ bản nhất của mơ hình 3D đó là chuẩn dữ liệu CityGML.
- Chuẩn dữ liệu CityGML:
CityGML là mơ hình dữ liệu mở trên nền XML cho lưu trữ và trao đổi dữ liệu mơ hình 3D thành phố ảo do Giáo sư Thomas Kolbe và nhóm nghiên cứu của Đại học Berlin, Đức nghiên cứu và phát triển lý thuyết. Phần mềm thử nghiệm ứng dụng chuẩn này cũng đã được lập và dùng trong dự án xây dựng Mơ hình 3D city của Berlin. Năm 2008, CityGML đã được OGC và ISO TC211 đánh giá và chọn là chuẩn quốc tế cho sản phẩm mơ hình 3D city.
CityGML qui định 5 mức độ chi tiết của mơ hình 3D city. Hình 1.5 minh họa cho cách thể hiện đối tượng nhà ở từng mức độ chi tiết này.
LOD 0 2.5D DTM LOD1 Mơ hình khối hộp khơng có cấu trúc mái LOD2 Mơ hình có cấu trúc mái, có dán ảnh LOD3 Mơ hình kiến trúc chi tiết LOD4 Mơ hình kiến trúc nội thất chi
tiết của khối nhà
Hình 1.5 : Định nghĩa mức độ chi tiết theo chuẩn CityGML
CityGML định nghĩa các nhóm thơng tin, mối quan hệ giữa chúng cho phần lớn các đối tượng địa hình đơ thị cho mơ hình thành phố và khu vực trong các khía cạnh về kích thước và vị trí hình học, quan hệ topology, quan hệ ngữ nghĩa và các hình thức hiển thị. Mơ hình này cũng bao gồm trật tự phân cấp đối tượng của các nhóm thơng tin chuyên đề, quan hệ giữa các đối tượng và các thuộc tính khơng gian của chúng. Các thơng tin thuộc tính này cho phép thực hiện các phép phân tích phức
18
tạp trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau như mô phỏng, quản lý vận hành các dịch vụ hạ tầng, khai thác dữ liệu đơ thị... Hình 1.6 là mơ hình quan hệ các thành phần của mơ hình nhà ở LOD3 theo qui định của CityGML
Hình 1.6 : Các thành phần mơ hình nhà ở LOD3 theo CityGML
Mơ hình 3D city chuẩn của CityGML cũng đang được các hãng phần mềm thương mại nghiên cứu để dần đưa vào áp dụng trong các sản phẩm của mình.
- LOD và MultiLOD:
Với cơng nghệ phát triển nhanh ngày nay, ngày càng nhiều giải pháp cho phép thu thập dữ liệu để xây dựng bản đồ 3D ở mức độ chi tiết cao hơn. Mức độ chi tiết là vấn đề quan trọng nhất là khi đề cập đến bản đồ 3D như 1 sản phẩm bản đồ thông dụng của hệ thống hạ tầng dữ liệu địa lý. Mức độ chi tiết ở đây cũng tương tự như khái niệm tỷ lệ của bản đồ truyền thống sẽ quyết định không chỉ cách thể hiện mà còn hệ thống phân loại đối tượng, mức độ chi tiết của thơng tin thuộc tính ... và cũng ảnh hưởng rất nhiều đến chi phí thành lập bản đồ 3D. Hình 1.7 là minh họa phương án thể hiện nhiều mức độ chi tiết cho 1 khu vực đô thị.
19
Mức độ chi tiết cao của dữ liệu bản đồ 3D cho phép thực hiện nhiều ứng dụng hơn. Khu vực đô thị, mật độ dân số cao, hệ thống hạ tầng dày đặc với nhiều hoạt động kinh tế xã hội diễn ra hàng ngày đòi hỏi dữ liệu độ chi tiết cao cho các ứng dụng của mình. Lùi dần ra vùng ngoại ô, nhu cầu đối với này cũng giảm dần do đó việc nghiên cứu phương án mơ hình bản đồ 3D với nhiều mức độ chi tiết là phù hợp nhất là đối với các đơ thị tính đồng nhất thấp ở các nước đang phát triển. Hình 1.7 là một minh họa cho phương án bản đồ 3D nhiều mức độ chi tiết này.
- Mơ hình hình học khối nhà 3D
Trong những năm vừa qua, nhiều mơ hình cấu trúc dữ liệu đã được phát triển và ứng dụng thành công cho thể hiện các đối tượng đặc trưng của địa hình như bề mặt DEM, đường giao thông, sông suối, thực vật ...vv. Nhưng phần lớn các mơ hình này có cấu trúc 2D hay 2.5D. Một mơ hình hình học 3D phù hợp cần phải được xác định để mơ hình hóa vị trí khơng gian độ chính xác cao và topology của đối tượng và đồng thời cho phép mở rộng để gắn các dữ liệu thuộc tính cũng như các hình ảnh bề mặt phục vụ cho các phép tốn phân tích cũng như cải thiện khả năng hiển thị và nhận biết đối tượng cho người dùng.
Có nhiều mơ hình hình học cho thể hiện các khối nhà 3D, 3 mơ hình thơng dụng nhất là Wireframe model – mơ hình đường viền, surface model – mơ hình bề mặt và solid model – mơ hình khối đặc.
Hình 1.8 thể hiện ví dụ về mơ hình đường viền cho 1 nhóm các khối nhà. Đây là 1 mơ hình khá đơn giản, trong đó các cạnh được nối từ các đỉnh và khơng có thơng tin nào được lưu trữ cho các bề mặt của đối tượng. Các điểm nút đen là các đỉnh khép kín 1 polygon dựa trên đó các bề mặt của đối tượng có thể được thể hiện khi tổng hợp ảnh phối cảnh. Mơ hình này thường được sử dụng trong các phần mềm đồ họa 3D nhiều năm trước hoặc dùng cho các mơ hình trung gian trong q trình xây dựng các mơ hình 3D hồn thiện hiện nay.
Hình 1.9 là ví dụ về mơ hình bề mặt. Các đối tượng trong mơ hình này được thể hiện bằng thành phần bề mặt được gọi là patch – cụm bề mặt bao gồm nhiều polygon. Các polygon được thể hiện bằng các đỉnh và thông tin topology liên kết
20
các đỉnh này. Mơ hình này cũng có cấu trúc dữ liệu tương đối đơn giản cho phép tốc độ tổng hợp ảnh phối cảnh nhanh. Một khối nhà có thể được thể hiện bằng 1 patch bao gồm các mặt tường và 1 patch thể hiện các thành phần của mái. Mơ hình này được hỗ trợ khá tốt trong bộ phần mềm GIS của ESRI. Tuy nhiên mơ hình này cũng có nhược điểm khi cần thể hiện các cấu trúc khối nhà cong khi đó số lượng thành phần bề mặt cần sử dụng sẽ tăng tỷ lệ với bán kính của đường cong và sẽ làm tăng đáng kể độ nặng của mơ hình.
Mơ hình khối đặc (hình 1.10) thường được dùng để thể hiện các khối cấu trúc 3D trong môi trường CAD của các phần mềm hiện nay. Các mơ hình khối đặc thông dụng như CSG (Constructive Solid Geometry) và B-rep (Boundary representation) rất phù hợp để thể hiện các đối tượng với mơ hình hình học phức tạp cũng như các đặc tính của các chi tiết này. Tuy nhiên, mơ hình này cũng yêu cầu bộ nhớ lớn và tốc độ hiển thị cũng tương đối chậm do cấu trúc dữ liệu phức tạp, q trình phân tích dữ liệu khá nặng cho các phép tốn phân tích tạo ảnh phối cảnh phục vụ cho hiển thị tương tác.
Hình 1.8 : Mơ hình khối nhà dạng Wireframe
21
Hình 1.10: Mơ hình khối nhà dạng Solid
Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu và thử nghiệm thành lập mơ hình 3D, và có các tổ chức thực hiện nhưng chưa có qui định chính thức nào. Hiện tại trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp bộ của Tổng công ty tài nguyên và môi trường Việt Nam hiện đang soạn:
Dự thảo thơng tư quy định quy phạm, quy trình thành lập CSDL khơng gian địa lý và bản đồ 3 chiều tỉ lệ lớn – Đề tài “Nghiên cứu, xây dựng quy trình thành lập cơ sở dữ liệu không gian địa lý và bản đồ ba chiều tỷ lệ lớn- Tác giả Cáp Xuân Tú và nhóm tác giả”
22