Arbejdsprogram 2008-2009, indsatsområde 1.4 Foranalyse af 3D-modeller og FOT udarbejdet af FOT-sekretariat marts 2009
Indledning, Motivation og baggrund... 3 Kilder til foranalysen... 3 Kortlægning af den nuværende anvendelse af 3D-bymodeller... 4 FOT og 3D bymodeller... 5 FOT2007 og 3D-bygning... 5 Det danske marked for 3D bymodeller... 6 Vedligeholdelse og kobling... 6 Fremtidigt behov: 3D-bymodellering som administrationsgrundlag?... 6 Konklusion... 7 Det videre arbejde... 7 Perspektivering... 8 Litteratur/kilde liste... 8 2
FOTdanmark Weidekampsgade 10 2300 København S tlf: 33 70 33 70 www.fot.dk Direkte: 33703744 e-mail: amc@kl.dk ref: amc 1.4. Foranalyse af 3D-modeller og FOT 12. marts 2009 Indledning, motivation og baggrund Adskillige kommuner i Danmark har etableret eller er i færd med at etablere 3D-bymodeller for centrale dele af byen. Udviklingen fra en 2D- til en 3D-baseret præsentation af byen er et globalt fænomen i stærk fremdrift. 3D-modellering finder især anvendelse i forbindelse med visualisering af byggeprojekter og byplanlægning. Udbredelsen hænger naturligt sammen med, at det for så vidt er blevet lettere og dermed mindre bekosteligt at udarbejde 3D-bymodeller. FOTdanmark sekretariatet har som en del af arbejdsprogrammet 2008-2009 foretaget en foranalyse af 3D-modeller i relation til FOT-specifikationen med henblik på at afklare dels behovet for at indarbejde 3D-modeller i specifikationen, og dels give en vurdering og forsøgsvis afklaring af de problemfelter, der givet vil opstå i forbindelse med en integrering af 3D-data i FOT2007. Kilder til foranalysen I dette arbejde har sekretariatet i FOTdanmark inddraget en række forskellige kilder, først og fremmest Geoforums vejledning i etablering af 3D-bymodeller (september 2008), der er udarbejdet af et udvalg bestående af repræsentanter fra stat, kommuner, universiteter og producenter. Endvidere har samtaler med en række nøglemedarbejdere i KMS, kommuner med 3Dbymodeller, og med repræsentanter for producenterne (COWI A/S, Scankort A/S og BlomInfo A/S) indgået i informationssøgningen. Endelig har Geoforum, Silkeborg Kommune og FOTdanmark i fællesskab arrangeret en workshop om 3D-bymodeller og FOT d. 4. marts 2009 i Århus, med det formål at vidensdele på området, afdække behovet for integrering mellem 3D og 2D, og afklare en række af de problemfelter, der tegner sig i forbindelse med FOT-specifikationen og 3D-modellering. Foranalysen giver dels et overblik over og en vurdering af, hvor langt arbejdet med 3Dbymodeller er, dels gennemgås en række problemfelter, som sekretariatet vurderer, skal lægges til grund for en vurdering af det videre forløb. 3
Kortlægning af den nuværende anvendelse af 3D-bymodeller På nuværende tidspunkt har 27 kommuner etableret 3D-modeller af hele eller dele af bykernen, oftest i forbindelse med visualisering som et led i projektforarbejde. 3D-modelleringen giver et umiddelbart forståeligt indtryk af, hvordan byrummet opfattes, og ligeledes hvordan en given ændring i byplanlægningen vil ændre det samlede indtryk. Som 3D-modellering anvendes i dag, til visualisering af byarkitektur, er det umiddelbare behov at etablere en model, der ligner virkeligheden snarere end det traditionelle 2D-kortværk, der gengiver virkeligheden. Således er flertallet af kommuner endnu ikke begyndt at anvende 3D-modeller, og behovet for 3D-dataregistrering er fortsat meget varierende. Modeltyper Der arbejdes i Geoforums vejledning med fire forskellige modeltyper i 3D-modellering af bygninger: Model 1: Klodsmodel baseret på de eksisterende bygningspolygoner, tilføjet en kote til tag, der nedfældes lodret til terræn. Bygningen vil i 3D blive vist som en kube, men den vil kunne draperes med ortofotos på både bygningstage og terræn og give en god fornemmelse af tagformer mm. Model 2: De mest basale tagflader måles, så der fx differentieres mellem fladt eller saddeltag. Bygningerne vil enten være nymålte fotogrammetrisk eller dannet med udgangspunkt i bygninger fra tekniske kort. Model 3: Denne type er en videre detaljering af type 2, hvor modellen suppleres med en lang række tagdetaljer, hvis niveau naturligt afhænger af opgaven. Model 4: Her er modellen tekstureret mere eller mindre detaljeret, og detaljeringsgraden af terrestriske billeder er ofte høj og manuelt tilpasset og redigeret. Som det fremgår, er der på sin vis tale om basalt set kun to typer; type 1 og type 2 til 4 med stigende detaljeringsgrader. Til type 1 knytter der sig et særligt forhold, der skønnes at have konsekvenser for en evt. FOTspecificering af objektet 3D-bygning: definition af bygningens højde skal man her registrere højeste punkt på bygningen, en middelkote eller de faktiske koter på bygningshjørner (hvilket indebærer en konflikt med lodrette vektorer, se nedenfor)? Fremstilling af 3D-modeller Man kan således definere en 3D-bygning på forskellig måde, og definitionen er afhængig af, hvordan modellen fremstilles. 3D-bymodellen består dels af en terrænmodel og en bygningsmodel. Hertil kan tilføjes andre modeller for at beskrive byrummet yderligere, fx beplantning, veje og øvrigt byudstyr. Terrænmodellen fremstilles oftest på baggrund af laserscanning, hvilket ofte medfører en omfattende efterbearbejdning af data i forhold til terrænspring (se nedenfor). 3D-bygningen kan fremstilles med vektorer, som en trådmodel, fremstillet ud fra grundkort tilføjet kote til tag, fx via fotogrammetri, eller som 3D-flader fremstillet fotogrammetrisk. 4
Terrænmodel Mindst 85 kommuner anvender Danmarks Højdemodel (DHM), som KMS har anskaffet. DHM består af en digital terrænmodel (DTM) og en digital overflademodel (DSM). Begge leveres i 1,6 meter kvadratnet, med højdekurver med en plannøjagtighed på 0,5 meter. I arbejdet med den laserscannede højdemodel foretages en tolkning og generalisering af landskabet, men nøjagtigheden ligger indenfor 20-30 cm i fladen. Til trods for den relativt store nøjagtighed vil terrænspring (kajkanter, fortovskanter og andet) ofte ikke blive opfanget af laserscanningen. Det vil sige, at der skal foretages en ofte omfattende efterbearbejdning i 3D-bymodellen for at få terrænet på plads. Mange af disse brud og strukturlinier, fx kajkant og kørebanekant, findes imidlertid som specifikke objekttyper i FOT2007. Det bør undersøges, om en korrelering af disse FOT-data med terrænmodellen vil kunne lette efterbearbejdningen. Yderligere kan det være problematisk, at fotogrammetrisk genererede 3D-bygninger ofte ikke skæres i terræn og derfor flyder i forhold til den indmålte bygningspolygon. Også i dette tilfælde skønnes det, at en kobling til bygningspolygonet i FOT2007 vil kunne fastholde 3D-bygningen mod terræn. FOT og 3D bymodeller I forhold til FOT og 3D bymodeller er det væsentligt at overveje følgende konkrete områder i forbindelse med foreningens virke. Dels FOT2007 systemet, dels specifikationens rummelighed og mulighederne for standardisering af området, og ikke mindst, hvilke fremtidige muligheder der tegner sig for anvendelsen af 3D bymodeller som et administrationsgrundlag. FOT2007 og 3D-bygning FOT2007 systemet giver i sin nuværende form ikke mulighed for at registrere lodrette vektorer. Derfor vil bygningsspring ikke kunne opfanges. De seks metoder til registrering af 3D-bygninger (3D_metoder), der angives i FOT-specifikationen, bilag C (version 3.0) er ikke aktuelle muligheder i FOT2007, og der forestår derfor et yderligere specifikationsarbejde og en tilpasning af FOT2007, hvis FOT skal kunne rumme 3D-bygninger. Standardisering og FOT-specifikationen Der foreligger ikke en klar standard for 3D-bygning på markedet. Geoforums vejledning giver et fint overblik over status på området, men den angiver ikke forslag til standard eller nærmere specifikation af 3D-bygning / bymodel. Det udvalg under Geoforum, der har udarbejdet vejledningen har imidlertid besluttet at fortsætte arbejdet netop med sigte på at opstille en egentlig specifikation, hvad angår etablering af 3Dbymodeller. Udvalget vil fortsat bestå af repræsentanter for brugere fra stat og kommuner og ikke mindst hovedparten af producenterne. 5
Det danske marked for 3D bymodeller De tre producenter på det danske marked, der har medvirket i arbejdet med Geoforums vejledning, BlomInfo A/S, COWI A/S og Scankort A/S, arbejder alle med 3D-bymodeller som en markant del af deres portefølje. Markedet er i en rivende udvikling, og 3D-bymodeller og digitalt byggeri indgår i store projektpræsentationer og visualiseringer i kommunerne og hos private bygherrer. Generelt kan det siges, at jo højere grad af behovsopfyldelse med hensyn til præcision og visuelt udtryk, des dyrere er produkterne. Samtidig må det understreges, at den tekniske udvikling på både hardware- og software-siden (herunder kortere bearbejdningstider for data) på sigt vil gøre 3D-modellering både mindre bekostelig og mere detaljeret. Vedligeholdelse og kobling Kommuner, der allerede har etableret 3D-bymodeller, udtrykker et stærkt ønske om en samlet ajourføring af FOT-data og 3D-data fsva. bygninger, således at der ikke opstår og vedligeholdes to selvstændige kortværk i blandt medlemmerne af FOTdanmark. Ønsket er, at der i det videre arbejde sikres en god løsning på udveksling af data mellem 2D og 3D. Geokodede BBR-bygninger kan evt. fungere som nøgle i en sådan synkron ajourføring. Det vil sige, at en meget specifik opgave består i at etablere en god løsning på dataudveksling både fra 2D til 3D, men også fra 3D til 2D. Geoforums vejledning anbefaler, at FOT-bygninger anvendes som udgangspunktet for etableringen 3D-bymodeller, sådan at FOT-bygningens skæring med terræn, bygningens footprint, anvendes som 3D-bymodellens footprints. På den måde bliver 3D-bymodellen en overbygning til FOT-bygningen. Det er væsentligt at anvende et format til udveksling af data, der ikke er producentafhængig, fx CityGML, som også anbefales i Geoforums vejledning. CityGML er udviklet med henblik på at nå en fælles definition af de basale enheder, attributter og relationer i en 3D-bymodel. Fremtidigt behov: 3D-bymodellering som administrationsgrundlag? 3D-bymodellering er inde i en rivende udvikling, i Danmark og globalt. Der ofres mange ressourcer på at fremstille 3D modeller og på at indsamle 3D data. I øjeblikket benyttes 3Dmodeller oftest til projektperspektivering og modellerne er ikke nødvendigvis sammenlignelige med de 2D-datasæt, hvad angår præcision. Sat på spidsen kan man sige, at som 3D-modeller anvendes i øjeblikket, er det til at gengive virkeligheden; det drejer sig om at producere modeller, der ligner virkeligheden (ser godt ud), mens 2D kortværket gengiver en opmåling af virkeligheden. På trods af dette er 3D-bymodeller eller andre 3D-visualiseringer af bygninger eller bykerner kommet for at blive, og produktet vil ganske givet i de kommende år vinde større og større udbredelse. 6
Et naturligt næste skridt i arbejdet med 3D-modeller vil være at sikre, at der etableres en kobling mellem 2Dog 3D således, at grundlaget for den fremtidige udvikling af 3D-området er tilstede og derudover følge udviklingen nøje og se hvilke udviklingsmuligheder som området kommer til at gennemgå. Konklusion Flertallet af FOTdanmarks medlemmer anvender endnu ikke 3D-modeller, mens andre, fortrinsvist større bykommuner, i ganske stort omfang anvender og eksperimenterer med 3Dmodellering i forbindelse med projekteringsopgaver. Det umiddelbare behov for 3D-registrering er således i øjeblikket meget varierende. Markedet for 3D-bymodeller er i stadig udvikling, og producenterne peger på behov for at udarbejde en fælles standard. I takt med, at laserscanningsteknikken udvikles hen imod en større effektivitet (flere punkter på kortere tid), og databearbejdningstiden nedsættes, kan det forudses, at nøjagtigheden i de indsamlede data øges, og 3D-modellernes nøjagtighed med dem. Det udvalg under Geoforum, med repræsentanter for brugere, producenter, universiteter, stat og kommuner, der har udarbejdet Geoforums vejledning i etablering af 3D-bymodeller har besluttet at fortsætte med henblik på at udarbejde en egentlig standard for området. Geoforum har anbefalet, at der laves en snitflade mellem 2D og 3D med anvendelse af FOTbygningers footprints, så at 3D-bymodellen bliver en overbygning til FOT-bygningen. CityGML kan med fordel anvendes som dataformat og instruks i arbejdet med en snitflade mellem 2Ddata i selve FOT2007 og 3D-data. Det bør overvejes at indhente yderligere erfaringer fra udlandet, fx det norske SOSI-projekt og en række 3D-bymodeller i Tyskland, hvor CityGML anvendes som dataformat. Deltagerne i 3D og FOT-workshoppen i Århus har i forbindelse med en spørgeskemaundersøgelse angivet, at FOTdanmark bør tage skridt i retning af en implementering af 3D i arbejdet med FOT-specifikation, gerne som et frivilligt tilvalg. Undersøgelse peger også på, at FOTdanmark bør nedsætte en arbejdsgruppe til det fortsatte arbejde. Det skal understreges at undersøgelse ikke er repræsentativ for FOTdanmarks medlemmer, men giver et fingerpeg om stemningen. Det videre arbejde På baggrund af foranalysen af 3D-modeller og FOT, anbefales det at arbejde videre med at etablere en snitflade mellem FOT2007 og 3D-bygningsdata. Et sådant arbejde må i første omgang omfatte: En undersøgelse og en evt. pilotafprøvning af hvorvidt en kobling mellem FOT2007 og den danske højdemodel vil kunne minimere efterbearbejdningen af terræn i 3Dmodelleringen En konkretisering af en snitflade (med udgangspunkt i FOT-bygningspolygonet eller geokodede BBR-bygninger) så vedligeholdelse af data kun foregår ét sted. 7
Parallelt med de to ovenstående understøtter FOTdanmark i udarbejdelse af en standard for 3D-bygning (Geoforum udvalgsarbejde) Det vurderes umiddelbart, at de direkte omkostninger for foreningen FOTdanmark i dette arbejde er begrænsede. Der sikres en samlet vedligeholdelse, så de medlemmer, der benytter 3Ddata, samtidig opdaterer 2D-data i FOT2007. Via snitfladen bliver resultatet ét kortværk, mens den enkelte kommune kan afgøre, hvorvidt de ønsker 3D-tillægget. Det skal overvejes hvilken rolle FOTdanmark skal spille i forbindelse med Geoforums videre arbejde. Perspektivering 3D-bymodeller anvendes i stigende grad til præsentation, og med udviklingen af laserscanningsteknik og databearbejdning vil nøjagtighed og detaljegengivelse givet øges i de kommende år. Potentialet er stort, i første omgang hvad angår visualisering med anvendelse af 3D-modeller til politisk og fagligt beslutningsgrundlag, museums- og kulturaktiviteter, turisme og projektarbejde. I takt med øgede erfaringer og med en etablering af en fælles standard vil 3D-modellering på længere sigt også kunne danne administrationsgrundlag, hvor FOT-data i 2D i dag er normen. Potentialet for beredskabet (med angivelse af brandmure, etagedæk etc.) er i et endnu længere perspektiv meget stort. Det er vigtigt, at der løbende foregår en behovsafstemmelse altså hvorfor kortlægger vi, også i 3D? og at vi fastholder, at der er brug for en udvikling af 3D-modelleringen med henblik på at skabe valide kortdata, og ikke udelukkende abstrakte visioner af byrum. Litteratur/kilde liste Geoforums vejledning i etablering af 3D-bymodeller (september 2008) Samtaler med nøglemedarbejdere i KMS (Mogens Skov; Peter Højholt Sørensen), kommuner med 3D-bymodeller, herunder Københavns Kommune (Tyge Pontoppidan Jensen), og med repræsentanter for producenterne (COWI A/S: Michael Schulz Rasmussen; Scankort A/S: Thorbjørn Nielsen; BlomInfo A/S: Søren Buch) Samtale med Jens Kudsk Jensen, Geodata Danmark Workshop om 3D-bymodeller og FOT i Århus d. 4. marts 2009, arrangeret af Geoforum, Silkeborg Kommune og FOTdanmark Spørgeskemaundersøgelse blandt deltagerne i workshoppen i Århus d. 4. marts 2009 (analysenotat vedlagt) Geoforums dagsseminar om højdemodeller i Odense d. 11. marts 2009 8
Til orientering FOTdanmark Weidekampsgade 10 2300 København S tlf: 33 70 33 70 www.fot.dk Analyse af spørgeskemabesvarelser vedr. 3D Direkte: 33 70 35 68 e-mail: sse@kl.dk ref: sse 12. marts 2009 På temadagen om 3D, som FOTdanmark var vært for sammen med Geoforum, svarede de fremmødte på et spørgeskema om 3D og FOT. Tanken bag spørgeskemaet er at lodde stemningen omkring 3D, så denne kan holdes in mente i FOT s videre arbejde med 3D. Det skal selvfølgelig påpeges, at de personer, som møder op til en temadag om 3D, ikke er repræsentative for FOT s medlemmer, og derfor kan denne undersøgelses resultat ikke generaliseres. Den er blot et udtryk for, hvad de 24 fremmødte mener om 3D i FOT-regi. For at starte med konklusionen: De fremmødte mener i høj grad at FOTdanmark bør tage skridt i retning af en implementering af 3D og at denne skal tilknyttes specifikationen, evt. som frivillig tilvælgelse. Mange af de fremmødte bruger allerede 3D i deres daglige virke, men et flertal mener alligevel, at implementeringen i FOT bør ske på lang sigt. 24 personer har besvaret spørgeskemaet, heraf kommer 11 fra kommunerne, fem fra en statslig myndighed, syv fra det private erhvervsliv og endelig er der en, som ikke kommer fra nogen af disse kategorier. Alle respondenter svarer samstemmende, at de og deres daglige arbejdsplads har interesse i 3D. Et overvejende flertal benytter allerede 3D til daglig, nemlig 19 respondenter. Et stort flertal mener desuden, at FOTdanmark bør nedsætte en arbejdsgruppe til fortsat arbejde med 3D (22 respondenter), til gengæld ønsker blot seks at bidrage til en sådan gruppe. 13 af respondenterne er enige eller meget enige i, at FOT bør indarbejde 3Dbymodeller i specifikationen, mens ni personer ikke tager stilling til det. En person er uenig i udsagnet.
16 respondenter er enige eller meget enige i, at 3D bør være en frivillig tilvælgelse til FOT-data. Seks kommunalt ansatte har svaret, at de er meget enige, mens både de statsligt ansatte og de privatansatte er mere forbeholdne, dog er et flertal stadig for udsagnet. Fem tager ikke stilling til spørgsmålet, mens to respondenter er meget uenige i udsagnet. Disse to er fra hhv. kommunerne og det private. Uenigheden opstår først ved spørgsmålet om, hvornår FOT skal implementere 3D. Her mener 14 respondenter, at det bør være på længere sigt, mens ni mener det bør ske snarest. De kommunalt ansatte deler sig med fem for og seks imod en snarlig implementering. Det mønster gentager sig hos de statsligt ansatte, hvor to er for og tre imod en hurtigt implementering. Blandt de privat ansatte er to for og fire imod. Flere respondenter har benyttet lejligheden til at tilføje kommentarer. Nogle skal nævnes her: Der er mange uafklarede spørgsmål og opgaver der skal løses først, og FOTdatabasen skal være fuldt operativ først. Få forarbejdet lavet, hellere før end siden. Tankerne bør tænkes nu, men implementeringen bør først ske, når FOT er ordentligt indarbejdet. Der bør på kort sigt tænkes i, hvordan man linker mellem FOT og 3Dmodeller. Omkostningerne er endnu uafklarede og derfor kræver 3D i FOT-regi flere overvejelser. Geoforum stiller gerne med nogle repræsentanter til arbejdsgruppen. 10