Erstellung von Landmarks aus Geobasisdaten

Ramses Henin

Motivation● Landmarks = visuelle Erkennungsmerkmale, die sich

von ihrer Umgebung abheben● ergänzen herkömmliche Navigationslösungen, welche

nur Richtungen und Strecken nutzen● Einflüsse auf den Beobachter

– Entfernung– Zeitpunkt– Zugänglichkeit– Geometrische Eigenschaften– Fassadenattribute

Frage: Wie kann man aus 3D Stadtmodellen Landmarks extrahieren?

Methode von Raubal & Winter● 3D Basis● Bauwerk wird überprüft auf

– Visual Attraction: ● Form und Fläche: ● Farbe: aus photogrammetrischen Aufnahmen

– Semantic Attraction: ● kulturelle Bedeutung: z.B. aus Kulturgüterkataster (Wien)● explizite Zeichen: Zeichen und Markierungen

– Structural Attraction: ● Knoten: von wie vielen Wegen erreichbar

fällt auf

Fazit• Bezugsmengen bei Visual (=Fassaden) und Semantic

(=Gebäude) Attraction unterscheiden sich• Unabhängigkeit ist nicht gegeben (Formfaktor / Fläche)• Gewichtung schwierig• => Versuch im Rahmen einer Diplomarbeit am IKG ein Verfahren

zur automatischen Extraktion von Landmarks zu entwickeln

• Bewertung mit Hypothesentest:• Annahme: Normalverteilung• Signifikanz für jedes Merkmal bestimmen• Mittelung und Gewichtung von Visual, Stuctural, Semantic

Attraction• Addition der gewichteten Mittel

Bewertung der Landmarks Raubal & Winter

Galler: Bestimmung mit der Informationstheorie

• Forderungen der Informationstheorie nach Shannon & Weaver– Informationsgehalt I(x) umso grösser, umso

kleiner Wahrscheinlichkeit des Auftretens P(x)

– Wenn P(x) = 0 ist, muss I(x)=1 sein – Informationsgehalte von unabhängigen

Nachrichten addieren sich

Informationstheorie

• Auftretenswahrscheinlichkeit: – m = Anzahl gleich wahrscheinlicher Zeichen

• Maß der Information: – Einheit ist bit

• Informationsgehalt:• wenn Informationsgehalte unabhängig =>

addierbar• Information objektiv bestimmbar, gleiche

Einheit

Mathematische Grundlagen

Vorgehensweise• Referenz = Fassaden• Fassadenfronten => Unterteilung nach Hauseingängen• Berechnung der Informationsgehalte der berücksichtigen

Konzepte:– Zugänglichkeit bzw. Standort– Höhe– Breite– Referenzmenge für Höhe und Breite– Krümmung– Farbe– Zeichen und Markierungen– Relief

• Addition der Informationsgehalte• ZIEL: Flächendeckende Bewertung ALLER Fassaden

Konzept: Zugänglichkeit bzw. Standort

• Gebäude an Kreuzung oder Strassenzug?

• Adjazenz bestimmen– Um jeden Knoten kreisförmigen Puffer legen, Fassaden

innerhalb des Puffers mit Grad des Knotens versehen

– Alle Fassaden mit gleichem Grad werden addiert

– Reziproke Anzahl sämlicher Fassaden multipliziert mit Anzahl der Fassaden gleichen Grades = Auftretenswahrscheinlichkeit der Fassaden gleichen Grades

• kann schon mit digitaler Karte berechnet werden

Konzept Standort: BeispielGrad 4

Grad 4 Grad 3

Grad 1• Gesamtzahl Fassaden: 60

• Adjazente Fassaden mit Knoten vom Grad• 1 (F1): 6• 3 (F3): 8• 4 (F4): 16• Nicht adj. Fassaden (F0): 30

• Aufretenswahrscheinlichkeiten und Informationsgehalte:• P (F1) = 6/60 => I(F1) = 3,32 b• P (F3) = 8/60 => I(F2) = 2,90 b• P (F4) = 16/60=> I(F3) = 1,90 b• P (F0) = 30/60=> I(F0) = 1 b

Konzept: Höhe

• Traufhöhe• Mittelwert der 2

Seitenkanten eines Gebäudes• Annahme: Immer 3 Fassden eines Gebäudes sichtbar• Klasseneinteilung und Berechnung der

Wahrscheinlichkeit => Informationsgehalte• Problem: Wahl der Klassen

– Vorschlag: Klasseneinteilung der Stadt Hamburg

Höhe der Fassade

Mittelwert der Höhe der benachbarten Gebäude

Konzept Höhe: Beispiel• 1 herausragendes Gebäude

– 18 Fassaden– 2 Klassen (Kl. 1 = 15 Fassaden, Kl. 2 = 3

Fassaden)– Wahrscheinlichkeit und Informationsgehalt:

• P(Kl.1) = 15/18 => I(Kl.1) = 0,26 bit• P(Kl.2) = 3/18 => I(Kl.2) = 2,58 bit

• 3 à 2,75m ; 3 à 5m– 18 Fassaden– 2 Klassen (Kl. 1 = 9 Fassaden, Kl. 2 = 9

Fassaden)– Wahrscheinlichkeit und Informationsgehalt:

– P(Kl.1) = P(Kl.2) = 9/18 => I(Kl.1) = I(Kl.2) = 1

Konzept: Breite• Problem: die Fläche wird besser wahrgenommen als die

Breite ABER Unabhänigkeit der Konzepte gefordert => Fläche ungeeignet

• Tiefe = Breite der Seitenfassaden

• Referenzmenge in Klassen einteilen

– Klasseneinteilung aus dem Städtebau ableiten

– Referenzmenge nach sichtbarem Bereich berechnen => alle Fassaden entlang einer Kante

• Vorgehen ähnlich wie bei dem Konzept der Höhe

Referenzmenge• Für Höhe und Breite muss die Referenzmenge

eingeschränkt werden• Alle Front- und Seitenfassaden entlang einer Kante

gehören zu Referenzmenge– Strassenseiten nicht einzeln untersucht– Kanten mit < 3 Fassaden => Fassaden werden zu

anderer Kante hinzugerechnet• => nicht die beste Lösung, da Beobachter nicht

immer alle Häuser entlang einer Strasse sehen kann

Konzept: Fassadenkrümmung

• Flächenkrümmung ungeeignet (Zylinder K=0)

• Krümmung der Ober-/Unterkanten bestimmen mit Hilfe der Differentialgeometrie

• Krümmung vorhanden• Unterschiedliche Krümmung Fassade fällt auf

Konzept: Farbe• Fassadenattribut• RGB-Werte aus photogrammetrischen Aufnahmen• CIE L*a*b Farbraum (DIN 6174)

– Entspricht der Farbwahrnehmung des Menschen

– Gleichabständigkeit der Farben

– Aus RGB Werten • Clusterbildung

Clusterbildung• Cluster beinhalten Gebiete ähnlicher Farben

– Schwellwerte festlegen

• Clusterbildung kann erfolgen mit dem Nearest-Neighbour-Verfahren– Zufällig wird Startpunkt i gewählt– Nächster Nachbar i+1 gesucht– Farbwert vom nächsten Nachbarn > oder <

Schwellwert– Iterativ wiederholen mit i+1 als neuer Startwert– => jede Fassade wird einem Cluster zugeteilt

• Wahrscheinlichkeit des Auftretens berechnen

Konzept Farbe: Beispiel

• 18 Fassaden• 3 Klassen (Cluster)

– Klasse 1 : 3 Fassaden– Klasse 2 : 6 Fassaden– Klasse 3 : 9 Fassaden

• Wahrscheinlichkeiten und Informationgehalte:– P(Kl.1) = 3/18 => I(Kl.1) = 2,58 bit– P(Kl.1) = 6/18 => I(Kl.1) = 1,58 bit– P(Kl.1) = 9/18 => I(Kl.1) = 1 bit

Konzept: Relief• Herausragende Fassadenstrukturen z.B.

Ornamente• Fassadenebene wird mit Höhe 0 angenommen• Raster mit Abtastfrequenz von 10 cm wird

benutzt um „herausragende“ Elemente festzustellen

• Höhenunterschiede in Histogramm eintragen und Auftretenswahrscheinlichkeit berechnen

• Informationsgehalt einer Fassade mit gew. Mittel

Fazit

• Konzepte nicht 100 % unabhängig– z.B. Höhe und Breite

• Klasseneinteilung für Höhe/Breite von Stadt zu Stadt verschieden

• Bezug nur auf Fassaden; Plätze, Parks, Statuen werden nicht berücksichtigt

• Bezug Fassade / Gebäude muss hergestellt werden

• Noch nicht praktisch an 3D Stadtmodell getestet

=>Es besteht noch Forschungsbedarf <=