Geoinformatik-Kolloquium des Deutschen GeoForschungsZentrums Juni 2011

1. GeoInformatik-Kolloquium
6. Juli 2011
Kommunikationswerkzeug Globuskarte:
Einsatzbeispiele für Globusbrowser und Rendering
Peter Löwe
Zentrum für GeoInformationsTechnologie (CEGIT)
Deutsches GeoForschungsZentrum

2. Erzeugung von Globuskarten
Wissenschafliche
Geodaten
Daten
GeoInformationsSystem
(GIS)
Option
A
Globus-Browser Rendering Werkzeuge
Option
Darstellungsqualität für interaktive Fokus auf maximierter Qualität der
Nutzung in Realzeit optimiert. Darstellung, sehr rechenintensiv,
B
Intuitiv bedienbar Expertenwissen nötig
Integration:
Aktuelle Entwicklung
Externe Geodaten

3. Erzeugung von Globuskarten
Wissenschafliche
Geodaten
Daten
GeoInformationsSystem
(GIS)
Option
A
Globus-Browser Rendering Werkzeuge Option
Darstellungsqualität für interaktive Fokus auf maximierter Qualität der B
Nutzung in Realzeit opitimiert. Darstellung, sehr rechenintensiv
Integration:
Aktuelle Entwicklung
Externe Geodaten

4. Option
A
Globus-Browser ? Google-Earth !
● Die Anwendungen Google Maps und Google Earth (GE) haben
web-gestützte Kartographie zu einem Massengut gemacht.
● Bsp: GE-Animationen in den Abendnachrichten
Wir sind hier
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5. Funktionsprinzip Globus-Browser
Kommerzielle
Kommerzieller Server-
Globus- Infrastruktur
Browser
Datenanfragen $$$
Zeitkritischer
Visualisierungs- Datenstrom
Externe
KML Massive Datenprovider
KML Geodatenhaltung
Datei
Externe
(wissenschaftliche)
Datenquellen

6. Marktführer Google Earth
● 2001: Gründung Keyhole Inc.
● Entwicklung „Keyhole“, inkl.
● Keyhole Markup Language (KML):
– Eine Auszeichnungssprache für die Visualisierung von Rauminformationen.
– Analogie: „HTML“, nicht „XML“
● 2004
● Google Inc. übernimmt Keyhole,
● Software wird in „GoogleEarth“ umbenannt
● Freie private Nutzung vs. kommerzielle Nutzung
● 2008
● KML (V2.2) wird ein Open Geospatial Consortium (OGC) Standard
● 2010
● Google Earth JavaScript Plugin (für MS Windows)

7. GoogleEarth setzt „Standards“
● Standardisierung:
● Vollständige Unterstützung der aktuellen KML-
Implementierung ist der Gold-Standard für alle
Globus-Browser.
● Daten/Interna:
● Keine Aussagen über die Aktualisierung/Qualität der
Hintergrund-Daten
● Geländemodell kann nicht manipuliert werden
● Nutzungsrechte:
● Lizenzen der Hintergrundbilder i.d.R. nicht frei.

8. Kommunikation geowissenschaftlicher Themen
mittels „Mash Ups“
● „MashUp“: Anreicherung der
Standarddarstellung mit zusätzlicher
thematischer Information.
● Beispiel: MashUp der Wellenausbreitung des
Honshu 2011 Tsunami
● Http://tsunami.igude.com
● Aufwand: << 0.5 Personentag
Eingebundene externe Datenquellen (KML):
DLR, NOAA, IOC

9. Beispiel zur Integration von Messdaten:
Realzeit-Verfolgung des Honshu 2011 Tsunami
11 März 2011
11:17 Uhr
NOAA Tsunami-Boye.
Quelle: NOAA 9

10. GoogleEarth ist nicht alles
● Hochgenaue photogrammetrische Registrierung von
Raumdatenquellen ?
● Unabhängigkeit von GE-Basisdatensätzen aus Qualitäts- oder
Lizenzgründen ?
● Darstellungs-Export in hoher Auflösungen als Druckvorstufe ?
● „Künstlerische Freiheiten“ bei der Szenengestaltung
(Lichtbrechung in der Atmosphäre, Oberflächeneigenschaften,
etc)
● Es werden beispielhaft drei alternative Softwarelösungen
vorgestellt.

11. Beispiel 1: Globus-Viewer ArcGlobe
● Teil der ESRI ArcGIS Software (am GFZ vorhanden)
● Leichter Import von Geodaten
● Geoid frei manipulierbar
● Erzeugung von Stand-Alone Animationsfilmen.
Visualisierung:
CEGIT (M. Schröder) 2011

12. Lange Nacht der Wissenschaften 2011
„Eyecatcher“-Animation für das GEOLAB
Visualisierung: CEGIT (M. Schröder) 2011

13. Beispiel 2: OSG Earth
● Open Source Globe-Browser
● Geländemodell / Kartenbasis frei
wählbar
Beispiel
● Anaglyphendarstellung Anaglyphendarstellung
● In der Entwicklung:
● Integration in Quantum GIS
● „Open Source ArcGlobe
Äquivalent“
● Möglicher Ausgangspunkt zur
Koppelung mit Rendering- Quantum GIS
Entwicklerversion
Werkzeugen mit OSG Earth

14. Beispiel 3: OSSIM Planet
● Globusbrowser basierend auf
Bildverarbeitungssoftware OSSIM,
OpenSceneGraph and QT
● Globuskarten als Produkt einer
photogrammetrischen Prozesskette.
● Nutzerkreis in Wissenschaft, Industrie und
US-Regierungsstellen
● Client/Server Struktur zur kollaborativen
Auswertung großer Datenmengen
● Kommende Anwendung: Gulf of Mexico
Oilspill 2010 – Datenportal am CSTARS
Institut, U of Miami.
● http://www.ossim.org/OSSIM/ossimPlanet.html

15. Übersicht über weitere Globus-
Browser
● „Comparison of Virtual Globes“: FOSS4G2010, P. Kalberer,
M. Walker
● Technologie-Überblick und Vergleich von 8 Globus-
Browsern (closed source/open source)
● http://www.sourcepole.ch/assets/2010/9/10/foss4g2010_virtual_globes.pdf
Quelle: Comparison of Virtual Globes, FOSS4G 2010

16. Duale Strategie der
Globusvisualisierung
Option A: Globusbrowser Option
A
● Schnelle dynamische Darstellung,
● Manipulation: Intuitiv & interaktiv.
● Kaum Hintergrundwissen notwendig
Option
● Option B: Rendering (am Beispiel POVray) B
● Statische Darstellung (Berechnungszeit abhängig vom
Datenvolumen: Minuten – Tage)
● Manipulation: Editierung Steuerskripte.
● Fachübergreifendes Hintergrundwissen erforderlich
(Kartographie, GeoInformatik u. Rendering Engine)

17. Rendering ?
● Berechnung einer Ansicht einer definierten virtuellen Szenerie.
● Basiert auf der Verfolgung einzelner Lichtstrahlen
(„Raytracing“) durch die virtuelle Szenerie.
● Für jeden zu erzeugenden Bildpunkt wird ein„Sehstrahl“ in das
virtuelle Szenenmodell geschickt.
● Fokus liegt einer möglichst realistischen Darstellung.
● Rechen- und Speicherintensiv
POVray Demo-Szene
● Szenengestaltung, Kamera- und Lichtquellen werden durch
Steuerskripte definiert.
● Persistance of Vision (POVray): Ein quelloffenes mächtiges
Rendering-Werkzeug mit großer Nutzerbasis
● POVray ist auf dem GFZ Computation Cluster verfügbar
http://hof.povray.org/images/bigthumb/TopMod_StarBall.jpg

18. Literatur zum Thema
● Globus-Rendering ist ein
Randthema.
● Aktuelle Informationen in
WIKIs (GRASSWIKI) und
Mailinglisten (POVray).
● Beispiele für das
photorealistisches
Rendering von
Fernerkundungsdaten:
● Dech, Messner:
Mountains from Space,
2005

19. Praxis: Landschaftsdarstellung
● 2004: Erste Demonstration der
Nutzung von Geodaten aus GRASS
GIS für POVray.
● GIS-Skripte erzeugen Default-
Steuerdateien für POVray: Teilweise Trentino (M. Neteler 2004)
Kapselung der Rendering-Expertise
● Zeitaufwand für erste Beispiele:
● Selbststudium (bei installierter
Software): ca. 1 Stunde.
● Tutorium: < 5 Minuten
● Die benötigte Software ist auf dem Spearfish, South Dakota (P. Löwe 2011)
GFZ Computation Cluster verfügbar.
Mount St. Helens (P. Löwe 2011)

20. Praxis: Globendarstellung
„CEGIT
● Geodaten (Geländemodell, Standardglobus“
Rasterkarte[n]) werden auf
eine Kugel projeziert.
● Ein Steuerskript definiert
Kameraposition, Standardglobus
überlagert mit
Blickrichtung, Beleuchtung TRIDEC
und weitere Effekte Tsunamisimulation
● Der Fokus der Arbeiten am
CEGIT liegt auf der
Entwicklung einer leicht
nutzbaren GIS/Renderer-
Schnittstelle.
Bearbeitungsfehler bei
manueller Bearbeitung

21. Beispielanwendung
Abdeckung der japanischen Ostküste 24
Stunden nach dem Honshu Tsunami mit
RapidEye- Satellitendaten (ca. 45000km^2)

22. Anwendung: Öffentlichkeitsarbeit
Erzeugung großformatiger
hochauflösender Grafiken für
die Postererstellung.
[Berechnung einer DIN A0
Grafik: Ca. 24 Stunden]

23. Kreative Freiheiten
● Die Szenengestaltung erweckt erst beim Betrachter
den Eindruck einer Globusdarstellung.
● GIS-übliche Paradigma der „realitätsnahen
Darstellung“ wird optional.
Pseudo- Pseudo-
realistische realistische
Irreale
Darstellung Darstellung
Darstellungen
thematischer thematischer
Information Information

24. Atmosphäreneffekte
Ausgangsdaten Atmosphärenschicht
Zusätzlicher blauer Schleier,
blauer Schleier Atmosphärenschicht

25. Beispiel: Alternative
Geländemodelle
● Rendering des Datensatzes
"EIGEN-6C" (Potsdamer
Schwerekartoffel) die GFZ-
Öffentlichkeitsarbeit.
● Rendering: POVray
● Datenverarbeitung: IDL/Perl

26. Globus-Browser vs. Rendering
Darstellung des Datensatzes "EIGEN-6C" (Potsdamer Schwerekartoffel)
Ausführung in ArcGlobe Ausführung in POVray
CEGIT(M.Schröder), 2011 Sektion 2.3 (M. Rother), 2011

27. Fazit und Ausblick
● Sowohl Globus-Browser wie Rendering sind geeignete
Visualisierungswerkzeuge für geowissenschaftliche Informationen.
● Das Werkzeug sollte entsprechend der Aufgabe gewählt werden.
● Am GFZ besteht sowohl Kompetenz bei der Umsetzung beider Ansätze.
● Zusätzlich zur Nutzung auf Desktoprechnern können Renderingprozesse am
Computation Center durchgeführt werden.
● Die GFZ-interne Vernetzung und der Erfahrungsaustausch zum Thema
Visualisierung sollte verstärkt werden.
● Die FOSSLAB-Plattform des CEGIT kann als Kompetenzspeicher (Community
and Documentation) dienen.
http://fosslab.gfz-potsdam.de

28. Danke für die Aufmerksamkeit !
Peter Löwe
Zentrum für GeoInformationsTechnologie (CEGIT)
Deutsches GeoForschungsZentrum
ploewe@gfz-potsdam.de