Von Geodaten zur immersiven Virtual-Reality-Erfahrung: Entwicklung eines Workflows für die realitätsnahe Visualisierung eines digitalen Stadtmodells

Die kontinuierliche Weiterentwicklung moderner Technologien ermöglicht stets neue Wege zur Darstellung und Analyse von Daten. Speziell Virtual Reality hat sich als ein vielversprechendes Instrument entwickelt, um komplexe Inhalte intuitiv erlebbar zu machen. Ein Bereich, der von den Vorteilen der VR besonders profitieren könnte, ist die Visualisierung von Geodaten. Diese Daten gewinnen aktuell in vielen Anwendungsfeldern an Bedeutung – von Architektur, Stadtplanung und Katastrophenschutz bis hin zu Umweltanalysen und Verkehrssimulationen.

Im Rahmen dieser Masterthesis sollte daher ein Workflow zur Überführung eines breiten Spektrums von Geodaten in eine immersive Virtual-Reality-Umgebung entwickelt werden. Ziel war die Erstellung eines realitätsnahen digitalen Zwillings, der räumliche Strukturen und Größenverhältnisse nicht nur sichtbar, sondern erlebbar macht. Hierfür wurde am Beispiel eines Teils der Münchner Innenstadt gezeigt, wie amtliche und offene Geodaten mithilfe der Softwareprodukte QGIS, ESRI CityEngine und der Unreal Engine 5 verarbeitet werden können.

Für die Entwicklung dieses Workflows mussten mehrere Problemstellungen berücksichtigt werden. Zum einen sind Geodaten aufgrund Ihrer Georeferenzierung für spezifische Geovisualisierungen ausgelegt und können daher nicht ohne weiteres in gängigen Game Engines verwendet werden bzw. verlieren dabei ihre Georeferenz. Zum anderen gehen weitläufige Szenen sowie automatisiert generierte Meshes aus Foto- oder Laserscans mit komplexen Geometrien und großen Datenmengen einher. Da ein realitätsnahes VR-Erlebnis ermöglicht werden soll, entsteht hier ein besonders hoher performancetechnischer Anspruch: Denn erst durch hohe Bildwiederholraten und niedrige Latenzen kann der so genannten Motion Sickness in einer VR-Umgebung effektiv entgegengewirkt werden.

In einem mehrstufigen Prozess werden Geodaten so aufbereitet, dass Gelände, Vegetation und Straßeninfrastruktur weitestgehend regelbasiert bzw. prozedural modelliert und hochdetaillierte Gebäudemodelle samt Metadaten der Landesvermessung in die jeweilige Szene eingebunden werden können. Besondere Aufmerksamkeit galt dabei stets der Automatisierung repetitiver Arbeitsschritte sowie der Wahrung einer hohen Bildqualität und Performance. Die automatisierte Erzeugung dynamischer LOD-Modelle begünstigt nicht nur schnelle Renderzeiten, sondern erspart zudem ein zeitaufwändiges Modellieren mehrerer Qualitätsstufen. Physically Based Materials, sowie eine globale Beleuchtung in Echtzeit erlauben darüber hinaus eine sehr realitätsnahe Visualisierung.

Letztendlich betätigt der flexibel aufgebaute Workflow, dass sich Geodaten effektiv in ein immersives VR-Erlebnis überführen lassen. Die virtuelle Erfahrung mittels Head-Mounted Display oder Bildschirm kann dabei durch eine hohe Darstellungsgüte überzeugen. Sie bestätigt zudem, dass hinsichtlich des technischen Anspruchs auch komplexe Projekte in VR wiedergegeben werden können. Ein Tool für den Abruf von Metadaten sowie ein präzise nachempfundener Tag-Nacht-Zyklus zeigen exemplarisch auf, wie Geodaten auch während der Echtzeit-Simulation zu einem lebendigen und interaktiven Erlebnis beitragen können und aufbauend auf den Objektreferenzen im 3D-Modell jede beliebe Verknüpfung weiterer Daten zu den Modellierobjekten realisiert werden kann.