Gebäudekonstruktion mit Oracle Spatial - Teil 1: LOD1

Vor nunmehr fast 5 Jahren wurde mit der Version 11 der Oracle Datenbank die Unterstützung für 3D Vektordaten sowie mit SDO_PC für Punktwolken und SDO_TIN für Dreiecksvermaschungen zusätzliche Datentypen zur Modellierung von Oberflächen und Körpern eingeführt.

Wie die 3D Funktionalität verwendet wird, möchte ich in mehreren Blog-Postings anhand des Aufbaus von 3D Stadtmodellen erläutern.

Im heutigen Posting soll es zunächst um die Konstruktion von LOD1 gehen. Die Abkürzung LOD steht für Level of Detail, Level 1 für die Konstruktion von Gebäudeblöcken aus in die Höhe gezogenen Grundflächen, auch Klötzchenmodell genannt.

Was wird benötigt?

Als Datengrundlage für die Konstruktion eines Klötzchenmodells steht eine Tabelle mit Gebäudeumrissen in 2D sowie 2 Höhenangaben für

• Gebäudehöhe
• Höhe über Grund

zur Verfügung. Dabei handelt es sich um Testdaten des British Ordnance Survey im Koordinatensystem OSGB 1936 (EPSG:27700).

Tabellarische Anzeige im Oracle SQL Developer

Kartenansicht im Oracle SQL Developer

Genausogut können Hausumringe z.B. aus ALK-Daten verwendet werden, sofern Höhenangaben beigegeben sind.

Wie geht man vor?

1. Liegen die Daten nicht direkt als SDO_GEOMETRY vor, müssen sie mit einem Werkzeug zuvor konvertiert werden.
2. Für die zu erzeugenden 3D-Geometrien wird eine neue Tabelle angelegt.

   create table buildings_lod1 (
     building_id         number primary key,
     gmlid               varchar2(30),
     height              number,
     ground_height       number,
     geom                sdo_geometry
   );
   

3. Mit der Funktion SDO_UTIL.EXTRUDE werden aus den 2D-Geometrien (Flächen) unter Verwendung der Höhenangaben HEIGHT und GROUND_HEIGHT 3D-Geometrien (Körper) erzeugt.

   -- Vorgehen für Version 11.2
   insert into buildings_lod1 (
     building_id, 
     gmlid, 
     height, 
     ground_height, 
     geom)
   select 
     building_id,
     gmlid,
     height,
     ground_height,
     sdo_util.extrude (
       geom,
       sdo_number_array (ground_height),
       sdo_number_array (height),
       0.005,
       7405   -- Compound CRS aus EPSG:27700 + EPSG:5701
     )
   from building_footprints;
   commit;

   Für die 567 Gebäudesätze braucht es wenige Sekunden und die neue Tabelle ist befüllt.
   Neues Koordinatensystem ist jetzt EPSG:7405, also OSGB 1936 + ODN height.
4. Zwecks Überprüfung werden die Daten nun noch nach KML konvertiert, in einem Ordner im XMLDB Repository als Resource abgelegt und mit Google Earth zur Anzeige gebracht.

   -- PL/SQL Prozedur: Export SDO_GEOMETRY als KML
    declare
     result boolean;
     kmldoc xmltype;
   begin
     SELECT 
     -- Anm.: Ein bisschen SQL/XML in der Datenbank kann nicht schaden
       xmlelement ( 
         "kml",
         xmlattributes ('http://www.opengis.net/kml/2.2' as "xmlns"),
         xmlelement (
           "Document",
           xmlelement (
             "Style",
             xmlattributes('BuildingStyle' as "id"),
             xmlelement ("LineStyle", xmlelement ("width", '1'), 
             xmlelement ("color", 'ffffffff')
           ),
           xmlelement (
             "PolyStyle", 
             xmlelement ("color", 'bfc0c0c0')
           ),
           xmlelement (
             "BalloonStyle", 
             xmlelement ("text", '$[name]')
           )
         ),
         xmlagg (
           xmlelement (
             "Placemark",
             xmlelement ("name", 'Building '|| gmlid),
             xmlelement ("styleUrl", '#BuildingStyle'),
             xmltype (
               sdo_util.to_kmlgeometry (
                 snap_to_ground (
                   sdo_cs.transform(geom,4327), 
                   0
                 )
               )
             )
           )
         )
       )
     )
     INTO kmldoc
     FROM buildings_lod1;
   
     -- Wenn KML-Datei schon in Repository vorhanden ist, dann löschen
     if dbms_xdb.existsresource ('/public/Buildings/buildings_lod1.kml') then
       dbms_xdb.deleteresource('/public/Buildings/buildings_lod1.kml');
     end if;
   
     -- KML-Datei ins Repository schreiben
     result := dbms_xdb.createResource ('/public/Buildings/buildings_lod1.kml', kmldoc);
     if not result then
       raise_application_error (-20000, 'Failed to create resource');
     end if;
   end;
   /
   commit;
   

   
   Ausschnitt Testdaten des British Ordnance Survey als KML in Google Earth

   Die Hilfsfunktion SNAP_TO_GROUND ist übrigens wie folgt definiert:

   -- "Alles auf Grund"
   create or replace function snap_to_ground (
     geom sdo_geometry, 
     ground_height number)
   return sdo_geometry deterministic
   is
     i number;
     g sdo_geometry;
     current_ground_height number;
     offset number;
   begin
     g := geom;
     current_ground_height :=  sdo_geom.sdo_min_mbr_ordinate(g,3);
     offset := current_ground_height - ground_height;
     i := 0;
     while i < g.sdo_ordinates.count loop
       g.sdo_ordinates(i+3) := g.sdo_ordinates(i+3) - offset;
       i := i + 3;
     end loop;
     return g;
   end;
   /
   

   Die ausserdem verwendeten Funktionen SDO_UTIL.TO_KMLGEOMETRY und SDO_CS.TRANSFORM sind Bestandteil der Oracle DB Spatial Features.
   Alternativ kann der Export natürlich auch als GML (CityGML-konform) erfolgen. Dann läßt sich das Ergebnis, wie in der nachfolgenden Abbildung, z.B. mit dem LandExplorer CityGML Viewer darstellen.
   
   Testdaten des British Ordnance Survey als GML im LandExplorer CityGML Viewer

Damit ist der Teil "Konstruktion von LOD1 aus Gebäudeumrissen" abgeschlossen.

Fortsetzung folgt.