Das Dokument beschreibt den Einsatz von Globusbrowsern und Rendering-Tools zur Generierung und Visualisierung von geowissenschaftlichen Daten. Es werden verschiedene Softwarelösungen vorgestellt und die Unterschiede zwischen interaktiven Globusbrowsern und rechenintensivem Rendering analysiert. Der Fokus liegt auf der Erhöhung der Darstellungsgüte und der Integration externer Geodaten, sowie auf der Bedeutung der Standardisierung im Bereich der Geoinformatik.

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