Transcript Prosjektrapport - Geomatikk

Produktrapport i EiT
Våren 2010
Gruppe 3
Jon Villy Meidell
Sigbjørn Hessaa
Sveinung Svendby
Ann-Kristin Selmer
Håken Kjerschow Jevne
1 Forord
Denne rapporten er utarbeidet av gruppe 3 i forbindelse med prosjekt i emnet TBA4854
Eksperter i Team (EiT), ved landsby 24 "Fremtidens kart", ved Norges TekniskNaturvitenskaplige Universitet (NTNU), vårsemesteret 2010. EiT er et tverrfaglig
prosjektemne og går på tvers av studieretninger, samtidig som det er obligatorisk for
profesjons- og masterstudentene ved NTNU. Målet med emnet er å øke studentenes bevissthet
om samarbeid og dermed øke effektiviteten i grupper.
2 Sammendrag
Gjennom dette prosjektet er det utarbeidet modeller for hvordan man kan visualisere
komplekse bygg med tanke på lokasjonsbasert informasjon. For å utvikle disse modellene er
det brukt flere programmer med hver sin spesialitet, der disse programmene er brukt til å lage
visninger med forskjellige farger, vinkler, tekstur og detaljnivå. Det er også laget en
applikasjon der man beveger seg rundt i et egenkonstruert bygg. Modellene og applikasjonen
som er laget er fra vannkraftbygget på Gløshaugen.
For å vise hvor vannkraftbygget står i forhold til de andre byggene er det laget en animasjon
som først viser ett større område(hele Gløshaugen), og deretter zoomer inn til å bare vise dette
ene bygget i perspektiv. For å kunne se de enkelte etasjene er etasjene animert til å skli fra
hverandre, og danne ett sett av etasjeplaner der 1. etasje ligger nederst i skjermbildet og
øverste etasje ligger øverst. Kameravinkelen endres deretter fra perspektiv til å stå rett
ovenfra.
Av utviklingen kan man se at dette er et meget aktuelt tema. Visuelle fremstillinger blir brukt
på flere områder, og modellene utarbeidet i dette prosjektet kan løfte disse visningene til ett
nytt nivå. Mulige anvendelsesområder er NTNUs romvisning, og andre områder der en bedre
visuell fremstilling er utslagsgivende for effektiviteten og informasjonsflyten.
Ved videreføring av denne ideen kan det arbeides med å få til en fungerende modell som
responderer på forskjellige kommandoer, og som er linket mot databaser med informasjon om
rommene/byggene. Deretter kan disse programmene benyttes av for eksempel NTNU.
1
Innhold
1
Forord .................................................................................................................................. 1
2
Sammendrag ....................................................................................................................... 1
3
Innledning ........................................................................................................................... 3
4
5
3.1
Problemstilling............................................................................................................. 3
3.2
Avgrensning og oppbygging av oppgaven .................................................................. 3
3.3
Forstudie ...................................................................................................................... 4
Valg av visualiseringsteknikk ............................................................................................. 5
4.1
Animasjon .................................................................................................................... 6
4.2
Farger ........................................................................................................................... 6
Arbeidsmetoder og verktøy................................................................................................. 8
5.1
Innledning .................................................................................................................... 8
5.2
Kartografisk 3D-visning .............................................................................................. 9
5.2.1
Innledning............................................................................................................. 9
5.2.2
Arbeidsmetode ..................................................................................................... 9
5.3
Modellering av innendørskart .................................................................................... 12
5.3.1
Innledning........................................................................................................... 12
5.3.2
Arbeidsmetode ................................................................................................... 13
5.4
Applikasjon ................................................................................................................ 15
5.4.1
Innledning........................................................................................................... 15
5.4.2
Arbeidsmetode ................................................................................................... 16
5.5
Webløsning ................................................................................................................ 17
5.5.1
Innledning........................................................................................................... 17
5.5.2
Arbeidsmetode ................................................................................................... 17
6
Samfunnsnytte................................................................................................................... 20
7
Videre arbeid og forbedringspotensiale ............................................................................ 21
8
Vedlegg ............................................................................................................................. 23
2
3 Innledning
Landsbyen "Fremtidens kart" er en langsgående landsby. Landsbyen redefinerer begrepet kart
fra å kun være en 2-dimensjonal representasjon av et geografisk område til å inkludere ethvert
romlig og ikke-romlig fenomen. Moderne digitale kart får mer og mer integrert informasjon
og øker dermed dets kompleksitet. Landsbyen søker etter nye måter å visualisere kart som
nødvendigvis ikke representerer et geografisk fenomen men også andre fenomener av lik
natur.
Et viktig mål i EiT er at hele teamets fagkompetanse skal benyttes i prosjektet og at dette
reflekteres i gruppens problemstilling og arbeid. Gruppen består av fem personer fra fire
forskjellige fagbakgrunner, to fra datateknikk, en fra fysisk planlegging, en fra byggteknikk
og en fra teknisk geologi. Alle medlemmene har erfaring i samarbeid med personer med
samme bakgrunn men ikke på kryss av linjer. Grunnet dette var det et viktig mål for gruppen
å lage en problemstilling der de forskjellige fagretningene ble brukt.
3.1 Problemstilling

Hvilke metoder og fremgangsmåter kan brukes for å visualisere komplekse bygg med
tanke på lokasjonsbasert informasjon.
 Hvordan kan man kombinere forskjellige visualiseringsmetoder for å lage bedre kart.
Orientering og lokalisering av ressurser i store bygg og institusjoner fra et overordnet nivå er
uoversiktlig med dagens metoder. 2D visualisering av innendørs bygg skjuler mye
informasjon når ressurser må deles mellom flere etasjer i ett eller flere bygg. Store
institusjoner som universiteter, sykehus og bedrifter kan omfatte flere etasjer og flere bygg
over større geografiske områder. De er ofte uoversiktlige og kan lide av kontinuerlig
omstrukturering og omorganisering der ressurser må deles mellom flere enheter og kun
nøkkelpersoner har den fulle oversikten.
Problemer knyttet til slike institusjoner kan være utstyr- og personlokalisering, rom- og
utstyrsfordeling samt å finne vei mellom disse. Det kan være lokaliseringen av selve bygget
på et større område.
Målet med prosjektet er å finne metoder og løsninger for visualisering av komplekse bygg
som senere kan bli integrert med lokasjonsbasert informasjon. Dette er tenkt å løses med 2Deller 3D- representasjon, eller en kombinasjon av disse. Målet er å presentere relevante
informasjonen på best mulig måte.
3.2 Avgrensning og oppbygging av oppgaven
Et mål for gruppen er tverrfaglig utnyttelse. For å gjennomføre dette best med tanke på meget
forskjellige bakgrunner er det valg en problemstilling som gir høyde for eksperimentering
innad i gruppen. Det ble bestemt å kjøre forskjellige fremgangsmåter parallelt fra
fagbakgrunnene for å dekke en bred problemstilling. Det er valgt å legge fokus på tre
forskjellige produkter som kompletterer hverandre og viser mulige løsninger på
problemstillingen. Disse produktene baserer seg på gitte brukerscenarioer der navigering i og
rundt større bygg er sentralt.
3
3D modellering
Det er først satt fokus på 3D modellering av bygg. Det er
eksperimentert med form, farge og animasjon for å danne et
godt grunnlag for de modeller som må ligge til grunn for 3D
visualisering
3D visualisering
Visualisering av bygg kan gjøres på mange måter. Det er
utviklet en applikasjon som kan visualisere og rendre 3D
modeller.
Webapplikasjon
En tjeneste må være tilgjengelig for sluttbrukerene. En
webapplikasjon kan gjøre 3D visualiserte bygg og tjenester
tilgjengelig for brukere på mange plattformer.
Det er tenkt at disse modulene skal bli et samlet produkt der
hver modul danner grunnlaget for den neste. Grunnet
begrenset tid og ressurser er det heller lagt vekt på disse
som individuelle moduler for å kunne utvikle og
eksperimentere med dem til det fulle.
Et ferdig produkt vil kunne se ut som figuren til høyre der
en sluttbruker blir presentert et web grensesnitt og de
underliggende modulene er transparente. Webgrensesnittet
tilbyr 3D visualisering, generert av 3D
visualiseringsmodulen. Denne er igjen basert på 3D
modellerings modulen som benytter seg av 3D
modellerings modulent til å generere grafikk.
Webapplikasjonen kan bli utvidet i det uendelige med ny
funksjonalitet (moduler), for andre tjenester som utenfor
rammene til denne landsbyen. Dette er ikke beskrevet
videre i dette dokumentet.
Figur 1 Systemtopologi
3.3 Forstudie
Å finne relevant informasjon om 3D-visninger av bygg har vist seg å være litt problematisk.
Det er mange firmaer som tar seg av slike løsninger, men å finne informasjon om hvordan
man skal begynne på et slikt problem lot seg ikke gjøre med den begrensede tid til å finne
informasjon.
Muligheten med de programmene som er benyttet er så og si ubegrenset. Begrensningen
kommer av gruppemedlemmenes kompetanse innenfor programmene. Dette gjelder spesielt
Maya(animasjonsprogram), som er meget komplekst.
For å få ideer om hvordan en visning av ett større område kan se ut ble karttjenesten på
finn.no og gule sider benyttet. Dette gav noen ideer om hvilke vinkel og høyde som gir best
oversikt, og hvordan de har benyttet forskjellige farger for å gjenskape terreng, veier og hus.
4
4 Valg av visualiseringsteknikk
Fram til nå har det meste av lokasjonsbasert informasjon vært vist ved hjelp av 2D. Fordelen
ved å benytte 2D er at det er mer oversiktlig når det kommer til ett enkelt plan. Problemet er
derimot at det fort blir uoversiktlig når man må veksle mellom flere plan i et komplekst bygg.
Det er også vanskelig å få oversikt over vertikale sirkulasjonssoner samt sammenhengen av
disse. Orientering i forholdt til omkringliggende bygg er også et problem med 2D-visning. For
å visualisere komplekse bygg med tanke på lokasjonsbasert informasjon best mulig har det
her blitt forsøkt med en kombinasjon av 2D og 3D.
Her kan fordelene ved de to visningsmåtene benyttes fullt ut. 3D-visning er en god måte for
brukeren å få oversikt over det aktuelle bygget og de omkringliggende byggene. Det er også
lett å få oversikt over hovedtrekkene ved bygningen(inngangsparti og vertikale
sirkulasjonssoner).
Etter brukeren har fått en generell oversikt over bygget kan det bli presentert en mer detaljert
oversikt der man benytter 2D-visning. Dette er vist på Figur 2og 3.
Figur 2 3D-visning av et bygg med markerte sirkulasjonssoner
Figur 3 2D-visning av etasjer
5
4.1 Animasjon
ArcScene brukt til å lage animasjonene som viser oversiktskartet og en valgt reiserute fra
studentersamfundet til vannkraftbygget(se vedlegg 1 og 3). Autodesk Maya brukt til å lage
animasjonen av vannkraftbygget(se vedlegg 2). Utfordringene ligger i å få sammenhengen
mellom to forskjellige visningsmoduser til å skje uten at man mister den totale oversikten. Det
er derfor brukt animasjon for å få en glidende overgang mellom de forskjellige
visningsmodusene. Animasjonen bør verken ta for lang eller for kort tid. Dette for å raskt få
den informasjonen man er ute etter, og for at man ikke skal miste oversikten mens
animasjonen holder på. Det er valgt at ingen informasjon skal vises mens animasjonene
kjøres, og animasjonen kan derfor være nokså kort. Animasjonstiden for animasjon 1 og 2 er
henholdsvis 7 og 8 sekunder. Det vil si at det tar 15 sekunder fra det første oversiktsbildet
vises til man er nede på etasjeplan, og informasjonen kan vises på rommene. Det er også vist
en animasjon av hvordan man kan komme seg til vannkraftbygget langs veien. I dette tilfellet
er det med tanke på å gå til fots fra studentersamfundet til vannkraftbygget.
4.2 Farger
Fargevalget til en animasjon har veldig mye å si. Dynamiske variabler uttrykker forskjellige
ting. Dette gjør at fargevalget ikke bare har med synligheten å gjøre, men har også mye å si
for hva folk forbinder med fargene og dens funksjon. Diskrete farger blir ofte ignorert i en
større sammenheng. Det er derfor viktig å tillegge spesielle farger til de rommene og
områdene med vesentlig interesse for brukeren. Når det gjelder farger og grafisk framstilling
så kan man ikke komme med en endelig konklusjon om hva som fungerer best. Man må bare
prøve seg fram, og finne ut hvilke sammensetninger som gir en grei oversikt, og viser de
tingene man vil vise på en god måte.
Om det aktuelle bygget hadde vært stort, så kunne det vært problemer med å finne dette
rommet på visningen. For å korte ned på tiden det tar å oppdage rommet kan man legge til
blinkende farger, blinkende lys og liknende elementer for å tydeliggjøre visningen. Dette vil
gi et mindre behagelig kart å se på, men kan også være svært tidssparende i enkelte
situasjoner. I dette prosjektet er visningen kun laget med konstante farger.
Det kan være nyttig for brukeren å få tidlig oversikt over vertikalsirkulasjonen i bygget. For å
løse dette kan man tillegge andre farger til disse områdene. Dette er vist på modellen i Figur
2, der vertikalsirkulasjonen er vist med blå farge. På denne figuren ligger
vertikalsirkulasjonen i ytterkanten av bygget rett ved inngangspartiet. I tilfeller der disse
områdene ligger inne i bygget, eller på andre siden av utgangspunktet til 3D-visningen er det
fortsatt viktig å få den samme informasjonen. For å løse dette problemet kan veggene gis en
semitransparent tekstur(se Figur 4).
6
Figur 4 Transparent visning
Problemet med denne visningen er at etasjene flyter litt over i hverandre, og det kan være
vanskelig å plassere de forskjellige rommene i riktig etasje. Det gir derimot en god generell
oversikt over hvor vertikalsirkulasjonen befinner seg i bygget.
7
5 Arbeidsmetoder og verktøy
5.1 Innledning
For å komme frem til selve produktet er det brukt forskjellige arbeidsmetoder og verktøy.
Målet er et tverrfaglig arbeid hvor alle kan bidra med sin respektive faglige kompetanse.
Gruppen har satt sammen et arbeid som tar i bruk ulike faglige kompetansefelt. Det er i
hovedsak tre forskjellige teknikker som er tatt i bruk. Revit brukes i byggfag for å tegne opp
konstruksjonsmessige delen av bygg. ArcGIS er blant annet brukt som et planleggingsverktøy
hvor man lager arealplaner og kartpresentasjoner. Det er også utviklet en egen applikasjon for
3D-visualisering og navigering i førsteperson, dette er et arbeid som opprinnelig ble utviklet
som et ledd i faget datateknikk. I tillegg er det laget en demonstrasjon av layouten til
webløsningen.
Selve fremvisningen skal vises som en sømløs animasjon, men det tas i bruk de nevnte
presentasjonsteknikkene på forskjellige nivå. Det kan deles inn i 3 nivåer:
1. Oversiktsnivå. Visning av området og terrenget, Bygningene sett fra luften. Her
brukes ArcGIS (Figur 7)
2. Gateplan- og rom. Her vises det utvalgte bygget, eventuelt med transparente vegger
som kan vise et oppsøkt rom gjennom veggen(Figur 8). Det kan også vise hvert
enkelt etasjeplan(Figur 14). Her kan ArcGIS brukes, men hovedsaklig Revit
Architecture og Maya.
3. Førstepersonsnivå. Hvor man selv navigerer inne i bygningene. Denne applikasjonen
er utviklet som et prosjekt på Datateknikk. (Kap. applikasjon)
Revit og Maya er begge Autodesk programvare og er derfor kompatible med hverandre. Revit
er brukt for selve konstruksjonen av bygget og Maya er brukt for å lage animasjonene.
ArcMap og ArcScene er to programmer i ESRI sin ArcGIS-pakke. Dette er GIS-verktøy
beregnet på å lage kart og terrengmodeller.
Applikasjonen for 3D-navigering er tenkt å kunne ha støtte for allerede eksisterende formater,
for eksempel BIM(se kapittel 5.3).
Produktet vil til slutt være en kartsøketjeneste hvor rom og bygninger kan søkes opp. Når
dette søket gjennomføres vil man få en visning av bygget, området eller rommet. I tillegg vil
man kunne se hvordan man kommer seg fra A til B. Målet er også en intuitiv måte å guide
brukeren gjennom dette kartet både på oversiktsnivå og i førsteperson. Brukeren skal finne
den nødvendige informasjonen på en rask og effektiv måte, man skal bli skånet for overflødig
informasjon. Løsningene som presenteres i dette kapittelet er basert på en webløsning. Det er
også mulig å implementere dette i en fast, fysisk installasjon. I begge tilfellene har de søkeog navigasjonsmetoder som er tilpasset bruken, for eksempel om det er på et sykehus eller en
flyplass.
Valg av arbeidsmetoder og verktøy var naturlig med tanke på våres faglige bakgrunn. De tre
hovedverktøyene er alle en del av pensum til hver av de faggrenene studentene tilhører.
Samtlige programvarer er også dermed fritt tilgjengelig for studenter, dette gjør at
anskaffelsen av ellers kostbare arbeidsverktøy var kostnadsfritt.
Heretter følger en gjennomgang av de forskjellige arbeidsmetodene som er brukt.
8
5.2 Kartografisk 3D-visning
5.2.1 Innledning
ArcScene og ArcMap er brukt for å visualisere terreng og bygg på campus Gløshaugen. Det
blir laget en animasjon som skal vise hvordan man kan finne en reiserute mellom to bygg i et
område. Visningsmetoden skal være en lettfattelig og enkel 3D-animasjon. Byggene har ikke
et høyt detaljnivå men kun reist opp fra byggflatene på bakken som firkantede klosser. Det er
også laget en enkel terrengmodell av det utvalgte området, terrengmodellen kan hjelpe
brukeren til å orientere seg bedre på området. Denne metoden er valgt fordi det er en enkel
teknikk og representasjonen av virkeligheten er tilfredsstillende nok for våres bruk. Siden
detaljnivået er lavt kan brukeren lettere fokusere på de essensielle elementene i kartet. I dette
tilfellet er våre utvalgte bygg, vannkraftbygget og Studentersamfundet, uthevet med en
transparent rødfarge. Byggene i hel området rundt Gløshaugen er vist, men kun som
byggflater på terrengmodellen, kun de byggene på Gløshaugen er representert som
tredimensjonale byggverk. Dette er en måte å utheve det aktuelle området som brukeren skal
søke på, i tillegg kommer fargebruken. Sammen med bygg plassert i en terrengmodell er det
lagt til veger for lettere orientering i landskapet. Det er mulig å legge til flere elementer etter
behov, for eksempel: adresse, navn, vann og høydekurver, eventuelt buss- og taxi holdeplass.
Med dette GIS-verktøyet er det mulig å animere en angitt rute i terrenget. Vannkraftbygget på
campus Gløshaugen skal søkes opp, og man skal finne et alternativ på en reiserute fra
studentersamfundet til vannkraftbygget. Denne metoden gjøres raskt og effektivt om man har
de nødvendige kartmaterialene og får generert en god nok terrengmodell. Det meste kan
senere redigeres i databaser. Selve animasjonene har enkle kontroller som relativt enkelt kan
redigeres som man vil. Dette er en fleksibel løsning, men det er begrensninger på detaljnivået
på bygningene. Det er valgt en metode som enkelt kan animere korrekte kartdata, samtidig er
det plass til å kunne formidle informasjonen i kartet på en god måte uten forstyrrende
element.
5.2.2 Arbeidsmetode
For å kunne representere noe tredimensjonalt i ArcScene må det ligge kart med høydedata i
bakgrunnen. I dette tilfellet består kartgrunnlaget av høydekoter, byggflater og vegflater.
ArcMap viser kun todimensjonale kart, men behandler samtidig høydedataene sine i
databaser. Kotehøyden danner grunnlaget for terrengmodellen, her er høydedataene gitt fra før
av. Byggenes høyde legges til manuelt(figur 4.) Veger og vann blir lagt til som et nytt kartlag
for å kunne orientere seg, disse trenger ikke høydedata. Vann blir i dette tilfellet Nidelven
som er et godt referansepunkt i kart.
Når man senere skal skille ut bygningene vil det bli brukt farger og høyde, og derfor må
kartene som viser bygningene tilegnes en egen egenskapskolonne i databasen. Alle GISkartene har databaser hvor denne informasjonen kan legges til etter ønske (Attributt Tabell).
Det har derfor blitt laget ”bygghoy” og ”byggfarge”, ”bygghoy” blir gitt verdier i meter,
”byggfarge” blir bare gitt enkle fargekoder slik at man lettere kan endre fargen etter ønske på
et senere tidspunkt. Det kan være aktuelt på et senere tidspunkt å bruke denne
databasetabellen for å endre eventuelle egenskaper til kartelementene(figur 4).
9
Figur 5 En valgt reiserute fra studentersamfundet til vannkraftbygget uthevet i rødt. Egenskapstabellene
med høydedata, farge og linjesegmenter i blå ringer
På Figur 5 jobbes det med Studentersamfunnet(blå ring øverst på kartet), bygningens høyde
og farge settes her. Det er også et ekstra lag hvor det er tegnet inn en linje langs den valgte
reiseruten. Denne linjen er delt inn i segmenter, hvert linjesegment har meterverdier og kan
kalkuleres sammen for å få den totale reiselengden langs den valgte reiseruten. Dette er
kartgrunnlaget som nå importeres i ArcScene hvor terrengmodellen genereres automatisk så
fort kotehøyden er angitt. På denne modellen legges det på vann, veger og
bygninger. Bygningene må ekstruderes opp siden de kun legges inn som grunnflater i
terrenget, her brukes "bygghoy"-feltet i egenskapstabellen. Man velger også fargene på de
forskjellige elementene i kartet. I dette tilfellet forholder man seg til to bygg som har en valgt
reiserute mellom seg. Disse er uthevet med transparent rødfarge(Se Figur 6).
Figur 6 Utvalgte bygg i transparent rødfarge og animasjonskontrollene
Animasjonen lages med ArcScene sine egne innebygde animasjonskontroller. Det settes
nøkkelposisjoner som kameraet følger. I webløsningen skal brukeren enkelt finne bygget,
rommet eller reiseruten fra A til B. Våres løsning skal kunne finne ut hvilken informasjon
10
som skal vises for å guide brukeren til dit han skal. Derfor kan det være nødvendig å kunne ha
tilgang til databasene samt nøkkelposisjonenes koordinatene i en senere utvikling av
produktet(se Figur 6).
Dette tredimensjonale kartet trenger en animert 3D-visning som tar brukeren fra et
fugleperspektiv for overblikk og ned til gateplannivå. Visningen skal være enkel men
informativ, med kun de elementene som er relevante for brukeren.(Figur 7) Det kan også være
aktuelt å utheve et rom inne i bygningen allerede på dette nivået. Denne visningen kan
visualiseres godt når veggene allerede er transparente. Her vil det være nødvendig å skifte
visualiseringsmetode da ArcScene sitt detaljnivå ikke er tilstrekkelig i denne
sammenhengen(Figur 8). Animasjonen ligger som vedlegg 1.
Fargevalget kan justeres etter behov, dette med tanke på utvalg av flere bygninger, rangering
av dem, klassifisering eller andre symboliseringen som skal vises. Dette blir da gjort i
egenskapstabellen.
Figur 7 Oversiktsbilde med vannkraftbygget uthevet
Figur 8 Det valgte bygget kan også vise rommet uthevet i grønt gjennom transparente røde vegger.
11
Figur 9 Valgt reiserute fra Studentersamfundet til vannkraftbygget vises med rødfarger. Bygninger i grått
og terrenget med en nedtonet grønnfarge
For å vise en valgt reiserute i kartet blir det animert på samme måte. Den anbefalte reiseruten
blir uthevet i rødt og animasjonskontrollene vil følge denne. Dette må gjøres manuelt, men
man kan se for seg at det kan justeres i nøkkelposisjonstabellen. Fargene som vises på
terrenget er tonet ned slik at bygningene umiddelbart fanger oppmerksomheten. Det er også
kun ekstrudert opp de bygningene som tilhører NTNU Gløshaugen. Inntrykket av dette
området blir større, og man blir ikke distrahert av de omkringliggende byggene før man
kommer inn på selve campus(Figur 9).
Videovedlegg: vedlegg 3.
Det er lagt vekt på at man skal ha full kontroll på hva man skal se og hvor vi skal. Grunnen til
dette er at man skal orientere seg på et stort område hvor man i virkeligheten befinner seg på
bakkenivå. Disse to metodene skal først og fremst vise oss oversikten over bygningene som
skal finnes, og senere utforske dem fra innsiden.
5.3 Modellering av innendørskart
5.3.1 Innledning
Nå og fremover vil det gå mer og mer over til at alle nye bygg skal bli tegnet i 3D i et
kompatibelt filformat. Dette er en del av "Building Information Modelling" (BIM), der all
informasjon om et bygg skal samles i en fil, og at alle de involverte skal kunne jobbe ut i fra
den samme modellen. Dette gjør det enkelt å kunne legge alle nye bygninger inn i et 3Danimasjons program for så å lage oversiktlige innendørskart i 3D. Programmet for å tegne opp
modellen heter Revit(en del av "BIM"), og programmet for å lage animasjoner og redigere
farger heter Maya. Begge disse programmene kommer fra leverandøren Autodesk, og dette
gjør at man kan overføre modellen mellom programmene uten store problemer. Nedenfor er
det forklart nærmere hvordan de to programmene er brukt for å lage modellen/animasjonen
12
5.3.2 Arbeidsmetode
Revit er et program som brukes til å enkelt kunne tegne opp den strukturelle delen av ett bygg
i 3D(modell vist på Figur 10). Alt av vegger, dekker, tak, dører og trapper er tegnet i dette
programmet. Det er valgt å ikke legge inn for mange detaljer slik at brukeren skal beholde
oversikten, men allikevel nok detaljer til å få en god visuell framstilling. for eksempel er det
tegnet inn et tak, selv om dette ikke har noen funksjon når man skal vise de enkelte etasjene.
Man ser av figuren at det ikke er lagt inn noen tekstur. Man har muligheten for å legge på
struktur i Revit, men det er lettere å redigere farger o.l. i programmet Maya. Derfor er
modellen på Figur 10overført til Maya slik som den vises her.
Figur 10 Ferdig modell i Revit
Brukergrensesnittet til Revit vises på Figur 11. På menyen øverst til venstre i vinduet ligger
de forskjellige funksjonene for vegger og dekker. På venstre side vies etasjeoversikt, og
forskjellige visningsmoduser. Ved å overføre modellen til Maya blir vegger, dekker og tak
lagt i hver sin gruppe, som kan redigeres hver for seg.
Figur 11 Brukergrensesnitt Revit
13
Maya er et program som benyttes til å lage animasjoner i 3D. Den ferdige modellen kan sees
på Figur 12 Man kan også forandre på farger og lyssetting. Dette er et meget komplekst
program som tar lang tid å sette seg inn i. Det har derfor vært viktig å utveksle erfaringer og
kompetanse mellom gruppemedlemmene underveis i bruken av dette programmet. Man legger
de forskjellige veggene og dekkene i forksjellige grupper, og styrer farge og bevegelse ut i fra
disse gruppene. Grensesnittet er vist på Figur 13. Til venstre på denne figuren vises gruppene
som er dannet ved å overføre modellen fra Revit til Maya. Det er i tillegg til disse gruppene
gunstig å lage grupper for hver etasje, og for hvert rom som har en spesiell funksjon.
Figur 12 Ferdig redigert modell i Maya
Figur 13 Brukergrensesnitt Maya
14
For å lage en god og behagelig modell har lyssetting vært den største utfordringen. Lyset som
er på Figur 12 skal forestille dagslys der de sidene som vender bort fra lyskilden blir
mørklagt. Modellen gir også svært begrenset skygge. Med litt mer kompetanse og utprøvning
kunne skyggelegging blitt brukt til å gi en bedre romforståelse. På grunn av tidsbegrensningen
i prosjektet er det ikke forsket så mye på forskjellig fargebruk, lyssetting eller detaljnivå, men
det er lagt mest vekt på å lage en modell som berører alle disse emnene. God kameravinkel er
også viktig for å få en brukervennlig visning. Visningen skifter fra å ha kameravinkel som på
Figur 12, til å bli en så og si 2D-visning rett ovenfra(vist på Figur 14).
Figur 14 Romvisning fra Maya
Det er tiltenkt å samkjøre animasjonene fra den kartografiske 3D-visningen med animasjonen
laget for innendørskart. Dette gjør at man i begge animasjonene har valgt å benytte samme
farge på terrenget. Animasjonen til innendørskartet vil også starte der den kartografiske
visningen slutter. Det ferdige resultatet av den kartografiske animasjonen og animasjonen
laget for innendørskart ligger henholdsvis som vedlegg 1 og 2.
5.4 Applikasjon
5.4.1 Innledning
En av tilnærmingsmetodene til problemstillingen er å definere en 3D-verden, der man kan
bevege seg rundt i et visualisert bygg. Dette kan skje ved en planlagt rute gitt av en
navigeringsfunksjon eller man kan gå rundt og lese informasjon lagt som lag av tekstlig
informasjon på eller i rom. Eksempler er å lese reservasjoner på rommet eller liste inventaret.
Formålet med applikasjonen er å beskrive de aspekter av ideen problemstillingen bygger på
ved en mer ekte tilnærming av virkelig bevegelse. Dette gir også grunnlaget for et eventuelt
videreutvikling med utvidet funksjonalitet, som beskrevet senere.
15
Grunnet begrenset tilgjengelig arbeidstid i prosjektet, er applikasjonen ikke tiltenkt å være et
ferdig produkt, men kun en tilnærming til hva et ferdig produkt kan være. Med bakgrunn i et
labyrintprosjekt en av gruppens eksperter har arbeidet med tidligere, og med en god del
endringer og ekstra funksjonalitet, var det mulig å oppnå denne applikasjonen. Applikasjonen
er skrevet i programmeingsspråket C.
I applikasjonen beveger man kameraet rundt som i et dataspill sett fra karakterens synsvinkel. Man har her en
lyskilde, inspirert av en lommelykt, men også en fritt bevegelig lyskilde, som kan flyttes uavhengig av
kameraposisjon, representert med en kube med forskjellige farger på hver side, som vist i Figur 15.
Figur 15 Applikasjon sett innenfra fra 1. etasje
5.4.2 Arbeidsmetode
Datastruktur
Kjernen i programmet er datastrukturen. Datastrukturens elementer er laget så enkle som
mulig for å lage denne applikasjonen. Et reelt produkt ville bestå av en langt mer omfattende
datastruktur. Overordnet har man et landskap som består av bygninger. Hver bygning består
av yttervegger, etasjer, plassering og skalering i landskapet. En etasje har igjen rom, felles
vegger, trapper, dører, vinduer, samt muligheten for å plassere etasjen relativt i forhold til
bygningens grunnflateposisjon. Etasjen har også gulv og tak. Et rom består av vegger, samt
muligheten for å plasserer rommet relativt i forhold til etasjen. Vegger har en rekke overflater
som benyttes til tegningen av grafikk i OpenGL. Trapper defineres med startposisjon og
sluttposisjon på trappen, trappens bredde og antallet trinn. Programmet genererer ved hjelp av
denne informasjonen de nødvendige overflatene nødvendig i 3D-visningen. Bygninger,
etasjer, rom, vinduer og trapper kan gis navn, informasjon og identifikasjon. Dette kan
benyttes når systemet kombineres med lag av informasjon fra andre systemer. Eksempelvis å
koble representasjonene i 3D-verdenen til dataene tilgjengelig i et romreservasjonssystem,
eller inventarliste for rom.
Tegning
For hvert bilde som genereres, traverseres datastrukturen hierarkisk etter bygning, etasje, rom
og vegg, som beskrevet i beskrivelsen av datastrukturen. Ved tegning av overflatene har
gulv/tak blitt gitt en grå farge, innervegger oransje-rød, yttervegger mørk grønn, mens
16
trappene er blå. Da normalvektoren er nødvendig for belysningsmodellene i OpenGL, uten at
OpenGL selv regner ut denne vektoren, benyttes kryssproduktmetoden for å finne
normalvektorene til et plan, her som overflate. I forbindelsen med tegning av overflatene
utføres også en rekke transformasjoner for å plassere og rotere kamera, plassere etasjer i
forhold til grunnposisjonen til bygningen, skalering av bygningen. Plassering av den
uavhengige flyttbare lyskilden blir også gjort her.
Figur 16 Applikasjon med visning utenfra
5.5 Webløsning
5.5.1 Innledning
Det er laget forskjellige eksempler på hvordan en oppgradert versjon av NTNU sin
romplanvisning kan se ut. Programmet som er benyttet for å lage informasjonsboksene er
Open Office Draw. Først er det vist hvordan informasjon kan bli fremstilt på de originale
plantegningene til websiden på NTNU. Deretter er det en visning som bygger på modellen for
”innendørs kart”. I forkant av denne informasjonsvisningen vil animasjonen fra "kartografisk
3D-visning" og "innendørs kart" bli spilt av. Dette for å få grunnleggende oversikt over
byggets plassering, inngangsparti og vertikal sirkulasjon.
Ved visning av en webside finnes mange forskjellige løsninger. Det som er hovedfokuset med
løsningene beskrevet i dette kapitlet er at brukerne skal få all den informasjon de trenger ut i
fra ett kart, uten å måtte innom andre nettsteder for å finne informasjon om rombestilling,
timeplan o.l.
5.5.2 Arbeidsmetode
Informasjonsvisning på originale plantegninger
I 2D-modus er det viktig å få oppgitt hvilken etasje man ser på. Annen informasjon som bør
vises er vist på Figur 17.
17
Figur 17 Informasjonsvisning
Videre lages det underområder som viser mer detaljert informasjon som er av interesse for
eleven, foreleseren eller studiekoordinatoren.
Figur 18 Detaljert visning over innhold
Figur 19 detaljert timeplanvisning
Ved å trykke på "Timeplan" og deretter "uke" får man opp en timeplanvisning som vist på
Figur 20. Denne timeplanen bør inneholde når rommet er opptatt, hvem som har rommet, og
kontaktinformasjon til den personen som har reservert rommet. Det bør også komme opp
hvilke timer man kan bestille rommet.
18
Figur 20 Timeplanvisning
Informasjonsvisning på egen modell
På Figur 21 ser man hvordan informasjonen er vist på modellen som er laget i dette prosjektet.
Visningen bygger på det samme prinsippet som det er vist på de originale tegningene(over).
Den nederste boksen på figuren kommer fra når man holder over grupperommet i 1. etasje,
mens den øverste boksen kommer fra når man holder pilen over resepsjonen i andre etasje.
Figur 21 Informasjonsvisning på egen modell
19
6 Samfunnsnytte
Dette produktet er rettet mot komplekse bygg i flere plan og på institusjoner som består av
flere bygninger på et angitt område. Våres løsninger kan også ha flere bruksområder med
lignende struktur. Denne måten å representere kart på er oversiktlig og skal kunne gi brukere
en god oversikt over bygningsinformasjon av forskjellige slag. Dette er noe som kan
implementeres etter behov. Samfunnet har i dag flere større komplekse institusjoner som har
brukt for kartløsninger og visning av informasjon på en lettfattelig måte.
Sykehus kan bruke denne måten å visualisere kart på for å kunne effektivisere arbeidsrutiner
og pasientbehandlig. Sykehus har en omfattende infrastruktur i seg selv, og trenger måter for
å kunne vise mye informasjon.
Sykehuskoordinatorer kan effektivisere arbeidsrutiner, få bedre oversikt, øke utstyrskontrollen
og forbedre planlegging og pasientbehandling.
På store skoler og campuser kan denne visualiseringen brukes til å holde bedre oversikt over
romplanlegging, og være til god nytte for studenter som leter etter lesesalplasser, grupperom
og rom med spesielle funksjoner.
Byer som for eksempel Trondheim kan ha faste installasjoner med skjermvisning med denne
teknologien. Dette kan plasseres ved de største innfartsårene, på turistinformasjoner og
turistattraksjoner. Disse skjermene kan ha et oversiktskart over hele sentrum, der man kan
søke på butikker, restauranter, turistattraksjoner og lignende. Dette kan være til stor nytte for
sentrum som helhet, og gjøre at folk finner de litt mere bortgjemte stedene der de tidligere
ikke har vært. Denne visningen kan også gjøres nettbasert slik at man kan sitte hjemme å ha
full oversikt over hvor man kan få tak i elektriske artikler og gå på indisk restaurant.
Kjøpesentre har allerede tatt i bruk enkle visninger av denne typen. Med vår måte å
visualisere bygg på kan disse visningene bli enda mer brukervennlige, og oversiktlige.
20
7 Videre arbeid og forbedringspotensiale
I dette prosjektets produktdel er hovedfokuset lagt på å presentere 3D-visualiseringen for en
kartsøketjeneste. For å kunne presentere et helhetlig fungerende produkt var det ikke avsatt
nok tid og resurser. Det er også jobbet med layoutløsninger og hvordan NTNU sine
romvisning og reservasjonsmuligheter kan forbedres i våres system. Visjonen her er at man
kan bruke et interaktivt 3D-kart på nettet eller som en fast fysisk installasjon på for eksempel
et kjøpesenter over komplekse bygg og områder. Vi mener at det er realistisk å videreutvikle
dette produktet slik at det kan implementeres av store bedrifter og institusjoner som har et
område og/eller bygnigsmasse som tilsier at visualisering av 3D-kart er nødvendig.
Kartografisk 3D-visning
Ved denne typen visualisering er det mulig å legge inn andre kartelementer og stedfestet
informasjon som i våres demonstrasjon ikke er fullt utnyttet når det kommer til
oversiktskartene. Andre kartgrunnlag som også er tilgjengelig er for eksempel
nettverksanalyser langs vegnettet (kollektivtransport, bil, sykkel og gange), arealformålskart
fra kommunene osv.
Bygningene som er vist på oversiktskartene kan vises med et større detaljnivå med en
programvareutvidelse i ArcScene kalt Google Sketchup-Plugin. Her kan man gjøre enkle
modelleringer av bygningene som ikke ellers er mulig i ArcScene.
Det er også mulig å jobbe videre med avstandsberegning og man kan komme med et
tidsestimat av reisetid langs en reiserute.
GIS programvaren har nøyaktige posisjoneringsdata der koordinatene kan utnyttes. Det er
mulig å koble dette opp mot posisjoneringsutstyr som for eksempel finnes i dagens
mobiltelefoner.
For å forbedre orienteringsevnen i kartet ville det vært hensiktsmessig med animerte piler som
viste brukeren veien. Dette er først og fremst tiltenkt applikasjonen som viser deg en
førstepersonsvinkling av kartet(vedlegg 3).
Modellering av innendørskart
For å utvikle animasjonen beskrevet i kapittel 5.3 (animasjon som vedlegg 2) er det åpenbart
at en nøyere studie av farger, kameravinkel, lyssetting og flyt i animasjonen er nødvendig. I
tillegg til dette kan det utvikles forskjellige måter å visualisere rommene på, der de essensielle
rommene eventuelt kan blinke eller vises på andre måter. En videreføring av denne modellen
kan inneholde visualisering av den "banen" en person må gå for å komme dit han/hun ønsker.
Webløsning
I et ferdig produkt er det tiltenkt en helhetlig navigasjon og søketjeneste i webleseren. Her
skal man kunne velge mellom 2D-modus og 3D-modus. Brukeren skal kunne navigere rundt
på det aktuelle området, det skal være gode søkemuligheter som filtrerer ut den nødvendige
informasjonen. Når det foretas et søk, og brukeren velger det som svarer til preferansene, vil
animasjonene spilles av.
Webløsningen utarbeidet i dette prosjektet er i startfasen. For å utvikle dette produktet videre
er det viktig å utføre spørreundersøkelser om hvilken informasjon de forskjellige
brukergruppene vil ha med på kartet. Deretter må hele designen rundt kartet og animasjonene
21
utarbeides. For å kunne nå forskjellige målgruppene(elever, sykepleiere o.l.) må det lages
individuelle løsninger for hver av disse. Målgruppen som er prøvd å nå med denne
webløsningen er elever og lærere ved campus gløshaugen.
Applikasjon
Man kan knytte applikasjonen opp mot andre databaser og datasystemer. Muliggjøre lesing av
standardformater slik som BIM for å hente ut informasjonen som er nødvendig for en enkel
3D-modell. Det er også mulig å hente inn informasjon fra ArcGIS sin database. Slik kan man
for å knytte applikasjonen opp mot bygninger, rom og andre bygningselementer
Applikasjonen kan også vise ruteforslag fra taxi/buss-holdeplass til destinasjonen som en
form for tråd eller bane i applikasjonen. Den har den fordelen at man selv kan navigere rundt i
landskapet uten å ha en predefinert rute. Slik kan man gjøre seg kjent med området og
omgivelsene før man reiser dit i virkeligheten. Dette blir en friere kameraplassering, der
brukeren selv kan flytte kameraet i høyde-, lengde- og bredderetning. Det vil også være mulig
å ha tradisjonelle plantegninger tilgjengelig.
Bygninger, etasjer, trapper, rom, vegger og dører kan bli gitt spesielle detaljerte egenskaper.
eksempler på dette kan være funksjonalitet som nøkkelkort, universell utforming og annen
teknisk infrastruktur.
Applikasjonen kan i et sluttprodukt ha støtte for utregne av optimale ruter. Denne vil ha en
såpass omfattende modell og datastruktur at det ikke ville være mulig å laste inn alt til minnet
til en hver tid. Det ville derfor være nødvendig å lage en cache-funksjonalitet som tar hensyn
til brukerens kameraplassering. Detaljene lastes inn ved behov.
22
8 Vedlegg
Vedlegg 1:
Vedlegg 2:
Vedlegg 3:
Vedlegg 4:
Animasjon 1
Animasjon 2
Animasjon 3
Applikasjon
23