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2014 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Automatische Modellierung von Waldlandschaften für virtuelle Welten und mobile Roboter

Author: Arnold Bücken

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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About this book

​Fernerkundungsdaten wie Luftbilder, Gelände- und Oberflächenmodelle sind inzwischen global verfügbar und haben ihren Platz in unserem Alltag gefunden. Andererseits werden Landschaftsmodelle für Simulationen und Darstellungen in der Virtuellen Realität in vielen Fällen weiterhin aufwendig von Hand generiert. Arnold Bücken zeigt einen Weg auf, wie sich Waldlandschaften in einem automatisierten Verfahren großflächig aus Fernerkundungsdaten ableiten lassen. Das Ergebnis sind detaillierte Waldmodelle mit geografisch verorteten, attribuierten Einzelbäumen, die sich für eine Vielzahl von Simulationsaufgaben eignen und gleichzeitig eine hochdetaillierte kartografische Aufnahme des Waldes, beispielsweise für Lokalisierungsaufgaben von robotischen Systemen, bieten.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Simulationen und VR-Umgebungen sind heutzutage realistischer als je zuvor. Durch die steigende Leistungsfähigkeit von Prozessoren und Grafikkarten werden immer detailliertere Visualisierungen der Umgebung und Berechnungen der physikalischen Eigenschaften möglich. Insbesondere bei Simulationen, die zu Unterhaltungszwecken entwickelt wurden, ist diese Entwicklung klar zu sehen. Abbildung 1.1 zeigt die Entwicklung am Beispiel der Flugsimulator-Software des Herstellers Microsoft. Die Darstellung der Umgebung hat sich von einer einfachen Polygon-Grafik über texturierte Szenen bis hin zu einer realistisch anmutenden, weltumspannenden Landschaft gewandelt.
Arnold Bücken
2. Stand der Technik
Zusammenfassung
Systeme, die die Generierung von Waldmodellen für VR-System aus Fernerkundungsdaten beschreiben, sind bisher nicht in der Literatur beschrieben. Es finden sich jedoch zahlreiche Veröffentlichungen, die Teilbereiche des hier erforderlichen Ansatzes beschreiben.
Arnold Bücken
3. Datengrundlage
Zusammenfassung
Zum Testen des vorgestellten Verfahrens standen Datensätze aus verschiedenen Testgebieten zur Verfügung. Die Datensätze wurden mit verschiedenen Aufnahmesystemen in verschiedenen Gegenden aufgenommen, sodass sichergestellt ist, dass das vorgestellte Verfahren nicht nur in einem Spezialfall funktioniert.
Arnold Bücken
4. Vorgehen bei der Erzeugung von Waldlandschaften
Zusammenfassung
Das Gelände wird durch ein digitales Geländemodell (DGM) beschrieben. Bei einer Datenaufnahme mit einem flugzeuggetragenen Laserscanner werden mit jedem ausgesandten Laserpuls mehrere Reflexionen oder – bei einem fullwaveform Scanner – ein Intensitätsprofil des reflektierten Lichtes aufgezeichnet. Die jeweils letzten Reflexionen beziehungsweise die letzten Maxima in den Intensitätsprofilen werden dabei als „Last-Echoes“ bezeichnet. Sie bilden eine unregelmäßige Punktwolke, in der jeder Punkt durch seine räumlichen Koordinaten definiert ist.
Arnold Bücken
5. Erhebung von Einzelbaumdaten
Zusammenfassung
Nachdem in den vorhergehenden Kapiteln der Stand der Technik und die zur Verfügung stehende Datengrundlage beschrieben wurden, sollen an dieser Stelle verschiedene Verfahren zur Einzelbaumerkennung vorgestellt werden. Zunächst wird der Wasserscheidenalgorithmus als Stand der Technik eingeführt und erläutert, anschließend folgen neue Ansätze: ein Volumetrischer Algorithmus, der auch die dritte Dimension der vorhandenen Daten nutzt, ein Algorithmus, der Hintergrundwissen über die aufzunehmenden Bestände verwendet sowie ein Algorithmus, der auch bei Beständen, für die Geodaten nur in einer sehr geringen Auflösung zur Verfügung stehen, noch Ergebnisse erzielen kann, die ein der Natur ähnliches Landschaftsbild ergeben.
Arnold Bücken
6. Visualisierung
Zusammenfassung
Die im letzten Kapitel berechneten Einzelbaumdaten werden nach der Segmentierung in eine Datenbank geschrieben und stehen anschließend für diverse Anwendungen zur Verfügung. In diesem Kapitel soll zunächst eine Auswahl möglicher Visualisierungen vorgestellt werden, die die Bandbreite der möglichen Anwendungen zeigt.
Arnold Bücken
7. Diskussion
Zusammenfassung
In diesem Kapitel sollen die vorgestellten Algorithmen evaluiert werden. Die Evaluierung gliedert sich dabei in mehrere Schritte. Zunächst soll die Anzahl der erkannten Bäume gegenübergestellt werden, anschließend wird die Qualität der Attribuierung geprüft, bevor die Qualität der eingesetzten Fernerkundungsdaten (Bilddaten und Ergebnisse des Laserscannings) untersucht werden.
Arnold Bücken
8. Anwendungen
Zusammenfassung
Modelldaten auf Einzelbaumebene werden in verschiedenen Anwendungen benötigt. Im Folgenden sollen exemplarisch einzelne davon vorgestellt werden.
Arnold Bücken
9. Zusammenfassung
Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Verfahren eingeführt, um großflächige, realistische Waldmodelle aus Fernerkundungsdaten effizient abzuleiten. Neben dem Verfahren wurden zwei neue Ansätze zur Einzelbaumerkennung – der Volumetrische und der Informierte Ansatz – entwickelt und eingeführt. Der Volumetrische Algorithmus konnte durch die Implementierung mithilfe eines geometrischen Verfahrens, einem Plane Sweep Algorithmus, auf eine lineare Komplexität reduziert werden. Das bedeutet auch, dass kein anderer Algorithmus zur Einzelbaumerkennung in einer besseren Komplexitätsklasse als dieser Ansatz liegen kann. Damit hängt auch die Berechnungsdauer für ein Gebiet nur noch von der Gesamtfläche und nicht vom Zerteilungsgrad des Gebietes ab.
Arnold Bücken
Backmatter
Metadata
Title
Automatische Modellierung von Waldlandschaften für virtuelle Welten und mobile Roboter
Author
Arnold Bücken
Copyright Year
2014
Electronic ISBN
978-3-658-06744-1
Print ISBN
978-3-658-06743-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-06744-1

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