Tipps, Tricks und Hinweise zum Datenimport

Georeferenzierung und Koordinatensysteme

Eine korrekte Georeferenzierung ist entscheidend für die Integration architektonischer Modelle in digitale Zwillinge. Die häufigsten Herausforderungen entstehen bei der Umwandlung lokaler CAD-Koordinaten in Weltkoordinatensysteme.

Häufige Herausforderungen bei der Georeferenzierung

CAD-Papierbereich-Probleme

Architekturzeichnungen verwenden oft CAD-Papierbereiche, die verschiedene Koordinatensystemprobleme verursachen:

  • Mehrere Koordinatenursprünge: Papierbereiche können andere Ursprünge als der Modellbereich aufweisen, was zu Positionsverschiebungen führt

  • Maßstabsabweichungen: Maßstabsfaktoren im Papierbereich entsprechen oft nicht den realen Abmessungen

  • Drehungsdifferenzen: Die Ausrichtung im Papierbereich kann von der Nordausrichtung abweichen

  • Uneinheitliche Einheiten: Gemischte Einheiten zwischen Papierbereich (oft Zoll oder Punkte) und Modellbereich (Meter/Fuß)

Es wird empfohlen, stets mit Modellbereichskoordinaten zu arbeiten, wenn Geometriedaten aus CAD-Dateien extrahiert werden.

Lokale vs. globale Koordinatensysteme

In der Architektur wird meist in lokalen Koordinatensystemen gearbeitet, die in globale Systeme transformiert werden müssen:

  • Beliebige Ursprünge: Gebäude werden häufig mit einem lokalen Ursprung (z. B. Gebäudeecke bei 0,0,0) modelliert

  • Fehlende Höhenangaben: Die Höhe über dem Meeresspiegel ist oft nicht definiert

  • Ausrichtungsprobleme: Die Orientierung des Gebäudes stimmt möglicherweise nicht mit Nordrichtung oder Gitter-Nord überein

Korrekt georeferenzierte Modelle mit einem bekannten/definierten Koordinatensystem werden in ein lokales/ gemeinsames Koordinatensystem reprojiziert, sodass der Mittelpunkt des Modells bei 0,0 liegt.
Damit IFC-Modelle korrekt platziert werden, müssen die Elemente IfcMapConversion und IfcProjectedCRS im Modell richtig gesetzt sein. Fehlen diese, erfolgt ein Fallback auf die im IFCSite-Objekt definierten Werte für Breitengrad und Längengrad.

Empfehlungen für Architekturdaten

Vorbereitung von CAD-Dateien

  • Arbeiten im Modellbereich: Die gesamte Geometrie sollte im Modellbereich erstellt werden

  • Einheitliche Maßeinheiten: Es wird empfohlen, durchgehend einheitliche Einheiten (vorzugsweise Meter) zu verwenden

  • Einbindung des Standortkontexts: Gebäude sollten im Bezug zu Grundstücksgrenzen und Umgebung modelliert werden

  • Dokumentation des Koordinatensystems: Das verwendete Koordinatensystem und das Bezugsdatum sollten klar angegeben werden

Fehlerbehebung bei häufigen Problemen

Positionsverschiebungen

Problem: Das Modell erscheint nach dem Import an einer falschen Position oder ist nicht sichtbar

Lösungen:

  • Bitte prüfen, ob das CAD-Modell tatsächlich eine Georeferenzierung enthält

  • Überprüfen ob im ursprünglichen CAD-Modell Papierbereich und Modellbereich verwechselt wurden

    • Der VC Planner prüft die Ausdehnung des Modells: Befindet sich das Modell mehr als 10.000 Meter (10 km) vom Koordinatenursprung (0,0) entfernt (in x- und y-Richtung), wird es automatisch auf 0,0 verschoben und sollte bei nicht projizierten Modellen an der Klickposition erscheinen. Liegt das Modell weniger als 10 km vom Ursprung entfernt, erfolgt keine Verschiebung – das Modell kann dann weit entfernt von der gewünschten Position platziert sein.

  • testen ob, das Modell mit der Option „Modell auf Gelände platzieren“ im VC Planner positioniert werden kann – dies kann Probleme mit einem abweichenden vertikalen (z) Ursprung beheben.

  • Überprüfen, ob eine Sklaierung des Modells den Fehler behebt – es wird angenommen, dass die Einheiten des Modells in Metern angegeben sind. In manchen Fällen sind Modelle jedoch fälschlicherweise als Zentimeter oder Millimeter deklariert und werden dadurch um den Faktor 100 oder 1000 verkleinert, sodass sie fast unsichtbar erscheinen.
Maßstabsabweichungen

Problem: Das Modell erscheint zu groß oder zu klein

Lösungen:

  • Überprüfung von Maßstabsfaktoren in CAD-Zeichnungen

  • Sicherstellung einheitlicher Einheiten zwischen CAD und Plattform

  • Anpassung der Modellgröße mit den Skalierungswerkzeugen des VC Planner
Ausrichtungsfehler

Problem: Das Modell ist falsch gedreht

Lösungen:

  • Überprüfung von Nordrichtungen (geografisch, Gitter, beliebig)

  • Kontrolle der Rotationsparameter des Koordinatensystems

  • Ausrichtung des Modells mit den Rotationswerkzeugen des VC Planner
Höhenprobleme

Problem: Das Modell erscheint über oder unter dem Geländeniveau

Lösungen:

  • Überprüfung der Höhenbezugssysteme

  • Kontrolle relativer und absoluter Höhenwerte

  • Festlegung der Geländehöhe in beiden Koordinatensystemen

  • Anpassung der Modellhöhe mit den Werkzeugen des VC Planner
VC Planner Fallback

Falls das Modell nicht korrekt georeferenziert werden kann, bietet der VC Planner eine Möglichkeit zur manuellen Anpassung von Position, Maßstab und Ausrichtung innerhalb der Plattform. So können schnelle Korrekturen vorgenommen werden, ohne das Modell erneut aus der CAD-Software exportieren zu müssen.

Workflow für nicht referenzierte Modelle mit dem VC Planner (erweitert)

Beim Arbeiten mit nicht referenzierten Modellen im VC Planner empfiehlt sich folgendes Vorgehen, um eine korrekte Integration und Visualisierung zu gewährleisten:

Import projizierter Modelle ohne bekanntes Referenzsystem

Erklärung: Einige Formate wie OBJ, DXF oder DWG enthalten keine Informationen zum Koordinatensystem, aber die Koordinaten liegen im Weltkoordinatensystem vor (sind also projiziert). Diese Modelle müssen manuell mit einem Referenzsystem versehen werden, um korrekt im VC Planner platziert zu werden. Mit einer WKT-Datei (Well-Known Text) wird das Koordinatensystem definiert, in dem das Modell ursprünglich erstellt wurde.

Vorgehensweise:

  1. ZIP-Datei erstellen

  2. 3D-Modell hinzufügen: Das Modell sollte in einem unterstützten Format (z. B. OBJ, DXF, DWG usw.) vorliegen

  3. Metadatendatei ergänzen: Eine Datei {3dmodelfilename}.prj (gleicher Name wie das 3D-Modell + Endung prj) mit folgender Information: + die WKT (Well-Known Text)-Repräsentation des Koordinatensystems + Beispiel für ETRS89 UTM Zone 32N:

    PROJCS["ETRS_1989_UTM_Zone_32N",GEOGCS["GCS_ETRS_1989",DATUM["D_ETRS_1989",SPHEROID["GRS_1980",6378137.0,298.257222101]],PRIMEM["Greenwich",0.0],UNIT["Degree",0.0174532925199433]],PROJECTION["Transverse_Mercator"],PARAMETER["False_Easting",500000.0],PARAMETER["False_Northing",0.0],PARAMETER["Central_Meridian",9.0],PARAMETER["Scale_Factor",0.9996],PARAMETER["Latitude_Of_Origin",0.0],UNIT["Meter",1.0]]

  4. ZIP-Datei hochladen: Die Importfunktion des VC Planner wird verwendet, um die ZIP-Datei mit Modell und Metadaten hochzuladen

  5. Modellposition prüfen: Nach dem Import empfiehlt sich die Überprüfung der Modellposition in der 3D-Ansicht anhand des angegebenen Koordinatensystems

  6. Gegebenenfalls anpassen: Falls das Modell nicht korrekt erscheint, können die Werkzeuge des VC Planner zur manuellen Anpassung von Position, Maßstab und Ausrichtung genutzt werden

WKT-Dateien sind ein Standard zur Definition von Koordinatensystemen und können mit den meisten GIS-Programmen erzeugt werden. Die Genauigkeit des WKT-Strings ist entscheidend für die korrekte Ausrichtung. WKT-Dateien finden sich z. B. unter https://epsg.io/ oder https://spatialreference.org/

Import von Modellen ohne Referenzsystem am Punkt 0,0

Erklärung: Einige Modelle besitzen kein definiertes Koordinatensystem und liegen am Ursprung (0,0). Diese Modelle können mit einer einfachen Metadatendatei importiert werden, die ihre Position relativ zum Weltkoordinatensystem festlegt.

Vorgehensweise:

  1. ZIP-Datei erstellen

  2. 3D-Modell hinzufügen: Das Modell sollte in einem unterstützten Format (z. B. OBJ, DXF, DWG usw.) vorliegen

  3. Metadatendatei ergänzen: ReferencePoint.json mit folgendem Inhalt:

    {
	"heading": 0,
	"height": 100,
	"latitude": 45,
	"longitude": 45,
	"pitch": 0,
	"roll": 0,
	"scale": 0
}
    Parameter Wert Beschreibung

    heading

    0

    Drehung um die negative z-Achse in Grad

    height

    100

    Höhe des Modells über dem Geländeniveau in Metern

    latitude

    45

    Breitengrad des Referenzpunkts in Grad (WGS84)

    longitude

    45

    Längengrad des Referenzpunkts in Grad (WGS84)

    pitch

    0

    Drehung um die negative y-Achse in Grad

    roll

    0

    Drehung um die positive x-Achse in Grad

    scale

    0

    Skalierungsfaktor für das Modell (1 = Originalgröße, >1 = größer, <1 = kleiner)

  4. ZIP-Datei hochladen: Die Importfunktion des VC Planner wird verwendet, um die ZIP-Datei mit Modell und Metadaten hochzuladen

  5. Modellposition prüfen: Nach dem Import empfiehlt sich die Überprüfung der Modellposition in der 3D-Ansicht am Ursprung (0,0)

  6. Gegebenenfalls anpassen: Falls das Modell nicht korrekt erscheint, können die Werkzeuge des VC Planner zur manuellen Anpassung von Position, Maßstab und Ausrichtung genutzt werden

3D-Modelloptimierung

Beim Hochladen von 3D-Modellen für browserbasierte Visualisierung in urbanen digitalen Zwillingen ist eine Performance-Optimierung unerlässlich. Folgende Hinweise helfen, eine flüssige Darstellung und Navigation zu gewährleisten:

Hinweise für Gebäudemodelle

Optimierung der Außenhülle

  • Innenräume entfernen: Alle nicht sichtbaren Innenwände, Möbel, Einbauten und Raumteilungen sollten entfernt werden

  • Gebäudehülle vereinfachen: Es empfiehlt sich, sich auf die äußere Hülle – Außenwände, Dach und markante architektonische Merkmale – zu konzentrieren

  • Fassadendetails optimieren: Komplexe Fassadenelemente werden auf wesentliche visuelle Merkmale reduziert

  • Texturierung verwenden: Detaillierte Geometrie kann durch hochwertige Texturen für Oberflächendetails wie Ziegelmuster, Fenster oder Dekorelemente ersetzt werden

Geometrische Vereinfachung

  • Polygonanzahl reduzieren: Eine möglichst geringe Polygonanzahl wird angestrebt

  • Verdeckte Flächen entfernen: Polygone, die nach innen zeigen oder vollständig verdeckt sind, werden entfernt

  • Koplanare Flächen zusammenfassen: Benachbarte, ebene Flächen können zu einem Polygon zusammengefasst werden

Allgemeine Hinweise für 3D-Assets

Dateiformate und Komprimierung

  • Texturkomprimierung: JPEG-Komprimierung für Farbinformationen, PNG für Transparenz

  • Texturauflösung: 1024x1024 Pixel für die meisten Gebäude, 2048x2048 nur für Landmarken

  • Modellkomprimierung: Wenn möglich, sollte Draco-Komprimierung für Geometrie verwendet werden

Performance-Aspekte

  • Batching ähnlicher Objekte: Identische Elemente (Bäume, Stadtmöbel etc.) werden gruppiert, um Renderaufrufe zu reduzieren

  • Instancing: Instanziertes Rendering für wiederkehrende Elemente wie Fenster, Balkone oder Vegetation

  • Culling-Vorbereitung: Modelle sollten für Frustum Culling korrekt ausgerichtet und positioniert sein

  • Materialoptimierung: Die Anzahl einzigartiger Materialien wird minimiert – Materialien werden mehrfach verwendet

Balance zwischen Qualität und Performance

Hinweise zur visuellen Qualität

  • Silhouetten beibehalten: Die markante Kontur und die Hauptproportionen sollten erhalten bleiben

  • Wesentliche Merkmale: Charakteristische Elemente, die der Orientierung dienen, werden beibehalten

  • Materialvielfalt: Ausreichende Materialvariation zur Unterscheidung verschiedener Gebäudetypen

  • Lichtverhältnisse: Modelle sollten mit dynamischer Beleuchtung und Schatten funktionieren

Technische Vorgaben

  • Speichergrenzen: Einzelne Modelle sollten unter 10 MB, die gesamte Szene unter 100 MB bleiben

  • Mobile Kompatibilität: Performance-Tests auf mobilen Geräten mit begrenzter GPU-Leistung

  • Browser-Limits: WebGL-Beschränkungen und unterschiedliche Browser-Performance werden berücksichtigt

Empfehlungen für den Workflow

Vorverarbeitungsschritte

  1. Originalmodelle prüfen: Nicht benötigte Elemente werden vor der Optimierung identifiziert und katalogisiert

  2. Namenskonventionen festlegen: Konsistente Benennung für Materialien, Texturen und Modellhierarchien

  3. Versionskontrolle: Sowohl Original- als auch optimierte Versionen werden gepflegt

Qualitätssicherung

  • Performance-Tests: Regelmäßige Überprüfung von Ladezeiten und Bildraten während der Entwicklung

  • Visuelle Validierung: Vergleich optimierter Modelle mit Originalen zur Sicherstellung akzeptabler Qualitätsverluste

  • Plattformübergreifende Tests: Überprüfung der Performance auf verschiedenen Geräten und Browsern

  • Nutzerfeedback einbinden: Rückmeldungen zur Navigation und visuellen Qualität werden berücksichtigt

Es empfiehlt sich, zunächst stark zu optimieren und anschließend bei Bedarf Details wieder hinzuzufügen, anstatt komplexe Modelle nachträglich zu vereinfachen.