Präsentation photogrammetrischer Daten in Virtual Reality Umgebungen

Dauer der Arbeit: 6 Monate
Abgabe: Dezember 2016
Betreuer: Patrick Tutzauer
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Norbert Haala

Aufgrund der rasanten Entwicklung der 3D-Computergraphik und Hardware in letzten Jahren, ist die Technik "Virtual Reality (VR)"nicht mehr neu für uns. Mit den Virtual Reality Head-Mounted Displays (HMD) haben wir ein Gefühl der Immersion in einer virtuellen Welt gewonnen, indem wir eine fremde Stadt oder eine verschwundende Ruine besuchen können. Um eine hohe Immersion zu erreichen muss jedes 3D-Objekt so detailliert wie möglich manuell modelliert werden. Allerdings kostet dies zu viel Zeit. Anstatt die virtuelle Welt manuell in einer 3D-Software zu erzeugen wird die Photogrammetrie, die ein effizienter Weg zur Generierung von 3D-Stadtmodelle ist, in dieser VR-Umgebung verwendet. Damit kann ein reales Objekt bzw. eine wirkliche Szene in die virtuelle Welt übertragen werden.

Realisierung der VR-Umgebung

Im Rahmen dieser Master-Arbeit wurden Untersuchungen über den Einsatz von Photogrammetrie in einer Virtual Reality Umgebung durchgeführt. Dazu wurden zwei VR-Projekte jeweils für Smartphone und HTC Vive erstellt und viele praktische Funktionalitäten wurden für die VR-Anwendung konzipiert. Bei der Realisierung handelt es sich um Funktionen wie Distanzmessung, Berechnung einer ausgleichenden Ebene, Darstellung einer Mini-Map, den Wechsel zwischen unterschiedlichen Datensätzen (Abbildung I), die Skalierung, Rotation, sowie Kopie von ausgewählten Objekten. Zudem wurden der BirdView-, Superman-, und Fußgänger-Modus (Abbildung II) für HTC Vive VR-Umgebung spezifisch entwickelt, indem der Benutzer sowohl in der Luft als auch auf dem Boden mit den 3D-Stadtmodellen interagieren kann. Die Navigationsfunktion wurde mithilfe der Spracherkennung in der HTC Vive VR-Umgebung implementiert.

Untersuchungen der Einflussfaktoren in der VR-Umgebung

Neben der Realisierung der VR-Projekte wurden einige Untersuchungen zur Eruierung der Einflussfaktoren auf die Qualität der Visualisierung in der VR-Umgebung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen auf, dass für mobile VR ein größerer ausgedehnterer Untersuchungsbereich die Aktualisierungsrate verlangsamen lassen kann. Wegen der unterschiedlichen Komplexitäten weisen die verschiedenen Datentypen für das gleiche Objekt unterschiedliche Framerates auf. Das Modell von LoD2CityGML besitzt immer die höchste FPS-Zahl, die Punktwolke hingegen kann nur mit einer geringen Aktualisierungsrate auf dem Bildschirm dargestellt werden. Normalerweise kann die Framerate durch Zusammenführung vieler kleiner Meshes in wenigen größeren Meshes opitmiert werden. Aber es liegt auch an der Rechnerleistung der Graphikkarte. Das statische Batching eignet sich besonders gut für größere, statische Untersuchungsgebiete. Dagegen liefert das dynamische Batching eine bessere Framerate bei der Darstellung einer Szene mit wenigen 3D-Modellen in mobiler VR-Umgebung. Unter Verwendung der LoD-Technik erhöht sich die FPS-Zahl im Allgemeinen um 40%.

Fazit

In der Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass die photogrammetrischen Daten für die praktischen Funktionalitäten in der VR-Umgebung problemlos eingesetzt werden können. Zudem sind die aus photogrammetrischen Verfahren erzeugten 3D-Modelle in der Lage, einen realistischen visuellen Eindruck in der VR-Umgebung zu gewährleisten. Die Photogrammetrie liefert eine Möglichkeit, um Szenen der realen Welt in die virtuelle Welt zu übertragen und bietet dabei mehrere praktische Anwendungsmöglichkeiten, z.B. Vermessungsfunktion oder Navigation, in der VR-Umgebung.