LoD2 voor alle 10 miljoen BAG
panden in Nederland
3D-toepassingen gaan vaak
gepaard met de wens om
gebouwen met dakvormen te
modelleren. Na jaren onderzoek
en ontwikkeling hebben
we in Delft een methode
gerealiseerd die volledig
automatisch dakvormen (LoD2)
reconstrueert uit puntenwolken
en 2D-pandpolygonen. Met
deze methode hebben we
3D-modellen gegenereerd voor
alle 10 miljoen BAG-panden
in Nederland, de eerste open
3D-dataset op dit detailniveau.
Niet alle toepassingen zijn gebaat
bij dit detailniveau. Daarom
reconstrueren we in hetzelfde
proces ook andere detailniveaus.
Het volledig automatisch proces
zorgt ook in de toekomst voor
consistentie als nieuwe modellen
worden geconstrueerd met
actuele input-data. Bovendien
monitoren we verschillende
kwaliteitsparameters die
gebruikers kunnen helpen bij de
juiste toepassing van de data.
8
Geo-Info I 202i-i
gebouw
202i-i 1 Geo-Info 1 9
Door Ravi Peters, Balazs Dukai,
Stelios Vitalis, Jordi van Liempt en
Jantien Stoter
Gebouwen zijn prominente objecten in
3D-stadsmodellen. Gebouwmodellen kunnen
op verschillende detailniveaus (Levels of Detail:
LoDs) worden gemodelleerd. Het detailniveau
van gebouwmodellen is enerzijds afhankelijk
van inwinmethode en anderzijds van data-
eisen voor een specifieke toepassing.
Vaak wordt gedacht dat een hoger detail
niveau beter is, omdat hogere LoDs de
werkelijkheid beter lijken te representeren.
Hogere detailniveaus zijn echter ook com
plexer (en daarom duurder) om in te winnen
en bij te houden. Bovendien leidt het gebruik
van modellen op hogere detailniveaus in
ruimtelijke analyse niet automatisch tot
betere resultaten, terwijl te veel detail een
negatieve (en soms zelfs desastreuze) invloed
kan hebben op de runtime van analyses.
Hierdoor is het soms beter te veel irrelevante
details te vermijden. Zo zijn blokmodellen
(LoDi) voldoende voor geluidssimulaties en
schaduw- en windanalyses. Dakvormen (LoD2)
zijn nodig voor bijvoorbeeld het bepalen van
de potentie van zonnepanelen. En gebouw
modellen met ramen en deuren (LoD3) zijn
nodig voor het berekenen van warmteverlies
voor energieberekeningen. Binnen elk LoD zijn
weer verfijningen mogelijk.
Onze nieuwe 3D BAG 2.0 service is een
doorontwikkeling van de 3D BAG 1.0 die alleen
de LoDi modellen genereerde en beschikbaar
stelde, zie Geo-Info 5-2018. De nieuwe 2.0-ver-
sie reconstrueert LoDi.2, LoDi.3 en LoD2.2
modellen uit BAG-panden en een puntenwolk
(AHN3) in eenzelfde reconstructie-proces.
Voor LoDi reconstrueert 3D BAG 2.0 twee
detailniveaus: modellen die het resultaat
zijn van het optrekken van de gehele BAG-
polygoon (LoDi.2) en modellen waarbij de
2D-polygoon tot meerdere hoogtes worden
opgetrokken wanneer een gebouw één of
meerdere hoogtesprongen heeft (LoDi.3),
zoals bij kerken met toren of huizen met
aangebouwde schuur of garage. Beide model
len zijn relatief eenvoudige representaties
en daarom te gebruiken in toepassingen die
gebaat zijn bij een lager detailniveau. Maar
de LoDi.3 gebouwen zijn wel ingewikkelder
om automatisch te reconstrueren, zoals we
verderop zullen beschrijven.
LoDi.0/2.0 en LoDi.i/2.i modellen zijn geba
seerd op gegeneraliseerde pand-polygonen
en vallen buiten onze scope. Evenals LoD3
modellen (met ramen en deuren) die handma
tige bewerkingen vereisen.
Hieronder beschrijven we de reconstructie
methodes voor LoDi.2, LoDi.3 en LoD2.2, die
we zowel in 3D als 2D (+hoogtes) leveren, zie
Figuur 2. Al deze reconstructies maken gebruik
van de opdeling van de BAG-polygoon in
dakdelen en het selecteren van de juiste
punten in dit proces. Daarom beschrijven we
deze stap eerst.
Opdelen van BAG-polygoon in
dakdelen
In dit proces (zie Figuur 3) wordt ieder BAG-
polygoon opgedeeld door breuklijnen die
worden gedetecteerd op basis van de dakvlak-
ken. Deze dakvlakken worden afgeleid uit de
puntenwolk als er minimaal i5 punten deel
uitmaken van het vlak (Figuur 3.2). Uitgaande
van een gemiddelde puntdichtheid van acht
punten per vierkante meter in AHN3, komt dit
overeen met dakvlakken van ongeveer mini
maal twee vierkante meter. Punten die niet
worden toegekend aan een vlak en punten die
JUr '■Suf^aT''JJ
Figuur i. Scheveningen in L0D2.2 met de3DBAG 2.0.
BAG
polygoon
LoD2
Bovengrond
Ondergrond
Werkelijke pand
2
overgebleven vlakken in de finale opdeling
noemen we 'dakdelen'.
LoD2.2
De geïdentificeerde dakdelen worden in
de LoD2.2 reconstructie opgetrokken vanaf
het maaiveld tot een 3D-mesh (Figuur 3.6).
De mesh bestaat uit drie typen vlakken: het
grondvlak, de dakvlakken en de muurvlakken
De hoogte van het grondvlak wordt, net als
voor de andere detailniveaus, gebaseerd op
het laagste punt rond het gebouw, berekend
Figuur 2. Overzicht van de zes representaties van een BAG-pand in de nieuwe 3D BAG 2.0.
op muurvlakken vallen worden verwijderd.
Er worden twee type lijnen gedetecteerd:
grenslijnen en snijlijnen (zie Figuur 3.3). De
lijnen worden eerst nog rechtgetrokken, alvo
rens ze gebruikt worden om het 2D BAG-pand
op te delen. Ook ontdubbelen we de lijnen op
basis van onderlinge afstand en oriëntatie. De
lijn voor iedere nok in Figuur 3.3 wordt bijvoor
beeld drie keer gedetecteerd: een keer als snijlijn
en twee keer als grenslijn (voor ieder vlak apart).
Met de overgebleven lijnen worden de
BAG-polygonen opgeknipt tot een initiële
opdeling (Figuur 3.4). Deze opdeling kan erg
complex zijn doordat er veel kleine vlakken
kunnen ontstaan uit de intersecties van de
lijnen. Daarnaast is het in de praktijk vaak
lastig om aan ieder vlak het juiste 3D-dakvlak
toe te kennen wat nodig is om er uiteindelijk
een 3D-model van te maken. Dit heeft onder
andere te maken met occlusie-effecten in
de puntenwolk. Onze oplossing hiervoor is
het toepassen van een zogenaamde 'graph-
cut' optimalisatieprocedure. Hierbij worden
dakvlakken toegewezen aan de initiële
opdeling, waarbij de totale fout met de input-
puntenwolk en tegelijkertijd de totale lengte
van de edges tussen vlakken van een ander
dakvlak worden geminimaliseerd. Dat laatste
zorgt ervoor dat de complexiteit (met andere
woorden het aantal vertices en edges) zo klein
mogelijk wordt gehouden. Het resultaat is de
zogenaamde finale opdeling (Figuur 3.5). Dit
is de optimale balans tussen een maximale
nauwkeurigheid ten opzichte van de pun
tenwolk en een minimale complexiteit. De
Figuur 3. Het L0D2.2 reconstructieproces in zes stappen. i) BAG polygoon AHN3 maaiveld en
gebouwpunten. 2) dakvlakdetectie. 3) lijndetectie. 4) lijnprojectie en -regularisatie (initiële opdeling). 5)
finale opdeling na optimalisatie/toekennen dakvlakken; vergelijk kleuren met (2). 6) LoD2.2 3D mesh.
LoDi.3
De LoDi.3 reconstructie maakt gebruik van
dezelfde 2D-opdeling als de LoD2.2 recon
structie. Hierbij worden eerst nog aangren
zende dakdelen met een hoogtesprong
kleiner dan 3 meter in een iteratief proces
samengevoegd. Dit komt overeen met (onge
veer) de hoogte van een verdieping.
De iteratie begint bij de kleinste hoogtesprong
en stopt wanneer er geen hoogtesprongen
kleiner dan 3 meter over zijn. Hierna wordt
voor ieder deel een extrusiewaarde berekend,
de zogenaamde referentiehoogte. Ieder
dakdeel wordt vervolgens naar deze referen
tiehoogte opgetrokken.
De referentiehoogte kan variëren afhankelijk
van de statistische methode die wordt gebruikt,
maar ook afhankelijk van de data-eisen van
een specifieke toepassing (bijvoorbeeld goot-,
nok-, maximale hoogte). Om deze referentie
hoogtes te standaardiseren en de gebruiker
de keuze te laten welke referentiehoogte zij/
hij wil gebruiken, berekenen we vier refe
rentiehoogtes per dakdeel op basis van de
maaiveld
grenslijnen
als het 5e percentiel van alle grondpunten die
zich binnen een 4m-buffer van het gebouw
bevinden. Hiervoor zou ook een 'intersec
tion curve' van het terrein kunnen worden
gebruikt. Het optrekken gebeurt zo dat er
geen inwendige muren ontstaan en de mesh
topologisch 'klopt'.
