Kaupunkimallien ja suunnitelmamallien avoimet formaatit

Kaupunkimallinnus ja suunnitelmamallien esittäminen kolmiulotteisessa avaruudessa on eräs tämän hetken kuumimmista digitalisaation kaupunkisuunnitteluun luomista ilmiöistä. Kaupunkimalli ja suunnitelmien esittäminen fotorealistisessa kolmiulotteisessa, rakennettua ympäristöä kuvaavassa ympäristössä on erittäin toimiva havainnollistamiskeino, joka tavoittaa sellaisetkin kaupunkilaiset, jotka eivät ole harjaantuneet tulkitsemaan paikoin hyvinkin kryptisiä kaavakarttoja merkintöineen.

Yksinkertaisesti ajateltuna kaupunkimalli on paikkatietoa, jolla on kolmiulotteinen geometriatieto. Paikkatietojen tehokkaamman hyödyntämisen maankäytön suunnitteluun tuomia mahdollisuuksia olen pohtinut aikaisemmin tässä blogissa.

Kaupunkimalli löytyykin jo monesta suomalaisesta kaupungista, joskin niitä tuotetaan ja ylläpidetään ja esitetään hyvin erilaisin teknisin ratkaisuin. Suomalaisista kaupungeista kenties pisimmälle asiassa on edennyt Helsingin kaupunki, jonka kaupunkimallit on julkaistu internetiin kaikkien meidän katseltavaksi.

Sukeltaessaan kaupunkimallien maailmaan, huomaa varsin pian lilluvansa erilaisten käsitteiden, lyhenteiden, formaattien ja eri tekniikoiden seassa. Vastaava ilmiö on tuttu myös perinteisten paikkatietojen maailmasta, missä on olemassa niin ikään oma terminologia, iso kasa erilaisia formaatteja ja lyhenteitä. Tässä artikkelissa tutustutaan kaupunkimallinnuksen ja mallipohjaisen kaupunkisuunnittelun yhteydessä käytettäviin avoimiin formaatteihin.

Kaupunkimalli jakoon CityGML:n avulla

Avoimet standardit ovat hyvin edustettuna kaupunkimallinnuksen ja mallipohjaisen kaupunkisuunnittelun maailmassa. Avoimista standardeista painokkaimman maininnan ansaitsee CityGML, joka on Open GeoSpatial Consortiumin hallinnoima standardi kaupunkimalliaineiston siirtämiseen järjestelmästä toiseen.

CityGML standardin on kehittänyt alun perin Special Interest Group 3D ja sittemmin se on otettu OGC:n sateenvarjon alle. Käytännön kehitystyötä toteuttaa kuitenkin yhä SIG3D.

CityGML:n juuret ovat GML-formaatissa (Geographic Markup Language). Muistin virkistämiseksi todettakoon, että GML on XML-pohjainen formaatti paikkatietoaineistojen tallentamiseen.

CityGML-formaattiin voidaan tallentaa kaupunkimallissa esitettävien kohteiden geometria ja ominaisuustiedot. CityGML-muotoon tallennettu data jaotellaan formaatin sisällä eri moduuleihin, joita ovat esimerkiksi rakennukset, sillat, maakäyttö ja maanpinnan muodot. CityGML-formaatti mahdollistaa myös tekstuurien hyödyntämisen, jolloin mallista saadaan fotorealistinen.

CityGML-formaatista puhuttaessa ei voi välttyä törmäämästä lyhenteeseen LOD. LOD-lyhenne tulee englanninkielisistä sanoista Level Of Detail ja kuvaa sitä, kuinka yksityiskohtaisesta mallista on kysymys. CityGML-formaattissa säilöttävä kaupunkimalli voi sisältää viidellä eri tarkkuustasolla esitettyä tietoa.

Epätarkin LOD 0 -taso soveltuu lähinnä maanpinnan muotojen visualisoimiseen. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että esityksen pohja-aineistona on korkeusmalli, jonka päällä on ortoilmakuva tekstuurina.

LOD 1 -tasolla esitetään mm. rakennusten  kolmiulotteiset muodot karkeasti visualisoituna (ns. massa-/laatikkomalli, jossa rakennukset nostetaan likimääräiseen korkeuteensa rakennuksen ulkorajausta noudatellen). LOD 2 -taso tuo mukanaan jo mm. rakennusten kattomuodot ja mahdollisuuden yksinkertaisten tekstuurien käyttämiseen seinä- ja kattopinnoilla.

LOD 3 -taso on jo erittäin yksityiskohtainen sisältäen mm. rakennusten arkkitehtonisia yksityiskohtia ja tarkat seinä- ja kattopintatekstuurit. LOD 4 -taso on kaikista tarkin taso, jossa mukana on jo kuvaukset rakennusten sisätiloista.

 

CityGML-formaatista puhuttaessa ei voi välttyä törmäämästä lyhenteeseen LOD.

 

CityGML-muotoisen kaupunkimallin tietokannaksi 3DCityDB

CityGML-muotoisen kaupunkimallin säilömiseen tietokannassa on kehitetty avoimen lähdekoodin ratkaisu 3DCityDB. 3DCityDB:n kehitystä koordinoi Münchenin teknillinen yliopisto (TUM).

3DCityDB on relaatiotietokantaympäristössä (joko PostGIS tai Oracle Spatial) toimiva ratkaisu kaupunkimallidatan säilömiseen ja jakeluun. Varsinaisen kaupunkimallitietokannan lisäksi TUM on kehittänyt työkalun kaupunkimallitietokannan tietojen hallintaan (Importer/Exporter) ja internetselaimessa toimivan kaupunkimallin katselutyökalun (3DCityDB Web Map Client).

Importer/Exporter -työkalulla on mm. mahdollista tuoda GityGML-muotoisia tiedostoja 3DCityDB-tietokantaan ja kirjoittaa ulos tietokannasta paitsi CityGML-tiedostoja niin myös mm. glTF ja COLLADA-formaatteja. 3DCityDB Web Map Client -katselutyökalulla kaupunkimallin sisältämiä tietoja on mahdollista katsella internetselaimessa. 3DCityDB Web Map Client katselutyökalu perustuu Cesium-alustaan.

Mallipohjaista suunnittelua IFC:n ja Inframodelin avulla

Oman leimansa kaupunkimallien maailmaan antaa myös kaupunkimallinnuksen vahva linkittyneisyys suunnittelupuolen tietomallimaailmaan, sillä kolmiulotteista kaupunkimallia voidaan käyttää alustana, jossa tulevaisuuden maankäyttöä voidaan esitellä kolmiulotteisesti. Suunnittelupuolella törmää väistämättä nykyään ainakin seuraaviin lyhenteisiin/formaatteihin: BIM, IFC ja Inframodel.

Aloitetaan BIM:stä ja todetaan, että BIM on lyhenne englanninkielisistä sanoista Building Information Model (suom. rakennuksen tietomalli). Rakennuksen tietomalli sisältää mm. rakennuksen kolmiulotteisen geometriatiedon ja rakennuksen eri rakenteiden elinkaaren aikaiset ominaisuustiedot.

Keskeistä tietomallipohjaiselle rakennussuunnittelulle on ns. oliopohjaisuus. Olipohjaisuudella tarkoitetaan sitä, että tietomallin sisältämä data on jaoteltu mallin sisällä rakenteellisiin kokonaisuuksiin (esimerkiksi ikkuna on yksi olio). Jokaista rakenteellista kokonaisuutta voidaan käsitellä mallissa joko yksittäin (esim. yksittäisen ikkunan-elementin tarkastelu) tai kokonaisuuksina (esim. materiaalikulutusten laskenta).

 

Kolmiulotteista kaupunkimallia voidaan käyttää alustana, jossa tulevaisuuden maankäyttöä voidaan esitellä kolmiulotteisesti.

 

IFC on puolestaan ns. avoin tiedonsiirtoformaatti, jonka avulla tietomallipohjaisia rakennussuunnitelmia voidaan siirtää käytetystä suunnitteluohjelmistosta toiseen. IFC-malleja voidaan laatia useilla eri (kaupallisilla) suunnittelusovelluksilla.

IFC-formaatin kehittämisestä vastaa nykyään buildingSMART. BuildingSMART on kansainvälinen foorumi, jonka tavoitteena on mm. edistää tietomallipohjaisen suunnittelun tunnettavuutta ja näin ollen lisätä tietomallipohjaista suunnittelua. BuildingSMART-foorumista on olemassa myös suomalainen paikallisosasto.

Inframodel on niin ikään BuildingSMART-foorumin koordinoima avoin formaatti infrarakentamiseen liittyvän rakenteellisen tiedon siirtämiseen. Inframodel perustuu kansainväliseen LandXML-standardiin.

Tarjolla on siis monenlaista formaattia, joista jokaiselle on epäilemättä sijansa. Tässä vaiheessa täytyy kuitenkin todeta, että formaatit ovat ainoastaan keinoja kaupunkimallin/suunnitelmamallin sisältävän tiedon rakenteellisuuden hallintaan ja tiedon tallentamiseen. Nämä eivät yksistään vielä riitä, sillä pitäähän näitä malleja pystyä esittelemään jollakin.

Kaupunkimallin esittelyyn ja julkaisuun soveltuvasta avoimen lähdekoodin Cesium-alustasta kirjoittelen aiheesta lisää myöhemmin.

Jäikö jokin keskeinen avoin formaatti mainitsematta? Mikäli näin kävi, niin heitä ihmeessä kommentilla.

 

2 KOMMENTTIA
  • Pekka Luokkala
    Vastaa

    Tervehdys paikkatietomies! Tämä on erinomainen kokoelma arvokasta tietoa! Avoimet tiedonsiirtostandardit ovat ehdottoman tärkeitä sovellusten yhteistoiminnan kannalta. Tiedonsiirtoformaattien lisäksi olisi keskityttävä siirrettävän tiedon laadun parantamiseen ja yhdenmukaistamiseen kansallisella tasolla. Tähän tehtävään pureutuu JHS-hanke Paikkatiedon käsitemalli: Rakennukset ja rakenteet. Hankkeen perustana on Maanmittauslaitoksen ja kuntien yhdessä toteuttama käsitemalli, joka on julkaistu verkossa http://www.paikkatietoalusta.fi/kasitemallit. JHS-hanke antaa kaikille halukkaille mahdollisuuden osallistua yhteisen käsitemallin muodostamiseen. Hankkeen ensimmäinen julkinen palautekierros alkaa syyskuussa 2018.

  • Paikkatietomies
    Vastaa

    Kiitos Pekka kommentistasi! Olen kanssasi samaa mieltä siitä, että avoimet tiedonsiirtostandardit ovat ehdottoman tärkeitä. Avoimella periaatteella kehitetty, laadukkaasti dokumentoitu tietomalli/formaatti on mielestäni paras vakuutus siihen, ettei formaatti vanhene jo heti kättelyssä käsiin, ja että formaattia on mahdollista jatkokehittää (ainakin periaatteessa) jatkossa täysin alkuperäisestä kehittäjätahosta riippumatta. Ja mitä tulee formaattien/standardien jatkokehittämiseen, niin kehitettäessä tulisi mielestäni kiinnittää huomiota siihen, että ei kehitetä vahingossa formaattia Suomi-spekseillä, vaan mennään niillä eväillä, joita avoimet kansainväliset standardit tarjoavat ns. pakasta vedettyinä. Näin toimien varmistetaan se, että meillä on hyvä valikoima sovelluksia, joilla näitä formaatteja voidaan käsitellä ja hyödyntää.

    Ja täytyypä tutustua tuohon mainitsemaasi JHS-hankkeeseen, ja mahdollisuuksien mukaan osallistua hankkeen tiimoilta käytävään keskusteluun.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *