Farklı ayrıntı düzeylerinde üç boyutlu kent modelleme ve uygulanabilirliğinin araştırılması
Three dimensional city modeling at different levels of detail and the investigation of its applicability
Yazar: MEHMET ALİ YÜCEL
Danışman: PROF. DR. MEHMET SELÇUK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeodezi ve Fotogrametri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Mimarlık = Architecture ; Şehircilik ve Bölge Planlama = Urban and Regional Planning
Dizin: Canlandırma = Animation ; Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Görsel etki = Visual impact ; Görsel tasarım = Visual design ; Görselleştirme = Visualization ; Kent bilgi sistemleri = Urban information systems ; Mekansal analiz = Spatial analysis ; Sayısal arazi modelleri = Digital terrain models ; Üç boyutlu mekan tasarımı = Three dimensional space design ; Üç boyutlu modelleme = Three dimensional modelling

Özet:
Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) oluşturmak için üretilmiş sayısal haritalar mekansal nesnelere ait geometrik ve semantik bilgileri içerir ve veri grupları arasında işlem yapmaya ve iletişim kurmaya olanak sağlar. Kartografya mekansal verilerin elde edilmesi, düzenlenmesi ve görselleştirilmesinde geçmişten günümüze önemli ve vazgeçilmez bir yere sahiptir. Kartografyanın en önemli hedeflerinden biri, yeryüzüne ilişkin mekansal bilgilerin en doğru, kolay ve hızlı olarak algılanabilir biçimde görsel iletişimini sağlamaktır. 3 Boyutlu (3B) görselleştirme bu hedeflere ulaşmak için kullanılan araçlardan biridir ve bilgi teknolojilerindeki gelişmelerden sonra popüler hale gelmiştir.3B kent modelleri değişik uygulama alanlarında kullanılmakta ve gün geçtikçe bu modellere duyulan ihtiyaç artmaktadır. Bu amaçla geliştirilmiş olan yeni yöntemler, veri azaltma, farklı ayrıntı düzeylerinde (LoD: Level of Detail) modelleme, akıcı işlem sağlama ve 3B kent modeli ile CBS arasında ilişki kurma özelliklerine sahiptir. Farklı ayrıntı düzeylerinde modellenmiş 3B kent modellerinde, farklı LoD'lerdeki Sayısal Arazi Modelleri (SAM) ve 3B bina modelleri eş zamanlı olarak aynı model üzerinde birleştirilebilmektedir. Farklı ayrıntı düzeylerinde modelleme ile karmaşık yapılı ve büyük kapasiteli olan 3B kent modellerin iletişimi, paylaşımı ve sunumu daha hızlı yapılabilmektedir. 3B kent modelleri, tek bir binanın içyapısından (iç mimari) yerleşim alanlarındaki bina gruplarına kadar farklı ayrıntı düzeylerinde oluşturulabilir. Bu düzeyler, genellikle kaba (düşük) olandan hassas (yüksek) olana sırasıyla LoD0, LoD1, LoD2, LoD3 ve LoD4 olarak adlandırılır.Bu tez uygulama bölümü ve sonuç bölümü ile birlikte toplam yedi bölümü içermektedir. Birinci bölüm giriş bölümüdür. İkinci bölümde 3B mekansal verilerin elde edilmesi ve modellenmesi konuları incelenmiştir. Üçüncü bölümde 3B SAM genelleştirme, 2B ve 3B bina genelleştirme konuları ele alınmıştır. Dördüncü bölüm kent modellerini 3B görselleştirilmesi ve sanal gerçeklik konularını içermektedir. Beşinci bölümde 3B mekansal modellerin internet üzerinden sunulmasına olanak sağlayan modelleme dilleri incelenmiştir. Altıncı bölüm tezin uygulama aşamasının anlatıldığı bölümdür. Yedinci ve son bölümde ise sonuçlar değerlendirilmiş ve önerilerde bulunulmuştur.Bu çalışmada 3B kent modelleme için güncel ve gelişmekte olan ayrıntı düzeyleri konusu incelenmiştir. Ülkemizde kullanılmakta olan mevcut verilerin bu konudaki yeterliliği araştırılmış ve eksik yanları belirlenmiştir. Daha uygun 3B kent modellerin oluşturulması için veri toplama açısından önerilerde bulunulmuştur. Tezin uygulama aşamasında 3B kent modelleme ve CBS yazılımı olan LandXplorer Studio Professional kullanılmıştır. Kullanılan veriler ise İstanbul Büyük Şehir Belediyesi ve Beyoğlu Belediyesi'nden sağlanmıştır. Uygulama alanı olarak İstanbul'un tarihi yapılarının en yoğun olduğu Sultanahmet ve Beyoğlu bölgeleri seçilmiştir. Bu bölgeye ait dört farklı ayrıntı düzeyinde 3B kent modeli oluşturulmuştur. 5 m çözünürlüklü Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) verileri kullanılarak sayısal arazi modeli (LoD0) ve bu model üzerine giydirilmiş, bölgeye ait 2B topografik veriler kullanılarak LoD1 düzeyine ulaşılmıştır. Bina cephe bilgileri, çatı bilgileri, bina çıkıntıları ve 3B ayrıntılı bina modelleri LoD1 modeli ile bütünleştirilerek LoD2 ve LoD3 ayrıntı düzeyinde 3B kent modelleri elde edilmiştir. LoD4 ayrıntı düzeyi bina içi nesneleri içerdiği için incelenmemiştir. Son olarak LoD1 ayrıntı düzeyinde bina bloklarının oluşturulmasında kullanılan OGC (Open Geospatial Consortium) tarafından önerilmiş minimum çözünürlük ölçütlerinin uygulamada kullanılan verilere uygun olmadığı anlaşılmış ve daha uygun genelleştirme ölçütleri belirlenmiştir.

Abstract:
Digital maps, which are produced to use for Geographic Information System (GIS) contain geometric and semantic information of spatial objects and pro¬vide a basis for operation and communication among the data groups. Cartography has had, and continues to have, important and indispensable roles in spatial data acquisition, processing, and visualization. Primary objective of cartographic visualization is properly, easily, and quickly perception of spatial information for the map users. The developments in computer technology made 3D representations more popular tools for visualizing information.The needs for 3D city models are growing rapidly and the applications of those models are appearing in a variety of fields in recent years. In parallel, the speed of the internet communication is being greatly improved by the fast and wide spread of broadband infrastructure. New techniques developed for this purpose, include; reduction of data, Level of Detail (LoD) modeling and streaming, and linkage between 3D city model and GIS. Digital Terrain Models (DTMs) and 3D building models at different LoDs can be unified in order to create 3D city models at different LoDs. Communication, dissemination and presentation of large buildings with complex structure can be performed more rapidly by modeling 3D city models at different LoDs. They contains at different levels of detail of a city from interior of an individual building to built-up areas. These levels are usually denoted with LoD0, LoD1, LoD2, LoD3 and LoD4 from coarser (lower) to finer (higher) respectively.This study, together with case study and conclusions, consists of seven chapters. The first chapter covers introduction. The second chapter gives information about 3D data handling and 3D data modeling techniques. In the third chapter are examined 3D DTM generalization, 2D and 3D building generalization. The fourth chapter includes 3D spatial visualization of city models and virtual reality. The fifth chapter contains web based dissemination of 3D spatial models by using modeling and mark up languages. In the sixth and seventh chapters include case study and conclusions respectively.In this study, LoD, which is actual and newly developing domain for 3D city modeling was examined. Sufficiency of existing data in our country was tested for LoD-based 3D city modeling and its deficiency was introduced. Then recommendations were made for data acquisition. In the case study part of this thesis LandXplorer Studio ProfessionalTM, 3D city modeling and GIS software, was used. The data, used, was provided by Istanbul Metropolitan Municipality and the Beyoglu Municipality. Sultanahmet and Beyoglu districts, which are the most historical places of Istanbul, were selected as application area. Models of this region were developed at four different levels of detail. Digital terrain model (LoD0) was created by using 5 m resolution raster DEM (Digital Elevation Model) data. LoD1 model was created by using block buildings, which were generated from 2D GIS data. And then building facades, roof types, and 3D detailed building models were integrated into the LoD1 model so that LoD2 and LoD3 models were created. LoD4 was not created because this LoD contains interior building objects. Finally, it was observed that generalization criteria suggested by Open Geospatial Consortium (OGC) was not appropriate for the data used in the application and more appropriate generalization criteria were determined.