Kaupunkimalli

Kaupunkimalli on kaupungin tai sen osan kolmiulotteinen graafinen kuvaus.

Kaupunkiympäristöjä esittäviä kolmiulotteisia malleja on nähty jo pitkään esimerkiksi pelimaailmoissa. Malleilla on hyödyntämismahdollisuuksia myös kaupunkien tietopalveluissa, kaupunkisuunnittelussa, tutkimuksessa, sekä kaupallisesti. 3D-kaupunkimallinnus on vakiintunut osaksi kaupunkien paikkatiedon tuotantoa.

Kaupunkimallinnuksen avulla voidaan ymmärtää ja esittää kaupunkia toimintoineen tukemalla intuitiivista havainnointia.

Kaupunkimallien lähtöaineistot 
Kaupunkiympäristön kolmiulotteinen mallinnus perustuu yleisimmin ilmalaserkeilauksella kerättyyn 3D-pistepilveen tai ilmakuvauksella kerättyyn kuva-aineistoon. Laserkeilattuun pistepilveen tallentuu suoraan kohteiden kolmiuloitteiset piirteet, jolloin pistepilvi kuvaa esimerkiksi rakennuksen dimensiot jo sellaisenaan. Ilmakuvista voidaan tuottaa 3D-malli fotogrammetriaa hyödyntäen, ja ilmakuvilta laskettuja väriarvoja voidaan käyttää pistepilven värjäykseen tai 3D-verkkomallin teksturointiin.

Laajojen alueiden lähtöaineistojen keruu on tehokkainta ilmalaserkeilauksella ja -kuvauksella. Tälloin mittaus/kuvausgeometriasta johtuen pystyrakenteista kuten rakennusten julkisivuista ei kuitenkaan välttämättä saada täysin kattavaa havaintoaineistoa, joten kohteiden mallinnus ei täysin onnistu näistä kohteista. Täydentävää laserkeilaus- ja kuvausaineistoa voidaan kerätä liikkuvalla kartoituksella, jossa keilaus- ja kuvauskalusto on asennettuna ilma-aluksen sijaan maanpinnalla tai lähellä sitä liikkuvalle alustalle (tyypillisimmin autoon tai drooniin, mutta myös mönkijään tai vaikkapa kartoittajan selkäreppuun).

Kaupunkimallien esitystavat

Graafinen 3D-malli 
Graafinen 3D-malli sisältää kaupungin kolmiulotteisen geometriatiedon eikä muuta. Mallien yksityiskohtaisuus ja fotorealistisuus voi vaihdella, mutta mallin sisältämä tieto on vain visuaalista. Tyypillisin 3D-mallin rakenne perustuu vektorigrafiikkaan, missä kohteet esitetään polygonimallina, eli malli koostuu lukuisista kaksiulotteisista sulkeutuvista kuvioista eli polygoneista. Polygonien koko ja lukumäärä määrittävät mallin yksityiskohtaisuustason (LoD eli Level of Detail).

Visualisaatio 
Visualisaatio on graafisesta 3D-mallista tuotettu kuva tai animaatio (video), jonka avulla havainnollistetaan tiettyä kohdetta tai muutosta siinä.

3D-pistepilvi mallina 
Laserkeilauttua 3D-pistepilveä voidaan hyödyntää kaupunkimallina joko sellaisenaan tai yhdessä vektorimuotoisen aineiston kanssa. Pistepilven pisteiden värjäys pysty ja/tai viistokuva-aineiston perusteella lisää pistepilven fotorealistisuutta.

Kaupunkitietomalli 
Semanttinen 3D-kaupunkimalli sisältää geometrian lisäksi topologian ja semantiikan eli ominaisuustiedot. Nämä ominaisuudet mahdollistavat mallin käytön ja hyödyntämisen monissa erilaisissa sovelluksissa sekä suunnittelu-ja analysointitehtävissä. Semanttisten 3D-kaupunkimallien uskotaan parantavan kaupunkien suunnittelu- ja toimintaprosessien tehokkuutta älykkyytensä avulla.

Nykyään tietomallintaminen on yleistynyt ja sitä käytetään myös esimerkiksi infrastruktuurin ja laajempien alueiden, kuten kaupunkien mallintamisessa. Esimerkkejä erilaisista avoimista tietomalleista ovat BIM-standardi Industry Foundation Classes (IFC), Suomen infrarakentamisen tietomallistandardi Inframodel 3 (IM3) ja 3D-kaupunkimallistandardi CityGML. Avoimien tietomallien lisäksi on useita valmistajakohtaisia suljettuja tietomalleja eri aloilta. Suomessa tietomalli nähdään suunnittelun apuvälineenä, joka voi toimia suunnittelun eri tasoilla, rakennuksen suunnittelusta seudulliseen suunnitteluun.

Mallien yksityiskohtaisuustaso LoD (Level-of-Detail) 
CityGML:n mukaan 3D-mallin kohteiden geometristen, topologisten, semanttisten ja visuaalisten ominaisuuksien kuvaaminen voidaan luokitella viiteen eri tarkkuustasoon (LoD, Level of Detail).

 LoD0-taso sisältää lähinnä digitaalisen maastomallin, jonka päällä voidaan kuvata kaupunkimallikohteita polygoneina.
 LoD1-tasolla rakennukset on kuvattu suorakulmioina ja tasakattoisina.
 LoD2-tason rakennuksilla erottuvat kattojen erilaiset muodot ja pinnat.
 LoD3-tason rakennukset sisältävät arkkitehtuurisia piirteitä ulkokatoista ja -seinistä, kuten ikkunat ja ulko-ovet.
 LoD4-tasolla rakennusten sisätilat ja hyvin pienetkin yksityiskohdat on mallinnettu.

Vastaavat tarkkuustasot on määritetty myös muille kaupunkimallikohteille, mutta määritykset eivät ole yhtä täydelliset kuin rakennusten osalta.

Kaupunkimallit Suomessa 
Suomessa 3D-kaupunkimallien tuotanto ja käyttö yleistyy nopeasti. Kaupunkimallien tilanteen ja saatavuuden voi tarkistaa kuntien paikkatieto-, kartta- tai maanmittauspalvelusivuilta. Alla on lueteltuna sekä suoria linkkejä kaupunkien omiin palveluihin, että yleisiä avoimen datan palveluita, joiden kautta voi hakea myös kaupunkimalleihin liittyviä aineistoja:

 Pääkaupunkiseudun avoimia aineistoja voi hakea seudun kuntien yhteisestä avoimen datan palvelusta Helsinki Region Infoshare.
 Helsingin 3D-rakennuksia voi katsella Paikkatietoikkunassa.
 Tampereen 3D-kaupunkimalli ja sen selaimessa toimiva katseluversio.
 Hyvinkään 3D-kaupunkimalli.
 Valtakunnallinen avoimen data hakupalvelu löytyy osoitteesta avoindata.fi, josta löytyy mm. Turun ja Kuopion 3D-kaupunkimalliaineistot.

Kaupunkimallit muualla Euroopassa 
Kaupunkitietomalleja on tuotettu eritoten eurooppalaisista kaupungeista, kuten esimerkiksi Rotterdamista, Berliinistä, Wienistä, sekä jopa koko valtion tasolla Sveitsistä.

Aiheesta muualla 
Euroopan sosiaalirahaston (ESR) rahoittaman Aalto-yliopiston MeMo-instituutin, Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen ja Suomen Ympäristöopiston yhteisen KAOS-hankkeen materiaaliarkisto.

Lähteet