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.

## Lähteet

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