Tecnica di navigazione assistita e vincolata per modelli 3D di citta virtuali multiscalari

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1 Tecnica di navigazione assistita e vincolata per modelli 3D di citta virtuali multiscalari 1

2 Indice dell esposizione Introduzione Aspetti principali della tecnica proposta Strutturazione gerarchica Suggerimenti Point to navigate Architettura e implementazione Valutazioni 2

3 Introduzione - V3DCM I modelli virtuali 3D delle città (V3DCM) sono una riproduzione digitale della superficie terrestre e dei suoi oggetti come palazzi, strade, alberi e tutto ciò che appartiene all area urbana. I V3DCM sono degli strumenti molto utili in quanto permettono la rappresentazione di complesse informazioni geospaziali e georeferenziate e sono usate per comunicare in modo efficiente le informazioni spaziali. 3

4 Introduzione - 3DGeoVE Le V3DCM vengono offerte come parte di un ambiente geovirtuale 3D (3DGeoVE) nel quale l utente può esplorare, analizzare e muoversi controllando una telecamera virtuale. Per permettere all utente una corretta e facilitata fruizione dei contenuti sono state sviluppate delle tecniche di navigazione. 4

5 Introduzione - Tecniche di navigazione Le tecniche di navigazione comunemente usate permettono, tramite l utilizzo di dispositivi di input 2D le seguenti azioni: Pan Zoom Orbit Look Fly Goto Questo tipo di azioni non sono semplici da utilizzare, il loro apprendimento non è banale ed è incline ad errori. Inoltre è facile rimanere disorientati utilizzando questi ambienti virtuali 3D 5

6 Introduzione - Tecnica proposta Per sopperire a queste difficoltà il seguente studio propone una nuova tecnica di navigazione assistita e vincolata che si basa su tre principi: Sfrutta una strutturazione semantica, multiscalare e gerarchica dei modelli delle città Gli utenti sono guidati da suggerimenti Gli utenti puntano per navigare 6

7 Introduzione - Tecnica proposta La tecnica di navigazione proposta permette agli utenti di navigare le V3DCM, mostrandogli un insieme finito di suggerimenti visivi tramite i quali l utente può svolgere i propri compiti in modo semplice e intuitivo. Con la tecnica proposta le azioni che possono svolgere gli utenti sono ridotte e discretizzate rendendo più facile raggiungere il punto desiderato. 7

8 Semantic, hierachical, multiscale model I modelli virtuali delle città posso essere rappresentati in modo gerarchico: i modelli delle aree urbane vengono suddivisi in livelli 2D organizzati secondo una significato particolare. Ad esempio una area urbana può essere divisa in: distretti quartieri borghi vicinati etc. 8

9 Semantic, hierachical, multiscale model I modelli cosi strutturati possono essere rappresentati da un albero k-ario direzionato dove ogni nodo possiede dati relativi a : Geometria (es. l area 2D occupata) Semantica (es. rappresenta un distretto urbano) Informazioni di scala (es. informazioni relative ad un fenomeno) Ogni livello dell albero cosi creato è chiamato livello di scala i (LOSi) 9

10 Semantic, hierachical, multiscale model I vantaggi di una struttura gerarchica sono: Organizzazione intuitiva del modello della città Ricerche veloci grazie alla struttura ad albero e alla semantica associata ad ogni LOS Potendo associare al modello un albero tutte le operazioni su di esso sono più semplici e performanti 10

11 Navigation Suggestions Rappresentano le potenziali interazioni dell utente con la vista attuale. Offrono un insieme limitato di possibili azioni eseguibili dall utente per destreggiarsi nel 3DGeoVE. Si suddividono in due tipi: Suggerimenti di movimento (MS): codificano l intenzione dell utente di muovere la telecamera verso una parte specifica del modello. Sono rappresentati come bottoni o scritte sottolineate. Suggerimenti di vista (VS): codificano l intenzione dell utente di acquisire una vista diversa della regione attualmente sotto focus. Sono rappresentati come bottoni 11

12 Navigation Suggestions L insieme di tutte le possibili azioni eseguibili dall utente interagendo con i suggerimenti è rappresentato con un grafo di visualizzazione. Nel grafo vengono riportate le possibili posizioni che la telecamera può assumere relativamente ad un elemento selezionato 12

13 Navigation Suggestions Vengono aggiunti ulteriori MS relativi ai nodi raggiungibili, i quali sono limitati per evitare un eccessivo affollamento della vista. 13

14 Navigation Suggestions I vantaggio dell uso dei suggerimenti sono: Sono percepiti dall utente come una guida Il numero limitato di azioni rende minimo il disorientamento L utente dispone dei MS per il Back e Up I movimenti della telecamera sono automatizzati e ottimizzati Favoriscono le attività di esplorazione dell ambiente fornendo delle azioni già pronte 14

15 Point to navigate E l unico metodo di interazione che viene messo a disposizione all utente. Puntando si possono attivare le azioni associate ai suggerimenti o selezionare un area. Non servono metodi di input più complessi in quanto il controllo della telecamera e degli spostamenti sono completamente demandati ai suggerimenti. 15

16 Architettura del sistema L architettura si basa su un sistema già esistente il quale è stato esteso con: Geodata Mapping (WPS): trasforma un modello definito in CityGML e OSM in una rappresentazione ottimizata per il rendering 3D realtime 3D Naviator Technique: implementazione della tecnica di navigazione 16

17 Caso di studio Per descrivere il comportamento del sistema è stato utilizzato come caso di studio le creazione di una gerarchia di navigazione per scopi di city marketing relativi alla città di Berlino. In particolare: Aera urbana di 892 km2 Circa 550,000 edifici 7 LOS (Città, distretti, quartieri, comuni, vicinati, blocchi e edifici) Lo studio è stato effettuato su dispositivi di 7, nei quali vengono mostrati da 4-40 suggerimenti insieme. 17

18 Geodata Mapping Il servizio filtra i dati e produce un set di Outline image a multi-risoluzione. OSM LOS Visualization genera immagini 2D per i LOS1 - LOS5 CityGML LOS Visualization genera la Outline image per il LOS6 18

19 Geodata Mapping Nel 3DGeoVE ogni oggetto o funzione viene identificato univocamente da un OID. Per aggiungere informazioni relative alla struttura gerarchica, questa tecnica associa ad ogni oggetto un HOID che lo identifica gerarchicamente. L insieme di tutti gli HOID formano la HOID image. Ogni LOS è associato ad un colore 19

20 Geodata Mapping La struttura gerarchica fin ora ottenuta è legata ai dati. E necessario ottimizzare il numero dei nodi, distribuendoli equamente sui singoli LOS. Si genera prima un albero bilanciato relativo alla LOS Images, poi un algoritmo ottimizza il numeri di nodi relativi ai LOS3 - LOS5 dividendo in due tutti quelli che hanno un numero di figli superiore a 40 unità. I nodi relativi ai LOS1,2,6 non vengono considerati nell algoritmo in quanto essi definiscono dati di input impostati con una semantica ben definita. L algoritmo si ferma quando non ci sono più nodi da dividere, nodi già divisi o su LOS proibiti. Una volta ottimizzata la struttura si uniscono i vari LOS ottenendo l HOID image 20

21 3D Navigation Technique In base alla posizione attuale della telecamera, la vista viene popolata dai suggerimenti, i quali vengono presi dal grafico di visualizzazione creato parzialmente on-demand o presente nella cache. 21

22 3D Navigation Technique La visualizzazione dei suggerimenti è descritto dai seguenti passi: Si estrae dalla HOID image un albero pointer-based Si seleziona il sotto albero radicato nel nodo dell i-simo LOS visualizzato Si potano tutti i rami dell albero che distano troppo dalla nuova radice In questo modo si escludono dalla rappresentazione circa il 98% dei nodi che non devono essere visualizzati 22

23 3D Navigation Technique Ogni suggerimento mostrato nella vista viene associato ad un azione e ad una serie di parametri che indicano la posizione che dovrà assumere la telecamera se quel suggerimento verrà attivato. Quando l utente clicca su di essi, queste informazioni vengono elaborate e diventano il nuovo punto di partenza per la navigazione. 23

24 Valutazioni 24

25 Valutazioni 25

26 Conclusioni Nel seguente studio si è dimostrato che è possibile realizzare un sistema di navigazione semplice da imparare, che migliora l orientamento e risultando adatto sia per novice che per gli expert user. Richiede minore potenza di calcolo in quanto limita l insieme dei possibili movimenti e viste all utente. Da esperimenti fatti risulta che gli expert users non la preferiscono alle tecniche di navigazione standard in quanto limita i loro possibili movimenti. 26