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Computergraphik

Großer Beleg

Prozedurale Städtegenerierung mit Hilfe von L-Systemen

Lehrstuhl für Computergraphik und Visualisierung


Student: Martin Petrasch
Betreuer: Niels v. Festenberg
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Stefan Gumhold

Motivation

Angetrieben durch eine immer größere Verfügbarkeit von Rechenleistung und den damit verbundenen Möglichkeiten, wächst die Nachfrage nach mehr Detailreichtum und Realismus der Visualisierungen von Städten stetig. Allerdings kann dieser Wunsch durch begrenzte Budgets nicht mehr nur durch die alleinige Erhöhung der Anzahl von modellierenden 3D-Künstlern erreicht werden. Es müssen neue, effizientere Werkzeuge zur Erstellung der grafischen Inhalte entworfen oder bestehende verbessert werden. Prozedurale Modellierung mit ihrer Möglichkeit, über einfache festgelegte Regeln nahezu unbegrenzt komplexe dreidimensionale Modelle zu generieren, bietet sich dafür an.

Beschreibung

Die Arbeit stellt ein Verfahren vor, fiktive virtuelle Städte mit Hilfe von L-Systemen prozedural zu generieren. Dazu werden die Begriffe wie L-System und Stadtmorphologie im Grundlagenteil eingeführt. Die Umsetzung wird im Hauptteil durch die einzelnen Prozeßschritte erklärt. Dabei wird nicht nur auf die Entwicklung des Straßennetzes durch die Wachstumsregeln und Kontrollbilder eingegangen, sondern auch die anschließende Polygonextraktion der Einschlüsse durch Straßen und die Unterteilung in Grundstückspolygone erläutert. Mit der Extrudierung der Häuserblöcke und dem abschließenden Export des 3D-Modells ist der Generierungsprozeß der Geometrie abgeschlossen.

Ergebnisse

Das Vorgehen der prototypischen Anwendung ist in den nachfolgenden Abbildungen (a)-(f) dargestellt:

  • (a) Ausgangsteilstück (Axiom)
  • (b) Ersetzung aller aktiven Straßenteilstücke der Hauptstraßen
  • (c) Zeitversetzte Ausprägung der Nebenstraßen
  • (d) Können keine Teilstücke mehr ersetzt werden, ist die Straßengenerierung abgeschlossen
  • (e) Polygonextraktion durch Zyklenerkennung
  • (f) Nach der Unterteilung der gefundenen Polygone in einzelne Grundstücke werden die Häuserkuben extrudiert und platziert

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Die anschließende Visualisierung des exportierten 3D-Modells erfolgte in 3ds Max mit einer Tageslichtbeleuchtung:

Ausblick

Trotz der Kontrolle des L-Systems durch Wachstumsregeln, Kontrollbilder und Parameterdatei, ist das prozedural generierte Ergebnis sehr schwer vorauszusagen. Daher wäre die Erweiterung der bisherigen Kontrollinstanzen, z.B. durch die Hinzunahme neuer Kontrollbilder und Wachstumsregeln sinnvoll. In diesem Rahmen wäre ebenfalls die Entwicklung eines grafischen Editors sehr zweckmäßig, wodurch es möglich wäre, den generierten Straßengraph nach jeder Iteration manuell anpassen zu können und auf diesem Wege mehr Einflussnahme auf den Generierungsprozess ausüben zu können. Um einen höheren Detailgrad der generierten Stadtstrukturen zu erhalten, muß man sich von der einfachen Kubendarstellung der Gebäude lösen. Auch für diesen Zweck wäre die Anwendung einer prozeduralen Generierung sinnvoll.

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Stand: 1.2.2010, 14:39 Uhr
Autor: Dipl.-Phys. Niels v. Festenberg