Detailansicht
Web-based 3D visualisation of 3D air temperature data in a 3D city model
evaluation of different visualisation approaches
Sebastian Eder
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Kartographie und Geoinformation
Betreuer*in
Andreas Riedl
DOI
10.25365/thesis.70536
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11228.91206.202170-5
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der 3D-Lufttemperaturdatenvisualisierung
in 3D-Stadtmodellen, im Forschungsbereich der 3D-Geovisualisierung.
Aufgrund des prognosizierten Wachstums urbaner Ballungräume und den Auswirkungen des Klimawandels auf das Stadtklima, rücken stadtklimatechnische Fragestellungen vermehrt in den Fokus von Stadtplanung, Partizipationsprozessen
und von politischen Entscheidungen. Aus diesem Grund steigt auch der Bedarf
nach einer verbesserten Analyse und Visualisierung von Lufttemperaturdaten innerhalb von Städten, um beispielsweise stadtklimatische Phänomäne (z.B. Hitzeinseln)
besser abbilden zu können.
Als digitales Hilfsmittel zur Analyse und Visualisierung räumlicher Daten kommen in der Stadtplanung 3-dimensional (3D)-Stadtmodelle zum Einsatz. Aktuelle
Anwendungsbeispiele von 3D-Stadtmodellen konzentrieren sich u.a. auf Sichtbarkeits-
, Solarpotenzial- oder Energiebedarfsanalysen, der Analyse von Lärmausbreitung,
von Schattenwurf und der Visualisierung von Luftverschmutzung. Anwendungsbeispiele, die sich mit der Visualisierung von 3D-Lufttemperaturdaten befassen, sind
dagegen nicht bekannt. So ist auch die praktische Implementierung eines regionalen Klimamodells in ein 3D-Stadtmodell in der Literatur noch nicht beschrieben
worden. Weiters sind keine wissenschaftlichen Studien bekannt, die sich mit der
Frage befassen, wie implementierte Visualisierungsansätze (VAs) hinsichtlich deren
Benutzerfreundlichkeit abschneiden.
Im Rahmen dieser Masterarbeit werden potentielle VAs mittels einer umfassenden Literaturrechereche identifiziert und beschrieben. In Folge wird ein kontinuierlicher 3D-Lufttemperaturdatensatz eines regionalen Klimamodells aufbereitet und
über einen heuristischen Ansatz in das 3D-Stadtmodell von Wien implementiert. Die
Visualisierung von drei unterschiedlichen VAs, nämlich eines ‘Point-cloud’ Ansatz,
eines ‘Cross section’ Ansatz sowie eines ‘Isosurface’ Ansatz, erfolgt mittels ArcGIS
Pro und CesiumIon und wird als Web-Szene freigegeben. Die Benutzerfreundlichkeit der implementierten VAs wird abschließend von drei Experten aus dem Bereich
der 3D-Geovisualisierung und Usability-Inspection mittels einer Heuristischen Evaluierung bewertet.
Basierend auf der praktischen Implementierung der drei VAs werden drei Workflows abgeleitet, die die Visualisierung von 3D-Lufttemperaturdaten im 3D-Stadtmodell beschreiben. Die Arbeit zeigt, dass jeder der drei gewählten VAs geeignet
ist, 3D-Lufttemperaturdaten in ein 3D-Stadtmodell zu implementieren und in diesem zu visualisieren. Die Ergebnisse der heuristischen Evaluation machen deutlich,
dass jeder der VAs mit Anwendungsproblemen verbunden ist: So weist VA1 19 Anwendungsprobleme mit einem durchschnittlichen Schweregrad von 1,95 auf. VA2
zeigt fünf Anwendungsprobleme mit einem durchschnittlichen Schweregrad von
1,67 und für VA3 werden vier Anwendungsprobleme mit einem durchschnittlichen
Schweregrad von 2,42 beschrieben. Die Auswertung führt zu dem Schluss, dass, basierend auf den gegebenen Daten und den gewählten Visualisierungsansätzen, VA2
am besten geeignet ist, um 3D-Lufttemperaturdaten innerhalb eines 3D-Stadtmodells
darzustellen.
Abstract
(Englisch)
This master thesis is dealing with 3D air temperature visualisation in 3D city models,
in the research field of 3D geovisualisation.
Due to the predicted growth of cities and urban areas, and due to the effects of
climate change on the urban climate, issues around urban climate are increasingly
becoming the focus of urban planning, participation processes and political decisions. For this reason, there is an increasing demand for improved analysis and
visualisation of air temperature data within cities, for example, to better map urban
climate phenomena (e. g. urban heat islands).
As a digital tool for the analysis and visualisation of spatial data, 3D city models
are used in urban planning. Current examples of 3D city models focus on visibility, solar potential or energy demand analysis, noise propagation analysis, shadow
flicker and air pollution visualization, among others. In contrast, implementation examples dealing with the visualisation of 3D air temperature data are not yet known.
Also, the practical implementation of i. e. a regional climate model in a 3D city model has not yet been described in literature. As a consequence, there is no related
work dealing with the question of how implemented visualisation approaches (VAs)
perform in terms of usability.
In the scope of this master thesis, potential VAs are identified by a comprehensive
literature review. A continuous 3D air temperature data set of a regional climate
model is preprocessed and implemented in the 3D city model of Vienna by means of
a heuristic approach. In sum three potential VAs, namely a ‘point cloud’ approach,
a ‘cross section’ approach and an ‘isosurface’ approach are applied. ArcGIS Pro
and CesiumIon are used as visualisation pipeline. The visualisations are shared as
3D web scene. Finally, the usability of the implemented VAs is evaluated by three
experts from the field of 3D geovisualisation and usability inspection by means of a
heuristic evaluation.
Based on the practical implementation of three VAs, three workflows on how to
visualise 3D air temperature data in the 3D city model have been drained. The thesis
shows that all three VAs chosen are suited to implement 3D air temperature data
into a 3D city model and to visualise the data. However, the results of the heuristic
evaluation reveal several usability problems of the implemented VAs: VA1 shows 19
usability problems with an average severity rating of 1.95, VA2 shows five usability
problems with an average severity rating of 1.67 and VA3 shows four usability problems with an average severity rating of 2.42. The evaluation leads to the conclusion,
that VA2 is best suited to visualise 3D air temperature data within a 3D city model,
based on given data and selected visualisation approaches.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
3D Geoinformation Science Geovisualisation Heuristic Evaluation Interpolation Airtemperature Regional Climate Model 3D City Model Usability Webscene
Schlagwörter
(Deutsch)
3D GIS Geovisualisierung Heuristische Evaluierung Interpolierung Lufttemperatur Regionales Klimamodell 3D Stadtmodell Usability Webszene
Autor*innen
Sebastian Eder
Haupttitel (Englisch)
Web-based 3D visualisation of 3D air temperature data in a 3D city model
Hauptuntertitel (Englisch)
evaluation of different visualisation approaches
Paralleltitel (Deutsch)
Webbasierte 3D Visualisierung von 3D Lufttemperaturdaten in einem 3D Stadtmodell
Paralleluntertitel (Deutsch)
Evaluierung von unterschiedlichen Visualisierungsansätzen
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
xvi, 88 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Riedl
AC Nummer
AC16488067
Utheses ID
60794
Studienkennzahl
UA | 066 | 856 | |