De handreiking 3D Tiles heeft tot doel bij te dragen aan het breder gebruik van 3D data in Nederland met de adoptie van 3D Tiles in het bijzonder. Door best practises (praktische richtlijnen) te bieden voor de implementatie van 3D Tiles, kunnen verschillende systemen en softwareoplossingen (tools) beter met elkaar samenwerken, wat cruciaal is voor de uitwisseling van de visualisaties van 3D data in GIS applicaties en digital twins. Via de best practises biedt de handreiking mogelijkheden voor bredere acceptatie en verspreiding van 3D Tiles binnen de Nederlandse gebruiksgemeenschap en vele verschillende belanghebbende organisaties.
Deze handreiking is tot stand gekomen door de inbreng van expertise en ervaringen van diverse experts en ‘early adopters’ van 3D Tiles in Nederland. De kennis en ervaringen zijn vanuit diverse publieke en private organisaties is bijeengebracht in diverse best practises voor 3D Tiles. Door het stimuleren van best practices en het delen van deze kennis kan de handreiking innovatie bevorderen en nieuwe toepassingen en gebruiksscenario’s inspireren. De handreiking 3D Tiles draagt daarmee bij aan het bevorderen van een beter begrip, bredere adoptie en effectievere toepassing van 3D Tiles en de bijhorende technologieën en tools. En met enkele voorbeeldtoepassingen wordt in dit hoofdstuk de waarde van 3D data en 3D Tiles geïllustreerd.
Simpel gezegd: 3D Tiling is een techniek waarbij tegels met drie-dimensionale data worden geserveerd van een server naar een client.
In computer graphics en 3D visualisatie is 3D Tiling een techniek die wordt gebruikt om grote volumes ruimtelijke data efficiënt aan te bieden via het web. Net als bij 2D Vector Tiles, waarbij een tweedimensionaal oppervlak wordt verdeeld in kleinere tegels voor eenvoudigere verwerking, breidt 3D Tiling dit concept uit naar drie dimensies, waardoor het streamen van complexe 3D-datasets mogelijk wordt.
De toepassingen van 3D tiling bestrijken tal van domeinen, waaronder 3D visualisaties voor stadsplanning, architectuur, gaming, virtual reality en simulatie. Bijvoorbeeld, in georuimtelijke mapping maakt 3D tiling de visualisatie mogelijk van gedetailleerde terreinmodellen, gebouwen en infrastructuur in realtime of bijna-realtime omgevingen. In gaming en virtual reality vergemakkelijkt het het renderen van meeslepende 3D-omgevingen met een hoog niveau van detail en interactiviteit.
3D tiling biedt aanzienlijke voordelen voor het beheren en visualiseren van grote en complexe datasets. Door gegevens op te delen in kleinere, beheersbare tegels, kunnen deze efficiënter gestreamd en gerenderd worden. Dit zorgt voor betere prestaties en een responsievere weergave van de data. Standaarden zoals 3D Tiles en de OGC 3D Tiles API bevorderen de interoperabiliteit tussen verschillende softwareplatforms, wat naadloze integratie en uitwisseling van 3D-gegevens mogelijk maakt. Bovendien zijn 3D tiling technieken flexibel aanpasbaar aan verschillende toepassingen en omgevingen, wat ontwikkelaars en gebruikers veel ruimte geeft voor maatwerk.
Er zijn echter ook enkele nadelen verbonden aan 3D tiling. Het implementeren van deze oplossingen vraagt om specialistische kennis op het gebied van ruimtelijk gegevensbeheer, rendering-algoritmen en optimalisatietechnieken, wat de complexiteit van ontwikkelingsprojecten kan verhogen. Daarnaast kan het opslaan van getilede datasets meer opslagruimte vereisen dan ruwe gegevensformaten, vooral als er verschillende niveaus van detail worden gebruikt. Het tiling proces zelf kan ook extra verwerkingskracht vereisen, wat vooral merkbaar is bij dynamische of streamende datasets. Ten slotte kan het waarborgen van compatibiliteit en naleving van 3D tiling standaarden over verschillende softwareplatforms en ecosystemen uitdagingen met zich meebrengen.
Samengevat biedt 3D tiling grote voordelen voor het efficiënt beheren en visualiseren van 3D gegevens, maar het brengt ook uitdagingen met zich mee op het gebied van complexiteit, opslag, verwerking en standaardisatie. Door deze uitdagingen aan te pakken en gebruik te maken van gestandaardiseerde specificaties zoals 3D Tiles en de OGC 3D Tiles API, kunnen ontwikkelaars de voordelen van 3D tiling benutten om de efficiëntie en effectiviteit van hun toepassingen en workflows te verbeteren.
Voor het serveren van 3D Tiles zijn er in het algemeen twee standaarden.
OGC 3D Tiles is een OGC community standaard voor het efficiënt streamen en renderen van grote driedimensionale ruimtelijke datasets, waaronder 3D objecten, fotogrammetrie, BIM/CAD-modellen en puntenwolken. Het definieert een gegevensstructuur en tegelformaten voor renderbare inhoud zonder strikte visualisatieregels.
3D Tiles is ontwikkeld door Cesium en wordt beheerd door het Open Geospatial Consortium (OGC).
Een 3D Tiles-dataset (tileset) bevat diverse tegelformaten georganiseerd in een ruimtelijke structuur. Het is declaratief, uitbreidbaar en geschikt voor verschillende soorten 3D-gegevens. De tegelformaten omvatten batched 3D-modellen, geïnstantieerde 3D-modellen, puntenwolken en samengestelde tegels.
De specificatie omvat ook 3D Tile Styles voor declaratieve styling van tegelsets. Het is een open formaat dat niet gebonden is aan specifieke leveranciers of technologieën.
I3S staat voor Indexed 3D Scene Layer en is een open standaard die is ontwikkeld door Esri voor het efficiënt opslaan, delen en weergeven van grote en complexe driedimensionale georuimtelijke gegevens. Het is tevens net als 3D Tiles een community standaard van het Open Geospatial Consortium (OGC) en wordt vaak gebruikt binnen de GIS-gemeenschap.
I3S is geoptimaliseerd voor het werken met gegevens in de context van web-gebaseerde toepassingen, waardoor het mogelijk is om grote 3D-scènes in real-time te streamen en te visualiseren in webbrowsers of andere applicaties. Het maakt gebruik van een combinatie van ruimtelijke indexering, tiling en compressie om de prestaties te optimaliseren en de benodigde bandbreedte te minimaliseren bij het overbrengen van 3D-gegevens over het web.
De I3S-specificatie omvat verschillende componenten, zoals de Scene Layer, de Scene Layer Package en de Scene Layer Service, die samenwerken om 3D-gegevens efficiënt te organiseren en weer te geven. Het wordt vaak gebruikt in combinatie met Esri's ArcGIS-platform, maar is een open standaard die door andere softwareleveranciers kan worden geïmplementeerd en gebruikt.
In deze handreiking richten we ons voornamelijk op de standaard OGC 3D Tiles. De keuze voor OGC 3D Tiles is gemaakt vanwege de brede ondersteuning en interoperabiliteit die deze standaard biedt binnen verschillende softwareplatforms en ecosystemen. Hoewel andere formaten zoals i3S ook waardevolle toepassingen hebben, biedt OGC 3D Tiles momenteel een meer universele benadering voor het beheren en visualiseren van 3D-ruimtelijke gegevens.De toepassing van 3D Tiles vinden we al terug in verschillende applicaties en 3D digital twins. Ter illustratie zijn hieronder zijn voorbeelden opgenomen van enkele Nederlandse toepassingen die 3D Tiles voor de 3D visualisatie gebruiken.
3D Tiles worden gebruikt in de toepassing Circulaire Grondstromen (BRO praktijkvoorbeeld) om complexe en gedetailleerde 3D informatie over grond- en bouwmaterialen efficiënt te visualiseren en te beheren. Dit helpt bij het monitoren, plannen en optimaliseren van het hergebruik van materialen binnen een circulaire economie. Door 3D Tiles in te zetten, kunnen verschillende stakeholders eenvoudig toegang krijgen tot actuele en nauwkeurige data, wat bijdraagt aan een beter begrip van materiaalstromen en bevordert de samenwerking tussen partijen (zie figuur 1).
3D Tiles weergave bij BRO praktijkvoorbeeld Circulaire Grondstromen (bron: Geodan)
In de toepassing Circulaire Grondstromen gemaakt met CesiumJS zorgt 3D Tiles ervoor dat de prestaties van de webviewer worden gemaximaliseerd. Het proces van het converteren van data naar 3D-tegels binnen de toepassing Circulaire Grondstromen varieert afhankelijk van de databron (zie figuur 2); de 3D tegels worden toegepast voor diverse typen data, zoals het DTB, puntenwolken, basisregistraties en BRO modellen en orthofoto’s.
3D Tiles gebruik bij BRO praktijkvoorbeeld Circulaire Grondstromen (bron: Geodan)
Bronnen: BRO praktijkvoorbeeld circulaire grondstromen, Storymap over circulaire grondstromen.
De gemeente Rotterdam stelt het 3D-stadsmodel van Rotterdam vrij ter beschikking aan iedereen die daarmee aan de slag wil gaan. De gemeente wil hiermee het gebruik en toepassingen van deze unieke dataset stimuleren bij scholen en universiteiten, overheids- en Rotterdamse diensten, gamers, het bedrijfsleven uit binnen- en buitenland maar ook bewoners. Zij kunnen met de juiste tools Rotterdam op een manier in beeld brengen die op een platte kaart onmogelijk is. Rotterdam 3D is een driedimensionale (3D) weergave van de gemeente gebaseerd op tweedimensionale (2D) kaarten, hoogtemetingen, luchtfoto’s en beheergegevens. Rotterdam 3D (zie figuur ?) maakt gebruik van 3D Tiles en bestaat niet alleen uit gebouwen. Ook bomen, lantaarnpalen en kabels en leidingen zijn inmiddels in 3D en via 3D Tiles beschikbaar. Tilesets van Rotterdam 3D zijn ook te downloaden via link. Het toegankelijk maken van Rotterdam 3D biedt Rotterdammers de mogelijkheid mee te bouwen aan de stad. De gegevens zijn daarom compleet, actueel en gratis voor hergebruik.
In de onderstaande figuren zijn enkele voorbeelden opgenomen van het 3D Tiles in Rotterdam 3D. In figuur 3 zijn de getextureerde gebouwen tezamen met de getextureerde bomen op een luchtfoto afgebeeld. Hierdoor creëer je al snel een ‘realistisch’ digitaal beeld van de stad.
3D Tiles visualisatie van getextureerde gebouwen en bomen in Rotterdam 3D
Benieuwd of er nog een plaatsje vrij is onder de straat voor een ondergrondse vuilcontainer? 3D Rotterdam biedt de mogelijkheden voor een kijkje in de ondergrond (figuur 4).
Een 3D Tiles kijkje in de Rotterdamse ondergrond
Met behulp van een 3D viewer, die alleen beschikbaar is voor de medewerkers van de gemeente Rotterdam, zorgt 3D Tiles ervoor dat de medewerkers snel en intuïtief gegevens kunnen ophalen van assets in de stad. Dit behelst niet alleen gebouwen maar ook straatmeubilair, groenvoorziening, etc.. Vanuit het gemeentelijk datafundament, waarin onder andere de BAG, de BGT, de WOZ, de TIR en de BOR zijn opgenomen, kunnen data analyses in samenhang worden uitgevoerd en vragen worden beantwoord, zoals hoeveel hoekwoningen een wijk heeft (figuur 5) of welke panden bevatten specifieke materialen in het dak? Ook het vergelijken van panden en hun attributen uit verschillende registraties WOZ en BAG: Welke object pas niet in het rijtje? (figuur 5).
Alle hoekwoningen in de wijk Ommoord
De 3D tilesets bevatten ook panden als geheel en kunnen de verblijfsobjecten in de toekomst ook identificeren en informatie over de verblijfsobjecten opvraagbaar maken (zie figuur 6).
3D Tiles ingezet voor het vergelijken van pandattributen uit WOZ en BAG
Bronnen: www.3drotterdam.nl
De hydrodynamische modelleringssoftware 3Di wordt, onder andere, gebruikt voor het voorspellen van wateroverlast. De software kan de effecten van hevige neerslag, en of een dijkdoorbraak in kaart brengen. . De rekenmodellen zijn opgebouwd uit gedetailleerde 2D informatie, zoals de hoogte van het maaiveld. Maar kunnen ook uitgebreid worden met 1D om bijvoorbeeld in de stad de riolering op een goede manier mee te nemen. Deze combinatie levert een hoge nauwkeurigheid en vergroot de toepasbaarheid.
Met behulp van 3D Tiles kan wateroverlast gevisualiseerd in een realistische 3D omgeving waardoor ook niet-water-experts deze resultaten gemakkelijk kunnen interpreteren (zie figuur 7). Denk hierbij aan bv besluitvormers die ten tijde van een calamiteit onder grote druk keuzes moeten maken. Beleidsmakers die door de steeds meer integrale aanpak met meerdere domeinen te maken krijgen. Maar ook aan burgers die geïnformeerd worden over beleid en waarbij de 3D omgeving ook kan ondersteunen in het vegroten van klimaatbewustzijn.
3D Tiles ingezet voor het weergegeven van waterhoogtes (bron: Imagem)
Om deze 3D Tiles te kunnen gebruiken moeten de waterhoogte die 3Di voorspelt omgezet worden in ruimtelijke objecten die gerepresenteerd kunnen worden als 3D Tiles. De waterhoogte die 3Di voorspelt beschrijft de waterhoogte in een vierkant gebiedje. Door middel van interpolatie en triangulatie wordt dit omgezet in een 3D mesh en deze mesh wordt dan gerepresenteerd als 3D Tiles. Deze stappen kunnen worden uitgevoerd tijdens of na de simulatie voor iedere tijdsstap die gesimuleerd wordt.
Wanneer deze 3D Tiles zijn gegenereerd worden deze weergegeven in de 3D representatie van de omgeving. Er is gekozen om zo min mogelijk styling informatie aan de 3D Tiles toe te voegen; dit wordt overgelaten aan de visualisatiesoftware. Door hierin dezelfde hoogtekaart te gebruiken als in de simulatie zal alleen water dat boven het maaiveld uitkomt zichtbaar zijn. De resultaten van meerdere tijdstappen zijn beschikbaar waardoor het verloop van de wateroverlast over de tijd gevisualiseerd kan worden. Dit geeft inzicht in de duur van de overlast en de snelheid waarmee de overlast verdwijnt.
Bronnen: 3Di watermanagement
Voor het bepalen van de status van de verschillende assets van Rijkswaterstaat, worden planimetrische en hoogte-informatie gecombineerd (3D) toegepast. Een voorbeeld hiervan is het schouwen, inwinnen en valideren van de vrije ruimtes tussen het wegdek en een asset binnen het brongebied van RWS. Dit doet RWS in opdracht van de RDW, en zorgt ervoor dat er een veilige doorgang gegarandeerd is voor persoon, vracht en speciaal vervoer. RWS voert zelf geen data inwinning uit, en is daarom afhankelijk van de data die geleverd wordt vanuit de leveranciers.
Hiervoor zijn er eisen gesteld aan de vrije ruimtes, waarbij voor de hoogtemetingen een relatieve afwijking van 1 cm is vastgesteld (zie ook bronen onder). Omdat deze metingen vaak op snelwegen worden uitgevoerd, kiezen leveranciers steeds vaker voor het inwinnen van de vrije ruimte met behulp van mobile laserscanning. Mede doordat dit een efficiënte en veilige methode van inwinning is. De meting resulteert in een puntenwolk dataset van een asset, waarna de vrije ruimtes vervolgens worden geconverteerd naar fotobestanden voor een weergave van de omgeving.
Voor het valideren van de fotobestanden van de leverancier wordt gebruikgemaakt van 3D-software die ontwikkeld is door de TU Delft en Rijkswaterstaat (zie bronnen onder). Deze software wordt ingezet om met alternatieve puntenwolken vergelijkingsmateriaal van hetzelfde asset te maken. Dit stelt Rijkswaterstaat in staat om het geleverde fotomateriaal te controleren en te verifiëren of de omschrijvingen in de bewijsvoering (kwaliteitsrapportage) overeenkomen.
De software is gebaseerd op het feit dat het wegdek en het brugdek/portaal voldoende gesegmenteerd kan worden uit de data, en dat doormiddel van B-splines een schatting gemaakt kan worden van de onderkant van het object. De resultaten kunnen op twee manieren worden weergegeven: via de dwarsdoorsnede (figuur 8A) of doormiddel van de voxels van het gehele wegdek (figuur 8B).
3D Tiles weergave van het wegdek via dwarsdoorsnede en voxels van het gehele wegdek (bron: Rijkswaterstaat)
Figuur B laat het belang zien van het ontsluitingsvraagstuk van dit type dataset naar de verschillende projectteams en afdelingen binnen Rijkswaterstaat. Dit stelt een projectteam in staat om een schatting te maken van de verandering van een asset over tijd, zodat gerichte data inwinning kan plaatsvinden in opdracht van RWS wanneer een asset zich in een kritieke toestand bevindt. Daarnaast krijgt de gebruiker ook een inschatting in 3D om te bepalen of een speciaal transport zich veilig door Nederland kan verplaatsen.
Bronnen: Data-eisen doorrijprofielen, Clearance Measurement Validation For Highway Infrastructure With Use of LiDAR Point Clouds