Funktionsweise des Werkzeugs "Skyline"

Das Werkzeug Skyline generiert eine 3D-Polyliniendarstellung der Linie, die den Himmel von der Oberfläche und von Features um jede Beobachterposition trennt. Das Werkzeug kann auch Silhouetten erstellen, die dem Werkzeug Skyline-Barriere zum Erstellen von Schattenvolumen dienen können.

Wenn lediglich Beobachterpunkte angegeben werden, wird die resultierende Skyline als Horizontlinie, oder Bergkamm, bezeichnet. Die Horizontlinie wird erstellt, indem eine Sichtlinie vom Beobachter festgelegt wird, die den in den Azimutoptionen festgelegten Azimutbereich abdeckt. Nach jeder Azimut-Schrittgröße wird eine Sichtlinie überprüft und alle Azimutwerte werden in Grad ausgedrückt. Eine kleinere Schrittgröße erstellt eine umfassendere Referenzpunkterfasung, sodass eine präzisere Repräsentation des Bergkamms erhalten wird. Ein Bergkamm wird als 3D-Linie generiert, wobei jeder Stützpunkt der am weitesten entfernte sichtbare Punkt entlang jeder Referenzsichtlinie ist. Wenn der Beobachter in einer vorgegebenen Richtung bis zur Kante der Oberfläche sehen kann, wird der Stützpunkt an dem Punkt generiert, an dem die Sichtlinie die Kante der Oberfläche erreicht. Wenn ein Maximaler Horizontradius angegeben wird, befindet sich der Stützpunkt immer noch an der Sichtlinie, aber nicht weiter als das angegebene Maximum vom Beobachterpunkt entfernt.

Für jeden der drei azimutbezogenen Parameter kann anstelle eines Wertes ein Feld der Eingabe-Beobachterpunkt-Features angegeben werden. Das ist eine nützliche Funktion, wenn mehr als eine Skyline erstellt werden soll. Dies ist der Fall, wenn mehrere Beobachterpunkte berücksichtigt werden.

Eingabe-Features können eine beliebige Kombination aus Multipatches, Polylinien und Polygonen sein. Polylinien- und Polygon-Features werden nur als 3D-Layer mit Basishöhe und Extrusionsinformationen akzeptiert.

Wenn eine Eingabe-Oberfläche angegeben wird, werden die Optionen für Virtuelle Oberfläche ignoriert. Wenn keine Oberfläche angegeben und der Radius der virtuellen Oberfläche auf 0 festgelegt wird, wird eine virtuelle Oberfläche verwendet, deren Wert etwas unter dem niedrigsten Z-Wert der Eingabe-Features liegt, und der Radius der virtuellen Oberfläche wird auf den Durchschnitt aller Entfernungsmesswerte vom Beobachterpunkt zu jedem Envelope eines Features gesetzt.

Wenn die Option FULL_DETAIL für die Feature-Detaillierungsebene angegeben wird, wird jede Kante (von Dreiecken und äußeren Ringen) innerhalb des Features berücksichtigt. Wenn die Feature-Detaillierungsebene CONVEX_FOOTPRINT ist, wird der Anteil des Features an der Skyline-Analyse vom oberen Umfang des konvexen Polygons generiert, das die konvexe Hülle des Feature-Footprints (horizontale Projektion in der XY-Ebene) darstellt, erhoben auf die Höhe des höchsten Stützpunktes innerhalb des Features. Bei Angabe von ENVELOPE wird der Anteil an der Skyline-Analyse vom oberen horizontalen rechteckigen Umfang des rechteckigen Festkörpers generiert, der das Feature umhüllt (vertikale Seiten senkrecht zu den X- und Y-Achsen).

Hinweis:

Das Werkzeug erkennt keine Überhänge von Gebäuden, auch nicht bei vollständig exakter Darstellung. Das Werkzeug verhält sich, als ob für jede nicht vertikale Kante im Feature eine vertikale Linie von jedem Ende der Kante bis zur Skyline verlängert wird, und alles zwischen diesen beiden vertikalen Linien wird vom Feature verdeckt. Wenn ein Gebäude nur eine schmale Basis und einen Turm mit einer viel breiteren Spitze besitzt, bewirkt die Spitze, dass die Skyline so generiert wird, als ob ein Tuch über der breiteren Spitze drapiert wird.

Die 3D-Polylinie enthält ein numerisches (Long Integer) Tag (ID) für jeden Stützpunkt. Dieses Tag wird nicht gespeichert, wenn sich die Ausgabe in einem Shapefile befindet. Das Tag enthält Informationen zum Polylinienschenkel, der dem Stützpunkt folgt.

Durch die Aktivierung der Option Skyline segmentieren werden einzelne Linien für jedes Feature erstellt, wodurch die Skyline und jede Übergangslinie, die diese Features verbindet, beeinflusst werden. Übergangslinien verlaufen an einem imaginären Radial vom Beobachter aus und sind durch den Wert -2 im ID-Feld gekennzeichnet. Der Wert -1 gibt an, dass die Skyline durch die Oberfläche definiert wird, und die Werte, die größer als bzw. gleich 0 sind, geben das Eingabe-Feature an, das an der Skyline beteiligt ist.

Das Werkzeug Skyline enthält maßstabsbezogene Parameter, die sich auf die Höhen der Stützpunkte in der Skyline auswirken:

1. Auf Prozentsatz skalieren – Gibt den Prozentsatz des ursprünglichen vertikalen Winkels (Winkel über dem Horizont oder Höhenwinkel) oder der Höhe an, bei dem jeder Skyline-Stützpunkt platziert werden soll. Bei Eingabe von 0 oder 100 erfolgt keine Skalierung. Der Wert kann eine beliebige Zahl sein, bewegt sich in der Regel aber um 70 oder 80.
2. Skalieren nach – Gibt an, ob die Skalierung unter Berücksichtigung des vertikalen Winkels oder der Höhe jedes Stützpunktes (relativ zum Beobachterpunt) durchgeführt werden soll.
3. Skalierungsmethode – Bezieht sich darauf, ob alle Stützpunkte relativ zum vertikalen Winkel (oder zur Höhe) des Stützpunktes mit dem größten vertikalen Winkel (oder der größten Höhe) skaliert werden sollen oder ob die Skalierung relativ zum ursprünglichen vertikalen Winkel (oder zur ursprünglichen Höhe) des berücksichtigten Stützpunktes erfolgt.

Wenn in der Option Auf Prozentsatz skalieren entsprechend VERTICAL_ANGLE als Wert 80 Prozent angegeben und als Methode SKYLINE_MAXIMUM verwendet wird, sieht das Ergebnis wie folgt aus:

1. Der vertikale Winkel wird für jeden Stützpunkt in der Skyline überprüft, und der höchste Wert wird als maximaler vertikaler Winkel gespeichert.
2. Die Verringerung des vertikalen Winkels wird als 20 (d. h. 100 minus 80) Prozent des ursprünglichen maximalen vertikalen Winkels berechnet.
3. Jeder Stützpunkt in der Skyline wird reduziert, sodass der vertikale Winkel für diesen Stützpunkt um den Wert niedriger ist, der mit dem maximalen vertikalen Winkel für den Stützpunkt berechnet wurde.

In allen Fällen wird nur der Z-Wert jedes Stützpunktes geändert und nicht der X- oder Y-Wert. Das bedeutet, dass der Stützpunkt gerade nach unten verläuft (unter der Voraussetzung, dass der Maßstabsfaktor kleiner als 100 Prozent ist).

Gebäudefreie Zone (BFZ, Building Free Zone)

Gebäudefreie Zonen (BZF, Building-Free Zones) beschreiben einen Raum, dessen Strukturen um einen bestimmten Beobachterpunkt herum nicht in diesen Raum hineinragen dürfen, um das Sichtfeld des Beobachters der Regionen von Interesse beizubehalten. Gebäudefreie Zonen (BZF, Building-Free Zones) behalten Bergansichten von bestimmten Positionen bei und können anhand der Höhenoberfläche als einzige Eingabe in das Werkzeug Skyline berechnet werden. Der Azimutbereich wäre auf die Einschließung des Interessenbereichs beschränkt, und es würden die folgenden maßstabsbezogenen Einstellungen verwendet:

• Auf Prozentsatz skalieren – 80
• Skalieren nach—VERTICAL_ANGLE
• Skalierungsmethode—SKYLINE_MAXIMUM

Die resultierende Skyline würde dann als Eingabe für die Skyline-Barriere verwendet werden, um ein BFZ-Modell zu erstellen, und das Werkzeug Überschneiden 3D könnte verwendet werden, um zu ermitteln, ob ein vorgeschlagenes Gebäude in die gebäudefreie Zone hineinragt.

Silhouetten und Schattenvolumenanalyse

Silhouetten definieren die Umrisslinie von Features, die aus der Perspektive des Beobachterpunktes in eine vertikale Ebene projiziert werden, und können durch die Aktivierung der Option Silhouetten erstellen erstellt werden. Silhouetten können vom Werkzeug Skyline-Barriere zum Erstellen von Schattenvolumen verwendet werden.

Jedes Eingabe-Feature verfügt über eine entsprechende Silhouette für die einzelnen Beobachterpunkte. Wenn beispielsweise fünf Beobachter (z. B. fünf Sonnenpositionen) und zehn Features (z. B. Gebäude) vorhanden sind, werden fünfzig Silhouetten erstellt. Die Silhouette ist ein Multipatch, das in der Regel vertikal und nur hinter dem Feature (aus der Perspektive des Beobachters) platziert wird.

Oberflächen-Eingaben und Azimut-Steuerelemente werden beim Erstellen von Silhouetten ignoriert.

Durch Aktivierung der Option Skyline segmentieren wird jede Silhouette mit divergierenden Strahlen erstellt, die vom Beobachterpunkt ausgehen. Dies ist normalerweise für Schattenstudien nicht erwünscht, da die Modellierung der Sonneneinstrahlung parallele Strahlen erfordert. Aus diesem Grund sollte der Parameter Skyline segmentieren deaktiviert sein.

Die Projektion wird unter der Annahme durchgeführt, dass sich der Beobachter unendlich weit entfernt vom Feature befindet, sodass die Sichtlinien (Lichtstrahlen) parallel zueinander verlaufen. Das bedeutet, dass der Beobachter sehr nahe zum Feature platziert werden kann, ohne dass dadurch irgendwelche Probleme mit divergierenden Strahlen verursacht werden.

Die präzise Richtung der Lichtstrahlen verläuft vom Beobachterpunkt zum Mittelpunkt aller Features, die in einem Ausführungsdurchlauf des Werkzeugs berücksichtigt werden sollen. Dieser imaginäre Mittelpunkt wird wie folgt berechnet: Für jedes Feature wird der Mittelpunkt seines Envelopes (ein rechteckiger ausgefüllter Rahmen mit Kanten, die parallel zu den Hauptachsen verlaufen) berechnet. Der Mittelpunkt aller Features ist der Mittelpunkt des Envelope, der alle Mittelpunkte der Features umschließt. Das bedeutet, dass die Lichtstrahlen für alle Features, die in einem Ausführungsdurchlauf des Werkzeugs berücksichtigt werden, parallel zueinander verlaufen.

Überlegungen

Das Werkzeug Skyline kann die nicht-lineare Variation des Höhenwinkels entlang der oberen Kante eines Gebäudes nicht handhaben. Wenn der Beobachter von zwei Punkten an jedem Ende der oberen Kante eines nahegelegenen Gebäudes äquidistant ist und diese obere Kante an der Skyline teilnimmt, ist der Höhenwinkel zu einem imaginären Mittelpunkt dieser Kante größer als der der Endpunkte. Dieser Umstand kann vernachlässigt werden, wenn sich Gebäude weit weg vom Beobachter befinden. Bei Gebäuden in der Nähe des Beobachters können sich die Auswirkungen jedoch erheblich bemerkbar machen.