3D-Modell © KDWT Bamberg

MonArch 3.0 enthält eine 3D-Visualisierung, in welcher 3D-Modelle aus Dateien hochgeladen, dargestellt und mit Strukturelementen verknüpft werden können. Sie befindet sich in der Mitte des MonArch-Clients und unterstützt derzeit den Import folgender Dateiformate:

  • DAE
  • GLB
  • IFC (ifc2x3, ifc4)
  • PLY

Punktwolken, in diesem Fall in Form von PLY-Dateien, können zum aktuellen Zeitpunkt in MonArch zwar geladen und visualisiert werden, eine weitere Aufteilung sowie Zuordnung von Strukturelementen an Bereiche einer Punktwolke ist allerdings noch nicht möglich, aber bereits in Planung. Punktwolken können, wie alle anderen Arten grafischer Modelle auch, jedoch an verschiedene Strukturelementen angehängt werden, um so eine Navigation durch das Gebäude zu kreieren. Zudem gilt für alle Modelle derzeit noch eine Begrenzung von maximal 2GB pro Datei. Die Anzahl an Dateien im gesamten System sowie an einem einzelnen Strukturelement ist dagegen nicht beschränkt.

3D-Modell © KDWT Bamberg

Intern werden für die 3D-Visualisierung 3D-Modelle (wie z.B. das Element „10_Vorhalle_Ölberg.glb“ unter St. Lorenz) und Geometrien (siehe dazu auch den Artikel zur 2D-Visualisierung) dargestellt. Das System ist so aufgebaut, dass auch ein Arbeiten ohne das Einblenden dieser beiden Typen möglich ist. Über die Filteroptionen im Seitenmenü der Strukturhierarchie können sie dazu sichtbar oder unsichtbar geschalten werden:

Um eine 3D-Visualisierung in MonArch zu erstellen, muss als erstes eine Datei mit einem 3D-Modell in das System geladen werden. Dabei wird automatisch ein neues nach dieser Datei benanntes 3D-Modell generiert (der Name kann später nach Wunsch jederzeit manuell verändert werden). Diese 3D-Modelle können an jeder beliebigen Stelle in der Strukturhierarchie eingehängt werden und werden im Visualisierungsfenster erst geladen sobald das damit verknüpfte Strukturelement oder eines seiner Kinder ohne eigenes Modell in der Hierarchie angewählt wurde. In der obigen Grafik beispielsweise befinden sich alle Modelle direkt unterhalb des Gebäudes St. Lorenz selbst. Folglich wird in diesem Beispiel immer das komplette Modell der Kirche, bestehend aus 42 einzelnen 3D-Modellen, angezeigt. Eine weitere Aufteilung in einzelne Modelle, die immer spezifischere Abschnitte in höheren Detailstufen darstellen und einzeln nachgeladen werden, je tiefer der Benutzer oder die Benutzerin in die Strukturhierarchie eintaucht, wäre eine andere mögliche Herangehensweise.

Im Falle einer Mehrfachzuordnung wie unter St. Lorenz spielt die Reihenfolge des Rendering Prozesses eine wichtige Rolle. Dies wird im Artikel zur 2D-Visualisierung genau beschrieben und kann dort bei Bedarf nachgelesen werden. Für 3D-Visualisierungen funktioniert es analog dazu.

Im genannten Beispiel wurden alle 3D-Modelle dem kompletten Gebäude zugeordnet und sind somit bei jeglicher Anwahl innerhalb des Gebäudes vollständig sichtbar. Um des Weiteren eine genauere Aufteilung innerhalb eines einzigen Modells selbst zu erreichen, gibt es in MonArch Geometrien. Jedes Objekt innerhalb einer dreidimensionalen Visualisierung kann – optional – auch in MonArch als Geometrie-Objekt ausgezeichnet werden. Dies kann beliebig detailgenau sein und hängt im möglichen Detailgrad alleine von der Aufteilung des 3D-Modells in der ursprünglichen Datei ab. Eine Geometrie in MonArch wird außerdem immer mit einem Strukturelement verknüpft, welches durch sie in der grafischen Darstellung, also in diesem Fall dem 3D-Modell, repräsentiert wird. Wenn eine solche Zuordnung erstellt wurde, kann die 3D-Visualisierung als Navigationskarte durch die Strukturhierarchie verwendet werden, da bei einem Klick in ein visualisiertes Modell hinein das mit dem angeklickten Bereich verknüpfte Strukturelement in der Hierarchie selektiert wird.

Es ist zudem möglich, 3D-Modellen sowie Geometrien einen räumlichen Kontext zuzuordnen. Die Art und Weise der Verwendung dieser Kontexte wird im entsprechenden Kapitel zur Kontextansicht ausführlich erläutert. Eine Kontextzuordnung wird aus Sicht der 3D-Visualisierung dabei automatisch ausgeführt, wenn neue Modelle oder Verknüpfungen unter einem angewählten Kontext erstellt werden – analog zur Erstellung neuer Strukturelemente in der Strukturhierarchie. Eine spätere Änderung dieser Zuordnungen ist sowohl im Eigenschaftenfenster der räumlichen Kontexte als auch per Drag-and-Drop möglich.

Die Eigenschaften von 3D-Modellen sowie Geometrien werden zudem in jeweils eigenen Kapiteln näher beschrieben.

2.5.1 Toolbar

Über der 3D-Visualisierung befindet sich die standardisierte Toolbar, die über jeder Visualisierung (3D-Visualisierung, 2D-Visualisierung, Kartenansicht) in fast gleicher Form zu finden ist. Sie enthält für den 3D-Fall folgende Buttons:

  1. Selektionsmodus: Der Selektionsmodus wird aktiviert.
  2. Navigationsmodus: Der Navigationsmodus wird aktiviert.
  3. Verknüpfungsmodus: Der Verknüpfungsmodus wird aktiviert.
  4. Löschmodus Der Löschmodus wird aktiviert.
  5. Neues 3D-Modell importieren: Ein neues 3D-Modell wird erstellt. Dazu öffnet sich zuerst ein Dialog zur Auswahl einer Datei. Die akzeptierten Formate sind dabei angegeben (DAE, GLB, IFC, PLY). Der Dateiname wird als Name des neuen 3D-Modells weiterverwendet, kann aber später auch verändert werden. Falls gerade kein Strukturelement ausgewählt ist, wird das neue Modell an oberster Ebene in der Strukturhierarchie verortet und ist sind somit immer sichtbar. Falls jedoch ein Haken an einem Strukturelement gesetzt ist, wird das Modell diesem Element untergeordnet und ist damit nur sichtbar, falls das Element oder eines seiner Kinder angewählt wurde. Ist zusätzlich ein räumlicher Kontext angewählt, wird das neue Modell der aktuellen Auswahl an Kontexten automatisch zugeteilt und wird damit nur sichtbar, wenn einer dieser Kontexte oder kein einziger Kontext aktiviert wurde.
  6. Dropdown: Das IFC-Menü wird geöffnet.
  7. Vorwärts: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach vorne.
  8. Dropdown: Das Orientierungsmenü wird geöffnet.
  9. Fokus: Die 3D-Visualisierung fokussiert auf die aktuelle Auswahl an verknüpften Strukturelementen in der Strukturhierarchie. Damit werden alle Geometrien, die in den aktuell sichtbaren Modellen verortet wurden, durch ein automatisches Verschieben sowie eine Änderung des Zoomfaktors innerhalb des angezeigten Bereichs der 3D-Visualisierung gerückt.
  10. Dropdown: Das Zoom-Menü wird geöffnet.
  11. Kameras: Die First Person Kamera wird aktiviert.
  12. Dropdown: Das Kamera-Menü wird geöffnet.
  13. 3D-Visualisierung aktualisieren: Die 3D-Visualisierung wird aktualisiert.
  14. Minimize: Die 3D-Visualisierung wird minimiert und nur am Rande des MonArch-Clients mittels ihres Icons dargestellt.
  15. Maximize: Die 3D-Visualisierung füllt den gesamten Bildschirm und alle anderen Fenster werden minimiert. Ein Doppelklick auf den Tab selbst hat dieselbe Wirkung. Es ist außerdem möglich, den Tab an beliebige andere Stellen innerhalb des Clients zu verschieben.

2.5.2 IFC-Menü

Das IFC-Menü öffnet sich bei Klick auf den Dropdown-Pfeil neben dem Plus-Button und beinhaltet folgende Einträge:

  1. IFC-Import: Der Dialog zum Import eines neuen IFC-Modells öffnet sich. Nach Auswahl einer akzeptierten Datei (ifc2x3, ifc4) werden alle darin enthaltenen Daten in MonArch integriert. Dabei wird zum einen die grafische Darstellung als 3D-Modell für das Visualisierungsfenster bereitgestellt. Zusätzlich wird daraus eine eigene Hierarchie an Strukturelementen für das importierte Objekt generiert und in der bereits vorhandenen Strukturhierarchie eingehängt. Für jedes Element werden dabei alle Property Sets als Eigenschaften des Elements übertragen. Das generierte 3D-Modell wird an den obersten Knoten der neu erstellten Elemente gehängt. Die Strukturelemente selbst werden entweder an ebenfalls oberster Stelle in der gesamten Strukturhierarchie eingehängt oder, falls beim Start des Imports ein Strukturelement in der Hierarchie ausgewählt war, diesem Element untergeordnet. Zuletzt wird die IFC Product Hierarchy aus der ursprünglichen Datei extrahiert und als Hierarchie an Strukturtypen in MonArch eingefügt. Jedes der neu erstellen Strukturelemente wird zudem, falls eine Zuordnung in IFC existiert, seinem entsprechenden Typ zugewiesen.

2.5.3 Orientierungsmenü

Das Orientierungsmenü öffnet sich bei Klick auf den Dropdown-Pfeil neben dem Orientierungsbutton und beinhaltet folgende Einträge:

  1. Vorwärts: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach vorne.
  2. Rückwärts: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach hinten.
  3. Nach links: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach links.
  4. Nach rechts: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach rechts.
  5. Nach oben: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach oben.
  6. Nach unten: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach unten.
  7. Drehung nach links: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung dreht sich ein Stück nach links.
  8. Drehung nach rechts: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung dreht sich ein Stück nach rechts.

2.5.4 Zoom-Menü

Das Zoom-Menü öffnet sich bei Klick auf den Dropdown-Pfeil neben dem Fokussierungsbutton und beinhaltet folgende Einträge:

  1. Vergrößern: Der Zoomfaktor auf den dargestellten Bereich der 3D-Visualisierung wird erhöht.
  2. Verkleinern: Der Zoomfaktor auf den dargestellten Bereich der 3D-Visualisierung wird verringert.
  3. Zoom auf Selektion: Die aktuelle Auswahl an Strukturelementen wird im 3D-Modell gesucht und angezeigt.
  4. Frustum vergrößern: Das Frustum der aktuellen Kamera wird vergrößert, d.h. ihre Brennweite wird größer.
  5. Frustum verkleinern: Das Frustum der aktuellen Kamera wird verkleinert, d.h. ihre Brennweite wird kleiner.

2.5.5 Kamera-Menü

Das Kamera-Menü öffnet sich bei Klick auf den Dropdown-Pfeil neben dem Kamera-Button. Dabei kann stets nur einer der folgenden vier Einträge selektiert sein:

  1. Orbit Kamera: Die Orbit Kamera wird aktiviert. Diese Kamera ermöglicht die Rotation der Kamera um das aktuelle Modell. Sie ist standardmäßig deaktiviert.
  2. Fly Kamera: Die Fly Kamera wird aktiviert. Diese Kamera erlaubt freie Bewegungen in allen drei Dimensionen. Sie ist standardmäßig aktiviert.
  3. First Person Kamera: Die First Person Kamera wird aktiviert. Diese Kamera simuliert das Betrachten der Szene als Person, die sich darin befindet und bewegt. Bewegungen werden dabei unabhängig von der Blickhöhe immer horizontal ausgeführt. Sie ist standardmäßig deaktiviert.
  4. Move Scene Kamera: Die Move Scene Kamera wird aktiviert. Diese Kamera ermöglicht die Bewegung der Kamera in der Szene unter Verwendung der Maus. Sie ist standardmäßig deaktiviert.

2.5.6 Maus- und Tastaturfunktionen

Die 3D-Visualisierung lässt sich neben der Verwendung der Toolbar auch über die Maus oder die Tastatur direkt steuern. Folgende Funktionen werden dabei für die Fly und First Person Kamera unterstützt:

  1. Vorwärts scrollen: Der Zoomfaktor wird verringert.
  2. Rückwärts scrollen: Der Zoomfaktor wird erhöht.
  3. Rechter Mausklick und Bewegung: Das Blickpunkt auf das 3D-Modell wird verschoben.
  4. Q: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach oben.
  5. Y: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach unten.
  6. A: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach links.
  7. D: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach rechts.
  8. W: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach vorne.
  9. S: Der Blickpunkt auf die 3D-Visualisierung bewegt sich ein Stück nach hinten.

Im Fall der Move Scene Kamera dagegen ist die Steuerung über die Tastatur nicht mehr möglich und stattdessen werden folgende Mausfunktionen unterstützt:

  1. Vorwärts scrollen: Der Zoomfaktor wird erhöht.
  2. Rückwärts scrollen: Der Zoomfaktor wird verringert.
  3. Rechter Mausklick und Bewegung: Das 3D-Modell selbst wird verschoben.

Im Fall der Orbit Kamera ist abermals keine Steuerung über die Tastatur möglich und stattdessen werden folgende Mausfunktionen unterstützt:

  1. Vorwärts scrollen: Der Zoomfaktor wird erhöht.
  2. Rückwärts scrollen: Der Zoomfaktor wird verringert.
  3. Rechter Mausklick und Bewegung: Die Kamera wird um das 3D-Modell herum verschoben.

2.5.7 Modi

Jede der drei vorhandenen Visualisierungen in MonArch 3.0 (3D-Visualisierung, 2D-Visualisierung, Kartenansicht) basiert auf den vier jeweils gleichen Modi, von welchen zu jedem Zeitpunkt immer nur ein einziger aktiviert sein kann. Der aktuell verwendete Modi wird in der Toolbar durch eine leichte Blaufärbung des entsprechenden Buttons präsentiert.

Die internen Operationen der vier Modi unterscheiden sich hier zwischen der 2D-Visualisierung und 3D-Visualisierung nur durch das Austauschen eines 2D-Modells durch ein 3D-Modell.

2.5.7.1 Der Selektionsmodus

Der Selektionsmodus ist nicht standardmäßig aktiviert, kann aber – wie alle anderen Modi auch – jederzeit durch Klick auf den ersten der vier Modi-Buttons aktiviert werden. Daraufhin wird die 3D-Visualisierung eingefroren, d.h. auch die Abwahl aller Strukturelemente in der Strukturhierarchie führt hier nicht dazu, dass die entsprechenden 3D-Modelle nicht mehr im Visualisierungsfenster sichtbar sind. Stattdessen verharrt die Visualisierung so lange in der aktuellen Ansicht, bis der Modus wieder gewechselt wird. Zoom sowie Bewegungen durch das Modell sind aber natürlich dennoch weiterhin möglich. Damit kann dieser Modus genutzt werden, um sich einen Überblick über die Gebäudeverteilung zu schaffen.

Ein Klick auf einen Bereich in der 3D-Ansicht hakt im Selektionsmodus das davon in der Grafik repräsentierte Strukturelement in der Strukturhierarchie an, falls eines vorhanden ist. Wird bei einem Klick in der Visualisierung des 3D-Modells also eine Geometrie erfasst, wird zuerst überprüft, ob dieser Bereich überhaupt in MonArch modelliert ist. Falls ja, wird das von dieser Geometrie repräsentierte Element in der Hierarchie angewählt.

Ein abermaliger Klick auf denselben Bereich in der 3D-Visualisierung löscht den Haken in der Strukturhierarchie wieder. Analog führt ein An- oder Abhaken von Elementen in der Strukturhierarchie in diesem Modus auch zu einer Einfärbung der sie repräsentierenden Bereiche in der Visualisierung. Die standardmäßig verwendete Farbe für selektierte Elemente ist dabei dunkelblau, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist. Sie kann allerdings in den Einstellungen jederzeit individuell verändert werden.

3D-Modell © KDWT Bamberg

Im obigen Beispiel wurden drei der Seitenpfeiler des Mittelschiffs von St. Lorenz selektiert. Die entsprechenden Strukturelemente wurden dabei durch die Klicks auf die Pfeiler in der 3D-Visualisierung automatisch angehakt. Dabei wurden die einzelnen hinterlegten und jetzt in der Grafik blau eingefärbten Geometrien gefunden, die in MonArch bereits verlinkt wurden. Jede davon hängt direkt unter dem 3D-Modell, das diesen Teil des Mittelschiffs modelliert („15_Mittelschiff_Nord.glb“), wie in der nachfolgenden Grafik zu sehen ist. Gleichzeitig repräsentieren diese drei Geometrien die drei Strukturelemente der Pfeilerachsen 4-6. Deshalb sind sie in der Strukturhierarchie auch diesen drei Elementen untergeordnet.

Der Navigationsmodus ist beim Start des MonArch-Clients immer standardmäßig aktiviert und befindet sich in der Toolbar an zweiter Stelle. Er erlaubt eine gemeinsame Navigation durch die Strukturhierarchie und 3D-Visualisierung. Im Gegensatz zum Selektionsmodus kann sich dabei eventuell auch das angezeigte 3D-Modell ändern, wenn verschiedene 3D-Modelle, die an einzelnen Elementen hängen, geladen werden.

Ein Klick auf einen Bereich in der Visualisierung führt auch in diesem Modus wieder zur Anwahl des davon repräsentierten Strukturelements in der Strukturhierarchie. Bei einem zweiten Klick auf denselben Bereich verschwindet der Haken wieder. Analog lässt sich die Navigation von der Strukturhierarchie aus durch ein An- und Abwählen einzelner Strukturelemente steuern. Die Karte ist dabei allerdings nicht eingefroren, so dass die Anwahl eines neuen Elements auch zu einer Veränderung der dargestellten 3D-Modelle führen kann.

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Die Anwahl der vierten Pfeilerachse in der Visualisierung im obigen Beispiel führt lediglich zu einer Anwahl des Strukturelements der vierten Pfeilerachse in der Hierarchie, da die derzeit dargestellten 3D-Modelle immer noch die direkt unter St. Lorenz hängenden Modelle selbst sind und keine eigenen möglicherweise genaueren Modelle unter der Pfeilerachse gefunden wurden. Da in diesem Beispiel also alle Modelle an derselben Stelle verortet sind, ändert sich die geladene Darstellung nicht. Ein Beispiel für das Nachladen einer neuen Ansicht bei einem Klick im Navigationsmodus befindet sich allerdings im Artikel zur 2D-Visualisierung.

Standardmäßig werden angewählte Marker im Navigationsmodus in einer grünen Farbe eingefärbt. Dies kann in den Einstellungen jederzeit aber individuell konfiguriert werden.

2.5.7.3 Der Verknüpfungsmodus

Der Verknüpfungsmodus ist standardmäßig nicht aktiviert, kann aber jederzeit über den dritten Button der Toolbar aktiviert werden. Dieser Modus friert die aktuelle Ansicht ebenfalls wieder ein. Zudem werden alle bereits verknüpften Bereiche der 3D-Visualisierung in einer vordefinierten Highlightfarbe dargestellt. Sie ist standardmäßig gelb und kann in den Einstellungen verändert werden.

Um eine neue Verknüpfung anzulegen genügt es, das gewünschte Element in der Strukturhierarchie anzuhaken und anschließend mit der linken Maustaste an die gewünschte Stelle in der Visualisierung zu klicken. Im Hintergrund wird daraufhin überprüft, ob der Klick ein identifizierbares Objekt im 3D-Modell gefunden hat (und nicht z.B. der leere Raum um ein Modell herum angeklickt wurde). Falls nein, geschieht nichts weiter. Falls ja, wird eine neue Geometrie erstellt, welche das angewählte Strukturelement repräsentieren soll. Zudem wird die Geometrie dem 3D-Modell zugeordnet, auf welchem der Klick stattfand.

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In diesem Beispiel soll die im Visualisierungsfenster erste Pfeilerachse von links mit dem Strukturelement der dritten Pfeilerachse verlinkt werden. Das hinterlegte 3D-Modell dieses Bereichs hängt an St. Lorenz selbst und wird aus Gründen der Übersichtlichkeit in diesem Beispiel ausgeblendet. Um die Verknüpfung durchzuführen, muss nur die Pfeilerachse in der Strukturhierarchie angewählt und die Säule im 3D-Modell angeklickt werden.

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Nun ist eine neue Geometrie mit dem Namen des Bereichs im 3D-Modell entstanden, was allerdings nach Belieben verändert werden kann. Zusätzlich ist die neue Geometrie dem angewählten Strukturelement untergeordnet. Der neu verlinkte Bereich wurde durch die Verknüpfung zudem gelb eingefärbt. Eine weitere Zuordnung desselben Bereichs an ein anderes Element wäre aber dennoch weiter möglich.

2.5.7.4 Der Löschmodus

Der Löschmodus kann über den letzten der vier Modi-Buttons aktiviert werden und friert ebenfalls die aktuell dargestellte Ansicht ein. Bereits verknüpfte Bereiche werden auch hier in der vom Benutzer in den Einstellungen konfigurierten Highlightfarbe (standardmäßig gelb) dargestellt. Die Strukturhierarchie muss beim Löschen eines Objektes nicht mehr beachtet werden, da angehakte Elemente hier keinen Einfluss auf die Löschoperation mehr haben. Stattdessen genügt ein einfacher Linksklick auf ein Objekt im 3D-Modell, um alle dahinter liegenden Geometrien samt der an ihr befindlichen Beziehungen zu anderen Elementen zu löschen.

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Um die dritte Pfeilerachse also wieder zu löschen, wird folglich nur der entsprechende Bereich in der 3D-Visualisierung einmal mit der linken Maustaste angeklickt.

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Als Folge daraus wurde die Geometrie, die soeben noch unter der dritten Pfeilerachse hing, entfernt und der Bereich ist nicht mehr gelb eingefärbt, da dort keine Verknüpfungen mehr vorhanden sind.