3D κανονιστική μοντελοποίηση κτιρίων της παλιάς πόλης της Κέρκυρας

Abstract

Κατά τη διάρκεια του τελευταίου αιώνα, η πυκνότητα του αστικού πληθυσμού και η επέκταση των αστικών περιοχών έχει αυξηθεί σημαντικά. Ήδη από το 2007, για πρώτη φορά στην ιστορία, ο αστικός παγκόσμιος πληθυσμός έφτασε το 50% του συνολικού παγκόσμιου πληθυσμού και αυξάνεται μέχρι σήμερα. Αυτή η τάση έχει οδηγήσει στην αύξηση του ενδιαφέροντος για τη διαχείριση της γης, κάνοντας την ανάγκη για κτηματολόγιο έντονη και επιτακτική. H κτηματολογική καταγραφή που βασίζεται στη δισδιάστατη αναπαράσταση των γεωτεμαχίων (δισδιάστατη κτηματολογική μονάδα) ήταν επαρκής για αρκετές δεκαετίες. Ωστόσο, η ενεργής και αυξανόμενη χρήση του χώρου πάνω και κάτω από την επιφάνεια της γης με ένα «κατακερματισμένο» νομικό καθεστώς (διάφορες ιδιοκτησίες, ιδιοκτησιακά δικαιώματα, δικαιούχοι) έχει οδηγήσει σε νέα δεδομένα. Έτσι, ενθαρρυμένη από τις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, η χρήση των τρισδιάστατων προσεγγίσεων στα κτηματολογικά συστήματα (τρισδιάστατη κτηματολογική μονάδα) διερευνάται διεθνώς σε μεγάλο βαθμό. Γενικά, στις συμβατικές περιπτώσεις ένα 2D κτηματολόγιο είναι αρκετό για την καταγραφή των χωρικών πληροφοριών. Όμως, σε ένα εξελισσόμενο δομούμενο περιβάλλον, που αναπτύσσεται με βάση ένα εξελισσόμενο νομικό πλαίσιο, δημιουργείται μια αυξανόμενη, μη συμβατική παραγωγή χώρου. Στην περίπτωση σύνθετης ανάπτυξης και χρήσης του χώρου και με την πολυεπίπεδη κατανομή των δικαιωμάτων, ένα 2D κτηματολόγιο δεν μπορεί να αποδώσει ικανοποιητικά την απαραίτητη τρισδιάστατη απόδοση των χωρικών πληροφοριών. Ένα 2D κτηματολόγιο, με μοναδικό επίπεδο αναφοράς το γεωτεμάχιο, δεν μπορεί να αντιμετωπίσει επιτυχώς τις περιπτώσεις πολλαπλής και σύνθετης χρήσης του χώρου. Άρα, αυτομάτως δημιουργείται η ανάγκη ορισμού και σύλληψης μιας νέας φόρμας κτηματολογικής καταγραφής, που να διαχωρίζει τα δικαιώματα ανά επίπεδο, με κλειδί την τρίτη διάσταση του χώρου. Ένα 3D κτηματολόγιο μπορεί να οριστεί ως ένα σύστημα, το οποίο δίνει πληροφορίες και επεκτείνεται σε χρήσεις, που αποσκοπούν στην αξιοποίηση του υπόγειου και υπέργειου χώρου ενός γεωτεμαχίου, δηλαδή στη βέλτιστη αξιοποίηση του χώρου. Ένα τέτοιο σύστημα κτηματολογίου μπορεί να λειτουργήσει, αν εναρμονιστεί πλήρως με το υφιστάμενο νομικό καθεστώς κτηματογράφησης που ισχύει σε κάθε χώρα ή με ένα νέο νομικό πλαίσιο, που θα διαμορφωθεί ειδικά για να υποστηρίξει μια τέτοια ανανεωτική προσπάθεια. Η ολοκληρωμένη 3D γνώση της νομικής και τεχνικής διάστασης κάθε ακινήτου μπορεί να εξυπηρετήσει περισσότερο ρεαλιστικά και εφικτά σχέδια δράσης. Το 3D κτηματολόγιο θα καθορίζει τη θέση του γεωτεμαχίου, καθώς και τα όριά του στις τρεις διαστάσεις. Κατά την τελευταία δεκαετία έχει πραγματοποιηθεί παγκοσμίως πλήθος δραστηριοτήτων σχετικά με 3D κτηματολόγια και με την εφαρμογή του 3D κτηματολογικού μοντέλου. Στα λειτουργούντα συστήματα κτηματολογίου γίνονται προσπάθειες, ώστε να γίνει με επιτυχία η μετάβαση από 2D σε 3D κτηματολόγιο. Οι περιπτώσεις, στις οποίες απαιτείται αντιμετώπιση με 3D κτηματολόγιο, διαφοροποιούνται από χώρα σε χώρα. Οι διαφορετικές περιπτώσεις πρέπει να αντιμετωπίζονται με συγκεκριμένο και νομικά κατοχυρωμένο τρόπο. Χώρες, όπως η Ολλανδία, η Αυστραλία και το Ισραήλ αποτελούν τους πρωτοπόρους σε αυτό το όραμα. Η χρήση της τρίτης διάστασης στα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π.) άρχισε πριν από περίπου μια δεκαετία. Η επιτυχία των 3D Σ.Γ.Π. θα εξαρτηθεί από την ανάπτυξη αποτελεσματικών 3D μοντέλων. Σήμερα, τα 3D μοντέλα χρησιμοποιούνται σε μια ευρεία ποικιλία τομέων. Πολλοί ειδικοί και προμηθευτές εξετάζουν συνεχώς την τρίτη διάσταση και μελετούν την ανάπτυξη ενός διαλειτουργικού 3D μοντέλου. Στον τομέα της 3D απεικόνισης παρουσιάζονται ραγδαίες εξελίξεις, αφού οι τεχνικοί περιορισμοί στη χρήση της 3D πληροφορίας (όπως ισχύς των υπολογιστών και εργαλεία για 3D απεικόνιση) έχουν σχεδόν ξεπεραστεί και η ανάπτυξη των 3D αντικειμένων συνεχίζεται πολύ δυναμικά. Μια από τις χαρακτηριστικότερες περιπτώσεις δικαιωμάτων που απαιτούν 3D απεικόνιση, αποτελεί η σύσταση οριζόντιας ιδιοκτησίας και κυρίως στις περιπτώσεις των διαμερισμάτων. Όσον αφορά στη 3D απεικόνιση στα πλαίσια του κτηματολογίου, για τη βέλτιστη αναπαράσταση της ιδιοκτησίας είναι απαραίτητη η απεικόνιση των 3D κτηματολογικών αντικειμένων στον 3D κτηματολογικό χάρτη, στον οποίο φαίνεται η θέση και το περιεχόμενο των αντικειμένων και των ιδιοκτησιών στο χώρο. Η μέχρι τώρα εμπειρία δείχνει, ότι οι ακριβείς 3D περιγραφές της ιδιοκτησίας αποτελούν επιτακτική ανάγκη για την καλύτερη δυνατή διαχείριση των ιδιοκτησιακών δικαιωμάτων. Απαίτηση όλων είναι η ανάπτυξη 3D μοντέλων της πραγματικότητας με μια στοιχειώδη απόδοση των υφών των κτιρίων, αφού και η τεχνολογική πρόοδος επιτρέπει υψηλότερη ακρίβεια και ποιότητα. Σε ένα κτηματολογικό σύστημα, η 3D απεικόνιση αποτελεί ένα από τα βασικότερα συστατικά. Ένα ψηφιακό 3D κτηματολόγιο πρέπει να περιλαμβάνει 3D κτηματολογικά δεδομένα, καθώς και εφαρμογές και συστήματα απεικόνισης στις τρεις διαστάσεις. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, το οποίο αποτελεί το θεωρητικό υπόβαθρο, αναφέρονται κάποια από τα σπουδαιότερα διεθνή πρότυπα για απεικόνιση πραγματικής 3D πληροφορίας, όπως το L.A.D.M., το CityGML κ.ά., στα οποία μπορεί να στηριχθεί η προσπάθεια για τη δημιουργία ενός 3D κτηματολογίου. Επίσης, παρουσιάζονται κάποιες από τις σημαντικότερες τεχνικές 3D μοντελοποίησης, για παράδειγμα τεχνικές με χρήση φωτογραμμετρίας, μοντελοποίηση βάσει εικόνων, αυτόματη μοντελοποίηση και εξετάζεται περισσότερο η κανονιστική μοντελοποίηση (Procedural Modeling). Κάθε τεχνική επεξεργάζεται την εικόνα και δημιουργεί γεωμετρία στις τρεις διαστάσεις και χρησιμοποιείται ανάλογα με το σκοπό κάθε μελέτης και το απαιτούμενο τελικό 3D μοντέλο. Στο δεύτερο μέρος, πραγματοποιείται μια εφαρμογή 3D μοντελοποίησης κτιρίων της Παλιάς Πόλης της Κέρκυρας, χρησιμοποιώντας κανονιστική μοντελοποίηση. Με τον όρο Κανονιστική Μοντελοποίηση εννοείται ένα σύνολο από τεχνικές σε γραφικά υπολογιστών για τη δημιουργία 3D μοντέλων και υφών μέσω κανόνων. Η εφαρμογή πραγματοποιείται στο λογισμικό της Esri, το CityEngine. Το CityEngine έχει τη δυνατότητα μοντελοποίησης μιας πλήρους πόλης, χρησιμοποιώντας ένα σχετικά μικρό σύνολο στατιστικών και γεωγραφικών δεδομένων εισόδου και είναι ιδιαίτερα ελεγχόμενο από το χρήστη. Το πρόγραμμα αυτό δημιουργεί αστικά περιβάλλοντα από το μηδέν, με βάση μια ιεραρχική σειρά από κατανοητούς κανόνες, οι οποίοι μπορούν να επεκταθούν ανάλογα με τις ανάγκες των χρηστών.

During the past century, the density of urban population and the extension of urban regions have been increased considerably. Ever since 2007, for the first time in history, the urban world population has reached the 50% of total world population and increases itself up to today. This tendency has led to the increase of interest for the land administration, making the need for cadastre intense and imperative. The cadastral registration, which is based on 2D representation of parcels (2D cadastral unit), was sufficient for many decades. However, the active and increasing use of space, above and below the surface of ground adding to a “fragmented” legal system (various properties, property rights, beneficiaries), has led to new situations. Therefore, encouraged by the recent technological developments, the use of 3D approximations on cadastral systems (3D cadastral unit) is thoroughly researched internationally. Generally, at conventional cases, a 2D cadastre is adequate for the registration of spatial information. However, in an evolving structured environment, which is developing in accordance with an evolving legal frame, an increasing, not conventional production of space is being created. In the case of a complex development and use of space, considering the multileveled distribution of property rights, the spatial information cannot be displayed by the 2D cadastre properly. Consequently, there is a need to define a new form for the cadastral registration and according to that, the rights could be classified per level, using the third dimension of space. The 3D cadastre can be defined as a system, which provides information and exploits the space above and under the parcel optimally. A cadastral system like that, can function, if only it is completely harmonized with the existing legal regime of land registration, which is in effect in each country, or with a new legal frame, that will be shaped specifically in order to support a such renewing effort. The completed 3D knowledge of legal and technical dimension of each property can serve more realistic and feasible plans of action. The 3D cadastre determines the parcel’s position, as well as its boundaries in three dimensions. During the last decade, plenty of activities have been performed worldwide, relating to 3D cadastres and to the application of 3D cadastral model. At the existing cadastral systems, efforts are being made for the successful transition from 2D to 3D cadastre. The cases, in which the use of 3D cadastre is required, vary from country to country. The different cases should be treated with specific and legally regulated way. Countries, like Holland, Australia and Israel constitute the pioneers in this vision. The use of third dimension at Geographical Information Systems (G.I.S.) began roughly one decade ago. The success of 3D G.I.S. will depend on the development of effective 3D models. Nowadays, the 3D models are being used in a wide variety of sectors. Many experts and suppliers examine continuously the third dimension and study the development of an interoperable 3D model. In the sector of 3D depiction, rapid developments are presented, since the technical restrictions in use of 3D information (as computer’s force and tools for 3D depiction) have almost been exceeded and the development of 3D objects are being continued dynamically. One of the most striking cases of rights, that require 3D visualization, is the establishment of horizontal property and especially in cases of apartments. In terms of 3D cadastral visualization, the depiction of 3D cadastral objects at the 3D cadastral map is essential for the most optimal representation of property. The 3D cadastral map showing the location and the content of objects and properties in space. The experience until now shows that the precise 3D representation of property constitutes imperative need for the better management of property rights. The development of 3D models with an elementary output of textures of buildings is very crucial, since the technological progress allows higher precision and quality. For a cadastral system, the 3D visualization constitutes one of the most fundamental components. A digital 3D cadastre must include 3D cadastral data, as well as applications and systems of depiction in three dimensions. The present diploma thesis consists of two parts. In the first part, which constitutes the theoretical background, some of the most important international standards for depiction of 3D information are mentioned, such as L.A.D.M., CityGML etc, which can support the effort for creation of 3D cadastre. Some of the most important techniques for 3D modeling are also presented, such as techniques using photogrammetry, image based modeling, automatic modeling and procedural modeling, which is examined more thoroughly. Each of these techniques processes the picture and creates geometry in three dimensions and is used depending on the purpose of each study and the required final 3D model. In the second part, an application of 3D modeling is carried out at Corfu’s old buildings, using procedural modeling. Procedural modeling is an umbrella term for a number of techniques in computer graphics to create 3D models and textures from sets of rules. The application is made, using Esri’s software, CityEngine. CityEngine has the ability to model a full section, using a relatively small set of statistics and geographical data input and is highly controlled by the user. This program creates urban environments from scratch, based on a hierarchical set of intelligible rules, which can be extended depending on the needs of users.