3D City Models and urban information: Current issues and perspectives

Considering sustainable development of cities implies investigating cities in a holistic way taking into account many interrelations between various urban or environmental issues. 3D city models are increasingly used in different cities and countries for an intended wide range of applications beyond mere visualization. Could these 3D City models be used to integrate urban and environmental knowledge? How could they be improved to fulfill such role? We believe that enriching the semantics of current 3D city models, would extend their functionality and usability; therefore, they could serve as integration platforms of the knowledge related to urban and environmental issues allowing a huge and significant improvement of city sustainable management and development. But which elements need to be added to 3D city models? What are the most efficient ways to realize such improvement / enrichment? How to evaluate the usability of these improved 3D city models? These were the questions tackled by the COST Action TU0801 “Semantic enrichment of 3D city models for sustainable urban development”. This book gathers various materials developed all along the four year of the Action and the significant breakthroughs

A heterogeneous data-based proposal for procedural 3D cities visualization and generalization

Ce projet de thèse est né d'un projet de collaboration entre l'équipe de recherche VORTEX/ Objets visuels: de la réalité à l'expression (maintenant REVA: Réel Expression Vie Artificielle) à l'IRIT : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse d'une part et de professionnels de l'éducation, entreprises et entités publiques d'autre part. Le projet de collaboration SCOLA est essentiellement une plate-forme d'apprentissage en ligne basée sur l'utilisation des jeux sérieux dans les écoles. Il aide les utilisateurs à acquérir et à repérer des compétences prédéfinies. Cette plate-forme offre aux enseignants un nouvel outil flexible qui crée des scénarios liés à la pédagogie et personnalise les dossiers des élèves. Plusieurs contributions ont été attribuées à l'IRIT. L'une d'elles consiste à suggérer une solution pour la création automatique d'environnements 3D, à intégrer au scénario du jeu. Cette solution vise à empêcher les infographistes 3D de modéliser manuellement des environnements 3D détaillés et volumineux, ce qui peut être très coûteux et prendre beaucoup de temps. Diverses applications et prototypes ont été développés pour permettre à l'utilisateur de généraliser et de visualiser son propre monde virtuel principalement à partir d'un ensemble de règles. Par conséquent, il n'existe pas de schéma de représentation unique dans le monde virtuel en raison de l'hétérogénéité et de la diversité de la conception de contenus 3D, en particulier des modèles de ville. Cette contrainte nous a amené à nous appuyer largement dans notre projet sur de vraies données urbaines 3D au lieu de données personnalisées prédéfinies par le concepteur de jeu. Les progrès réalisés en infographie, les capacités de calcul élevées et les technologies Web ont largement révolutionné les techniques de reconstruction et de visualisation des données. Ces techniques sont appliquées dans divers domaines, en commençant par les jeux vidéo, les simulations et en terminant par les films qui utilisent des espaces générés de manière procédurale et des animations de personnages. Bien que les jeux informatiques modernes n'aient pas les mêmes restrictions matérielles et de mémoire que les anciens jeux, la génération procédurale est fréquemment utilisée pour créer des jeux, des cartes, des niveaux, des personnages ou d'autres facettes aléatoires uniques sur chaque jeu. Actuellement, la tendance est déplacée vers les SIG: Systèmes d'Information Géographiques pour créer des mondes urbains, en particulier après leur mise en œuvre réussie dans le monde entier afin de prendre en charge de nombreuses domaines d'applications. Les SIG sont plus particulièrement dédiés à des applications telles que la simulation, la gestion des catastrophes et la planification urbaine, avec une grande utilisation plus ou moins limitée dans les jeux, par exemple le jeu "Minecraft", dont la dernière version propose une cartographie utilisant des villes du monde réel Geodata in Minecraft. L'utilisation des données urbaines existantes devient de plus en plus répandue dans les applications cartographiques pour deux raisons principales: premièrement, elle permet de comprendre le contenu spatial d'objets urbains de manière plus logique et, deuxièmement, elle fournit une plate-forme commune pour intégrer des informations au niveau de la ville provenant de différents environnements ou ressources et les rendre accessibles aux utilisateurs. Un modèle de ville virtuelle en 3D est une représentation numérique de l'espace urbain qui décrit les propriétés géométriques, topologiques, sémantiques et d'apparence de ses composants. En général, un MV3D\footnote{Modèle de Ville en 3D} sert de plate-forme d'intégration pour plusieurs facettes d'un espace d'informations urbain, comme l'a souligné "Batty": "En bref, les nouveaux modèles ne sont pas simplement la géométrie numérique des modèles traditionnels, mais des bases de données à grande échelle pouvant être visualisées en 3D. En tant que tels, ils représentent déjà un moyen de fusionner des données symboliques ou thématiques plus abstraites, même des modèles symboliques, dans ce mode de représentation".This thesis project was born from a collaborative project between the research team VORTEX / Visual objects: from reality to expression (now REVA: Real Expression Artificial Life) at IRIT: Institute of Research in Computer Science Toulouse on the one hand and education professionals, companies and public entities on the other.The SCOLA collaborative project is essentially an online learning platform based on the use of serious games in schools. It helps users to acquire and track predefined skills. This platform provides teachers with a new flexible tool that creates pedagogical scenarios and personalizes student records. Several contributions have been attributed to IRIT. One of these is to suggest a solution for the automatic creation of 3D environments, to integrate into the game scenario. This solution aims to prevent 3D graphic designers from manually modeling detailed and large 3D environments, which can be very expensive and take a lot of time. Various applications and prototypes have been developed to allow the user to generalize and visualize their own virtual world primarily from a set of rules. Therefore, there is no single representation scheme in the virtual world due to the heterogeneity and diversity of 3D content design, especially city models. This constraint has led us to rely heavily on our project on real 3D urban data instead of custom data predefined by the game designer. Advances in computer graphics, high computing capabilities, and Web technologies have revolutionized data reconstruction and visualization techniques. These techniques are applied in a variety of areas, starting with video games, simulations, and ending with movies that use procedurally generated spaces and character animations. Although modern computer games do not have the same hardware and memory restrictions as older games, procedural generation is frequently used to create unique games, cards, levels, characters, or other random facets on each. Currently, the trend is shifting towards GIS : Geographical Information Systems to create urban worlds, especially after their successful implementation around the world to support many areas of applications. GIS are more specifically dedicated to applications such as simulation, disaster management and urban planning, with a great use more or less limited in games, for example the game "Minecraft", the latest version offers a map using real world cities Geodata in Minecraft. The use of existing urban data is becoming more and more widespread in cartographic applications for two main reasons: first, it makes it possible to understand the spatial content of urban objects in a more logical way and, secondly, it provides a common platform to integrate city-level information from different environments or resources and make them available to users. A 3D virtual city model is a digital representation of urban space that describes the geometric, topological, semantic, and appearance properties of its components. In general, an MV3D: 3D City Model serves as an integration platform for many facets of an urban information space, as "Batty" pointed out: "In short, the new models are not just the digital geometry of traditional models, but large-scale databases that can be visualized in 3D. As such, they already represent a way to merge more abstract symbolic or thematic data, even symbolic patterns, into this mode of representation"

3D Generalization of brain model to visualize and analyze neuroanatomical data

Neuroscientists present data in a 3D form in order to convey a better real world visualization and understanding of the localization of data in relation to brain anatomy and structure. The problem with the visualization of cortical surface of the brain is that the brain has multiple, deep folds and the resulting structural overlap can hide data interweaved within the folds. On one hand, a 2D representation can result in a distorted view that may lead to incorrect localization and analysis of the data. On the other hand, a realistic 3D representation may interfere with our judgment or analysis by showing too many details. Alternatively, a 3D generalization can be used to simplify the model of the brain in order to visualize the hidden data and smooth some of the details. This dissertation addresses the following research question: Is 3D generalization of a brain model a viable approach for visualizing neuroanatomical data