Developing an Organisational Framework for Sustaining Virtual City Models

This research thesis presents an organisational framework for the management of virtual cities for hosts to adopt when seeking to produce and maintain a virtual city for use as a tool for urban planning related activities. The framework functions as an over-arching business model or structure, a general methodology for defining the organisational processes of virtual city enterprises. In achieving this aim, the research outlines standards and protocols for its creation, legal issues for its distribution and suggested processes for the update of 3D data. The diverse issues and needs of various stakeholders are addressed (Horne et al., 2006) in order to challenge the organisational issues and common concepts involved in creating, hosting and managing a city model (Voigt et al., 2004). Preliminary investigations showed that extensive research has been carried out on 3D and virtual city modelling techniques and their application, but the theoretical organisational and management issues for hosting 3D virtual city models needs to be addressed (Hamilton et al., 2005; Dokonal and Martens, 2001) through a ‘guiding source book’ for the creation and use of 3D city models(Bourdakis, 2004). This thesis explores the current state of virtual city modelling and its origins through literature research as well as an investigation into suitable business modelling practice. Pilot studies and an interview process with current virtual city hosts informed the research of current practice in the field. An organisational framework is subsequently put forward that combines elements from each of these investigations using a business model ‘canvas’ that can be adopted by current or prospective hosts and adapted to suit their circumstances, applications and users. The framework addresses the technical aspects of establishing a virtual city model, such as 3D data capture methods, spatial data infrastructure and modelling protocols in order to present a roadmap for virtual city enterprises. This correspondingly outlines a development from traditional and static datasets of geometry in ‘3D city models’ to more serviceable and user-centric ‘virtual city enterprises’. The organisational framework introduces 7 key areas that virtual city hosts should address for sustaining their enterprise that encompasses the technologies and expertise. Hence, this research makes significant contribution to knowledge by bringing together the many considerations that virtual city hosts must consider when creating a sustainable process to support urban planning

Metodología para la generación automática de entornos virtuales en simuladores de conducción terrestre

Está Tesis refleja los trabajos de investigación que tienen como resultado el desarrollo de una metodología cuyo objetivo es la automatización optimizada en la generación de grandes entornos virtuales destinados a simulaciones de conducción terrestre guiada, es decir, sobre trayectorias predefinidas, bajo PC. En ella se aborda el ciclo completo de generación de un entorno virtual, aportando soluciones optimizadas en cada una de las fases. Para definir estas soluciones, se ha llevado a cabo un estudio en profundidad de las características y requisitos exigidos a este tipo de representaciones virtuales así como de las posibles vías resolutivas, concluyéndose con el establecimiento de tres fases constructivas. La primera fase es la del análisis perceptivo visual. La presente Tesis, tras sintetizar las características que definen a este tipo de entornos así como sus condiciones perceptivas, propone una metodología constructiva que saca el máximo partido de las mismas de una manera hasta ahora no considerada: la creación del entorno mediante el ensamblaje y repetición (instanciación) de un número finito de patrones repetitivos o módulos. Son múltiples las ventajas aportadas por este sistema modular de instanciación: disminución de las labores de modelado, reducción drástica de la memoria de almacenamiento requerida y de los tiempos de carga, facilitación de las tareas de creación y edición de los escenarios. La segunda fase es la generación geométrica y topológica del entorno. El elevado volumen y heterogeneidad de la información a manejar hace necesario el desarrollo de métodos que automaticen el procesamiento de la misma. La presente Tesis desarrolla un sistema consistente en varios criterios de organización, corrección y almacenamiento de la información de partida. Dicho sistema permite por un lado la construcción fácilmente escalable y editable de entornos que cumplan las normativas circulatorias vigentes y por otro lado garantiza un óptimo flujo de la información entre los diversos subsistemas integrantes de la simulación. Flujo que ha sido plasmado en la elaboración de diversos protocolos de comunicación. La tercera fase es la del posicionamiento 3D de la base de datos visual, su jerarquización y optimización escénica. En esta fase, la presente Tesis ha desarrollado una serie de Algoritmos de Posicionamiento modular que garantizan el correcto acoplamiento de los módulos a lo largo de una serie de líneas directrices. Dichas líneas son creadas a partir de la definición de las trayectorias circulatorias, lo que ha permitido a su vez, la definición por parte de esta Tesis de un sistema de niveles de detalle discretos pseudo-variantes con el punto de vista, que permite optimizar la carga geométrica del escenario, mediante la definición en tiempo de precarga de los posibles niveles de detalle de cada módulo en función de su distancia transversal a la trayectoria. Por otro lado, con el fin de potenciar las ventajas de este sistema de instanciación esta Tesis propone el empleo de una serie de shaders que deforman los módulos en tiempo real, lo que permite disminuir el número de módulos necesarios en tiempo de precarga y aumenta la versatilidad constructiva y realismo de los escenarios. Finalmente, esta Tesis organiza todo el escenario en un grafo de la escena (scene graph) que busca minimizar el recorrido del mismo con el fin de maximizar las velocidades de refresco y facilitar las labores de edición de los escenarios. En este punto, la construcción modular del entorno es fundamental para alcanzar dichos objetivos. Todos los planteamientos teóricos expuestos en esta Tesis se han materializado en las correspondientes aplicaciones informáticas que se han validado como herramientas de desarrollo en la creación de grandes entornos virtuales de simuladores actualmente en funcionamiento, como los de Metro de Madrid de las series 7000, 8000, 3000, 9000 y Citadis y en otros experimentales donde también se han implementado los criterios y resultados perceptivos que optimizan estos simuladores