Визуализация данных OpenStreetMap в 3D налету с помощью Unity3D

    Предыстория


    image
    Некоторое время назад, в связи с наличием свободного времени, я задумался над применением карт для решения каких-либо интересных и нестандартных задач. Одна из идей, которая меня заинтересовала, была идея применения карт для рендеринга мира в игровом движке c возможностью интерактивного взаимодействия: разрушения Макдональдсов в выбранном городе, локальный апокалипсис у соседей в огороде и тому подобные приятные, но только в случае виртуального мира, мелочи.
    Однако несмотря на примитивность идеи, не было найдено каких-то готовых решений под сформулированные мной условия:
    • Открытый исходный код
    • Реал тайм рендеринг мира в игровом движке
    • Поддержка основных платформ (mobile, web, desktop)
    • Желательно C# как основной язык разработки


    Конечно, идея рендеринга карт в 3D абсолютно не нова и есть готовые решения как с открытым кодом, так и проприетарные (ни в коем случае не претендую на полный список):

    Как правило, подобные решения используют OpenStreetMap данные для рендеринга мира в 3D, т.к. данная возможность в картах есть и активно развивается. Также огромным плюсом OSM является возможность скачать полный дамп данных всей планеты или какой-то определенной части/города (например geofabrik или metro-extracts), притом без жестких лицензионных ограничений.

    ActionStreetMap


    Таким образом, решено было начать разрабатывать свой проект с нуля под названием ActionStreetMap, что, по идее, должно напоминать о природе исходных данных и способе их использования. В качестве игрового движка был выбран Unity3d, что абсолютно неудивительно из-за последнего условия (язык разработки C#) и развитого сообщества, поскольку это первый мой опыт в области разработки игр.
    image
    Проект стартовал больше года назад и находится в активной стадии разработки, даже несмотря на то, что я по-прежнему единственный разработчик. Ниже перечислены основные возможности, которые реализованы на текущий момент:
    • Flat shading стиль
    • Рендеринг основных объектов OSM (здания, дороги, заборы, деревья, реки, парки, POI...)
    • Использование SRTM данных для создания карты высот
    • Автозагрузка карт с сервера OSM и SRTM данных с сервера NASA
    • Оффлайн карты (поддерживается импорт из основных форматов данных OSM – pbf, xml, o5m)
    • Поддержка примитивного поиска мест в оффлайн режиме
    • Поддержка модификации некоторых объектов (экспериментальная возможность)
    • Асинхронная загрузка всего и всея (с использованием Reactive Extensions)
    • Возможность кастомизации

    На первом и последнем пунктах хотелось бы остановиться по-подробнее, несмотря на то, что я не ставлю цели описать внутреннее устройство реализации проекта в данной статье.

    Flat shading


    После экспериментов с текстурами зданий и unity terrain было решено отказаться от попытки срендерить «правдоподобный» город. Причины тривиальны:
    • Отсутствие реальных данных о фасадах зданий и других объектах (текстура хрущевки на фасаде Рейхстага смотрится забавно поначалу, но со временем начинает напрягать..)
    • Производительность

    В результате был выбран подход «с треугольниками», хотя возможность срендерить что-то свое в другом стиле по-прежнему присутствует.

    Кастомизация


    При знакомстве с OSM картами, меня заинтересовала идея применения CSS подобного языка для описания какие объекты должно быть срендерины и как. В результате, подобный подход с некоторыми особенностями был использован и в ASM. Например, здания частично определяются следующими правилами:
    area[building]                      { builder: building;  height:12; min_height: 0; levels: 5; fill-color:gradient(#c0c0c0, #a9a9a9 50%, #808080); facade-builder:empty; material:Materials/Buildings/Building; }
    area[building:levels]               { height: eval(num(tag('building:levels')) * num(3.2)); }
    area[min_height]                    { min_height: eval(num(tag('min_height'))); }
    area[building:height]               { height: eval(num(tag('building:height'))); }
    area[building:height][roof:height]  { height: eval(num(tag('building:height')) - num(tag('roof:height'))); }
    area[building:cladding=brick]       { fill-color:gradient(#0fff96, #0cc775 50%, #066139); }
    area[roof:material=brick]           { roof-color:gradient(#0fff96, #0cc775 50%, #066139); }
    

    Этот подход убрал логику парсинга правил из C# классов, а в сочетании с Composition Root и Dependency Injection паттернами, используемыми в проекте, сильно упростил задачу кастомизации рендеринга OSM объектов и добавил возможность создания «тем» (например, зимняя, летняя тема и т.п.), которые можно менять без перекомпиляции исходного кода.

    Исходники


    В настоящий момент доступны исходники демо проекта в Unity Editor, а также web build с небольшой частью карты Москвы.
    Сам фреймворк пока не на github, но при заинтересованности unity сообщества в его развитии может быть опубликован.
    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 17

      0
      А 3D-модели тоже можно с OSM скачать?
        0
        В OSM данных нет 3D моделей. Все объекты строятся из простеших примитивов — node (точка), полилиния (way) + группа примитивов (relation). Эти примитивы имеют специфичные тэги, как, например, высота (height), высота над землей (min_height), для зданий тип крыши (dome, mansard, gabled,..) и т.п. Таким образом можно построить достаточно сложные модели (см демо билд с Кремлем).
          0
          А где можно раздобыть сами модели? Есть какой-то открытый источник или пришлось это всё ваять руками?
            0
            Да, можно сказать, что пришлось «все ваять руками»: вот, как пример, из чего состоит Храм Василия Блаженного.

            По поводу самих моделей не могу ничего сказать точно. Вроде, некоторую полезную информацию можно найти здесь и здесь.
            0
            Строго говоря, кое-какие модели там все же имеются. Иногда — достаточно грубые, иногда — весьма детальные (учитывая, что OSM для этого не особенно-то и предназначен).


              0
              А где на втором примере модель?
                0
                Здание с секциями переменной этажности крупным планом в центре. Во всяком случае, это не в меньшей степени «модель», чем то, что видно на третьем примере.
                Это все весьма условно можно называть моделями, как уже сказано выше — здания могут быть составлены из сечений путем экструзии и смещения относительно нулевого уровня, не более того (ну плюс еще разные формы крыши).
                  0
                  На третьем примере видна труба с дымом, а также дома с треугольной крышей. Последние, конечно, могут быть автоматически созданы на основе атрибутов, но это всё же не просто поднятое основание :)
                    0
                    Дома с треугольной крышей строятся по атрибутам, которые описывают крышу (тип, угол, ориентация относительно здания). Трубы (как и теплообменники ТЭЦ) — экструзия основания (когда оно есть) с учетом типа объекта. Это фича конкретного способа визуализации.
                    0
                    Я так понимаю, что под моделью понимался файл (obj, fdx и т.п.), который можно открыть с помощью Blender, 3D Studio Max, Unity Editor и т.п., чтобы реиспользовать его в других приложениях без необходимости обработки «сырых» OSM данных.

                    В OSM сложные объекты составлены из примитивных объектов в своем «формате» и скачивание, например, xml с описанием только определенного здания, в целом, бесполезно — нужно писать свой конвертер в известный формат, если есть необходимость редактировать или визуализировать в популярных программах.

                    Скриншоты выше, похоже, из f4map. Насколько я понимаю, у них для определенных OSM объектов (труба, памятник, стадион) заготовлены 3D модели (либо они их генерируют налету). Но это специфика визуализации данных конкретного проекта.
                      0
                      Вы неправильно понимаете. Модель — это любое описание геометрии, более подробное чем bounding box или проекция на горизонтальную плоскость. Так что модель — это не обязательно данные в принятом трехмерном формате.
                      В f4map действительно есть встроенные модели в вашем понимании этого термина — например, краны, которые этот визуализатор ставит на территориях, которые отмечены как строительные площадки. Но многое другое строится по куда более подробным описаниям. См., например, Останкинскую телебашню.
            0
            Очень интересный проект, так как я работаю с 3D ГИС в Unity, для меня было только мечтой интеграция OSM или Google earth, но теперь вижу, что все иначе. Спасибо автору. Как вы планируете развивать проект?
              0
              И кстати в демо проекте столкнулся со следующей ошибкой компилятора:
              Internal compiler error. See the console log for more information. output was:
              Internal compiler error. See the console log for more information. output was:
              Unhandled Exception: System.Reflection.ReflectionTypeLoadException: The classes in the module cannot be loaded.

              at (wrapper managed-to-native) System.Reflection.Assembly:GetTypes (bool)

              at System.Reflection.Assembly.GetTypes () [0x00000] in :0

              at Mono.CSharp.RootNamespace.ComputeNamespaces (System.Reflection.Assembly assembly, System.Type extensionType) [0x00000] in :0

              at Mono.CSharp.RootNamespace.ComputeNamespace (Mono.CSharp.CompilerContext ctx, System.Type extensionType) [0x00000] in :0

              at Mono.CSharp.GlobalRootNamespace.ComputeNamespaces (Mono.CSharp.CompilerContext ctx) [0x00000] in :0

              at Mono.CSharp.Driver.LoadReferences () [0x00000] in :0

              at Mono.CSharp.Driver.Compile () [0x00000] in :0

              at Mono.CSharp.Driver.Main (System.String[] args) [0x00000] in :0

              Что я мог сделать не так?
                0
                Возможно, проблема в версии Unity? Я использую 5.0.1f
                Дело в том, что сами библиотеки ASM собраны в Visual Studio с помощью компилятора от Microsoft, с добавлением UnityEngine.dll в зависимости. Данный подход очень сильно ускоряет разработку, позволяет тестировать логику вне контекста Unity процесса и использовать встроенный в VS профайлер…
                Но вот такие ошибки возможны при попытке собрать проект в другой среде.
                  0
                  Спасибо, действительно в Unity 5 все работает отлично! Вы не планируете вовлечь в разработку сторонних разработчиков? Создать сообщество?
                    0
                    На самом деле, было бы неплохо. Главная проблема здесь, что это требует огромного приложения сил, особенно в начале (необходимо подготовить исходники хоть минимально, объяснить основные принципы), а т.к. проект разрабатывается в свободное от работы время, то с «силами» бывают проблемы.
                    Однако, сообщество заинтересованных людей может достигнуть чего-то большего :)

                0
                Сейчас я работаю над добавлением простейшего UI, чтобы продемонстрировать некоторые скрытые возможности (например, можно использовать не только оффлайн карты, но и тянуть данные с сервера osm по мере надобности небольшими порциями; reverse geocoding с помощью nominatim; импорт карт с pbf, o5m, xml форматов).

                Следующий шаг — исправление ошибок и улучшение рендеринга зданий (иногда здания «врастают» в землю либо висят над ней) и других объектов. А также генерация специфичных объектов для разных POI (разные типы деревьев, модель фонтана, памятника, светофора и т.п. вместо текущей модели куба с текстурой).

                Далее: мне сильно не нравится как проработана сама сцена — освещение, использование самого примитивного vertex шейдера. Все это необходимо сильно улучшать, чтобы сделать результат поприличние (как ориентир — PolyWorld проект для Unity). К сожалению, пока у меня нет необходимых знаний, как это сделать.

                Ну и где-то затем можно подумать об добавлении AI и поддержки мультиплейера…

                Вообщем, хватает, что делать на годы вперед :)

              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.