Creating Immersive Virtual Environments Based on Open Geospatial Data and Game Engines

Abstract

Modern game engines like Unity allow users to create realistic 3D environments containing terrains as well as natural and artificial objects easily and swiftly. In addition, recent advances of game engine capabilities enable effortless implementation of virtual reality (VR) compatibility. 3D environments created with VR compatibility can be experienced from an egocentric and stereoscopic perspective that surpasses the immersion of the ‘classical’ screen-based perception of 3D environments. Not only game developers benefit from the possibilities provided by game engines. The ability to use geospatial data to shape virtual 3D environments opens a multitude of possibilities for geographic applications, such as construction planning, spatial hazard simulations or representation of historical places. The multi-perspective, multimodal reconstruction of three-dimensional space based on game engine technology today supports the possibility of linking different approaches of geographic work more closely. Free geospatial data that can be used for spatial reconstructions is provided by numerous national and regional official institutions. However, the file format of these data sources is not standardized and game engines only support a limited number of file formats. Therefore, format transformation is usually required to apply geospatial data to virtual 3D environments. This paper presents several workflows to apply digital elevation data and 3D city model data from OpenStreetMap and the Open.NRW initiative to Unity-based 3D environments. Advantages and disadvantages of different sources of geospatial data are discussed. In addition, implementation of VR compatibility is described. Finally, benefits of immersive VR implementation and characteristics of current VR hardware are discussed in the context of specific geographic application scenarios.

Zusammenfassung

Moderne Spiel-Engines, wie zum Beispiel Unity, ermöglichen es Nutzern realistische 3D-Umgebungen, die sowohl Terrains, als auch natürliche und künstliche Objekte enthalten, einfach und schnell zu erstellen. Zusätzlich ermöglichen die jüngsten Fortschritte von Game-Engine-Funktionen die mühelose Implementierung von Virtual Reality (VR)-Kompatibilität. VR-kompatible 3D-Umgebungen können aus einer egozentrischen und stereoskopischen Perspektive erlebt werden, die die Immersion der „klassischen“ bildschirmbasierten Wahrnehmung von 3D-Umgebungen übertrifft. Nicht nur Spieleentwickler profitieren von den Möglichkeiten der Spiel-Engines. Die Möglichkeit, Geodaten zur Gestaltung virtueller 3D-Umgebungen zu verwenden, eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten für geografische Anwendungen wie Bauplanung, räumliche Gefahrensimulationen oder die Darstellung historischer Orte. Die multiperspektivische, multimodale Rekonstruktion des dreidimensionalen Raums auf der Grundlage der Game-Engine-Technologie ermöglicht es heute verschiedene Ansätze der geografischen Arbeit enger miteinander zu verknüpfen. Kostenlose Geodaten, die für räumliche Rekonstruktionen verwendet werden können, werden von zahlreichen nationalen und regionalen öffentlichen Institutionen bereitgestellt. Die Dateiformate dieser Datenquellen sind jedoch nicht standardisiert und Spiel-Engines unterstützen nur eine begrenzte Anzahl von Dateiformaten. Daher ist normalerweise eine Transformation der Dateiformate erforderlich, um Geodaten in virtuelle 3D-Umgebungen zu übertragen. In diesem Artikel werden verschiedene Workflows zum Anwenden digitaler Höhenmodelldaten und 3D-Gebäudemodelldaten von OpenStreetMap (OSM) und der Open.NRW-Initiative auf Unity-basierte 3D-Umgebungen vorgestellt und die Vor- und Nachteile verschiedener Geodatenquellen erörtert. Zusätzlich wird die Implementierung der VR-Kompatibilität beschrieben. Zum Abschluss werden die Vorteile einer immersiven VR-Implementierung und die Eigenschaften aktueller VR-Hardware im Kontext spezifischer geografischer Anwendungsszenarien erörtert.