6 Darstellung im 3D-Raum
6.2 Darstellungsarten
6.2.1 Definition von Nutzungsräumen im dreidimensionalen Raum
Ein Nutzungsraum wird im 3D-Raum durch Volumen bzw. Körper definiert, die ihrerseits durch die Punkte auf ihren Begrenzungsflächen definiert werden. Diese Punkte können z.
B. durch kartesische Koordinaten oder durch spezielle Bildungsvorschriften definiert sein.
Bei Körpern mit unregelmäßiger Oberfläche sind eventuell sehr viele Punkte nötig um diesen genau zu beschreiben.
Eine einfache Methode besteht darin, den angestrebten Nutzungsraum mit einem Quader zu umgeben. Hierfür müssen nur 8 Punkte im Raum definiert werden. Der Nachteil be-steht darin, dass das so definierte Volumen erheblich größer sein kann, als der eigentlich genutzte Bereich. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die genutzte Struktur eine stark irreguläre Form hat.
Sehr komplexe Volumen ergeben sich, wenn man beispielsweise zunächst ein genaues dreidimensionales Abbild der genutzten Struktur erstellt und dieses mit einem definierten Puffer umhüllt. Hierbei wird das genutzte Volumen sehr genau beschrieben, dafür müs-sen erheblich mehr Daten verwaltet und dargestellt werden.
Zwischen diesen beiden Varianten sind viele weitere Methoden denkbar, mit denen mehr oder minder komplexe Definitionen der Nutzungsräume möglich sind.
6.2.2 Erstellung und Speicherung von Körpern im 3D-Raum
Bevor ein dreidimensionaler Nutzungsraum visualisiert werden kann, muss er innerhalb einer geeigneten Software erarbeitet und gespeichert werden. Die Erarbeitung erfolgt durch den geologischen Fachexperten in einer entsprechenden Spezialsoftware. Beispiele hierfür sind Surpac Vision ®, goCad ®, Rockworks ® oder Petrel®. Dabei ist zu berücksichti-gen, dass für die Raumplanung keine detaillierten 3D-Eigenschaftsmodelle (bspw.
Lagerstättenmodelle) sondern lediglich Nutzungsräume als dreidimensionale Körper er-arbeitet werden müssen. Der Unterschied besteht darin das in einem
3D-Eigenschaftsmodell auch die räumlich variablen Verteilungen von Eigenschaften (Per-meabilität, Feststoffgehalte, Gehalte unterschiedlicher Fluide, Temperaturen, etc.) enthal-ten sein müssen. Diese räumliche Verteilung der Eigenschafenthal-ten wird häufig mit soge-nannten Blockmodellen (der Raum wird in einer Vielzahl kleiner Quader zerlegt) durch-geführt. Für die Raumplanung ist die räumliche Verteilung der Eigenschaften nicht not-wendig. Vielmehr ist es ausreichend, Mittelwerte für die jeweiligen Eigenschaften anzu-geben.
Vom geologischen Fachexperten werden die sogenannten potenziellen Nutzungsräume für jede mögliche Nutzung erarbeitet und an den Raumplaner übergeben. Diese können teilweise identisch sein oder sich teilweise durchdringen bzw. überlappen. Wie in den vorangegangenen Kapiteln erläutert, sollten diese potenziellen Nutzungsräume neben ihrer räumlichen Lage auch Informationen zur Quantifizierung von Nutzungen (die o. g.
mittleren Parameter) enthalten. Diese werden in einer Datenbank gespeichert.
Damit werden dem Raumplaner die potenziellen Nutzungsräume für die unterschiedli-chen Nutzungen in Form von 3D-Körpern übergeben. Der Raumplaner muss nun im Rahmen des Abwägungsprozesses die Prioritäten der Raumnutzung festlegen. Im Ergeb-nis wird von ihm der unterirdische Raum mit Nutzungsräumen belegt, die sich nun nicht
147
mehr durchdringen dürfen. Dazu kann es notwendig sein, dass die potenziellen Nut-zungsräume für unterschiedliche Nutzungen miteinander verschnitten werden. Dazu muss der Raumplaner ebenfalls mit einer 3D-Software arbeiten. Zumindest sollte er die Möglichkeit haben, die Körper im 3D-Raum zu visualisieren. Eine Reihe von Softwareher-stellern bieten hierzu sogenannte 3D-Explorer (nur Visualisierung möglich, kein Bearbei-ten) an.
Eine ganz besondere Herausforderung stellt die Speicherung von 3D-Daten dar. Jedes der Softwareprodukte, mit denen eine 3D-geologische Modellierung durchgeführt werden kann, bietet selbstverständlich die Möglichkeit, diese Modelle vollständig, d. h. ohne Da-tenverlust zu speichern. Damit ist man jedoch stets an die jeweilige Spezialsoftware ge-bunden. Deshalb gibt es derzeit eine Vielzahl von wissenschaftlichen Arbeiten und For-schungen zu einer plattformunabhängigen Speicherung von 3D-Daten.
Dafür sind klassische GIS-Anwendungen, wie beispielsweise ESRI ArcGIS nur einge-schränkt geeignet, da dieses mit 3D-Daten nicht adäquat umgehen kann. Eine Möglich-keit, die häufig angewendet wird, besteht darin, dieses Problem zu umgehen, indem man die 3D-Körper in Raster umwandelt. Raster sind regelmäßig angeordnete Punktgitter. Die-se Punkte können neben ihrer X- und Y-Koordinate noch zusätzliche Daten enthalten. Für die Beschreibung einfacher Körper könnten dies beispielsweise Oberkante und Mächtig-keit sein. Es handelt sich um ein Verfahren, dass zwar prinzipiell funktioniert, aber in seinen Möglichkeiten sehr eingeschränkt ist. Diese Rasterdaten (manchmal auch als Grids bezeichnet) können in einer GIS-Software bearbeitet und visualisiert werden. Ein wesentli-cher Nachteil besteht darin, dass Verwerfungen und Überschiebungen und andere tekto-nische Elemente nur eingeschränkt oder gar nicht abgebildet werden können. Für ebene Lagerungen ohne tektonische Elemente ist diese Art der Datenspeicherung ausreichend.
Für komplexere geologische Strukturen sind hier Kompromisse notwendig.
Allgemeiner sind deshalb Anwendungen, die Körper über die sie begrenzenden Flächen in Form von Dreiecken mit beliebiger Lage im Raum darstellen. Diese Form wird bei na-hezu allen Anwendungen der virtuellen Realität genutzt. Entweder es werden die Dreie-cke explizit gespeichert oder aber lediglich die Punkte, die den 3D-Körper definieren, und die Regeln, nach denen die Punkte miteinander verbunden sind. Mit der Speicherung der Begrenzungsflächen sind keine Einschränkungen hinsichtlich der Komplexität der geolo-gischen Körper vorhanden und es können beliebig komplexe Körper abgebildet und ge-speichert werden. Hierbei handelt es sich um die Speicherung von Vektordaten. Darüber hinaus können sie auch relativ einfach miteinander oder mit anderen vorhandenen Da-ten in Beziehung gebracht werden. Das heißt, diese Körper lassen sich innerhalb von geo-logischen Modellen, Störungsmodellen oder sonstiger dreidimensionaler Daten darstellen.
Für diese Vektordaten gibt es noch keine allgemein anerkannte bzw. standardisierte Mög-lichkeit der plattformunabhängigen Speicherung.
Mit allen genannten Methoden ist es möglich, Abfragen zum Volumen, Schnittflächen zu geologischen Körpern oder zu Durchdringungen mit anderen Nutzungsräumen durchzu-führen.
Es ist prinzipiell möglich, Nutzungsräume auf zwei Weisen zu visualisieren, zweidimen-sional und dreidimenzweidimen-sional.
148
6.2.3 Zweidimensionale Visualisierung
Bei einer zweidimensionalen Darstellung werden die Nutzungsräume auf eine Fläche pro-jiziert. Diese Fläche kann beispielsweise die Erdoberfläche sein, wie es bei einer klassi-schen topografiklassi-schen Karte der Fall ist. Darüber hinaus sind noch viele andere Projekti-onsflächen möglich. Dies können beispielsweise Tiefenschnitte sein (horizontale Schnitte in einer definierten Tiefe) oder Schnitte, welche einer bestimmten geologischen Struktur folgen. Ein wichtiger Sonderfall sind sogenannte geologische Schnitte, bei denen die Pro-jektionsfläche aus einer oder mehreren üblicherweise vertikalen Flächen besteht, die auf die Blattebene projiziert werden.
Die Darstellung von räumlichen Informationen auf einer zweidimensionalen Fläche ist problembehaftet. Selbst bei einfachen Körpern werden zumindest Informationen über Oberkante und Unterkante bzw. Oberkante und Mächtigkeit (vertikale Dicke) eines Nut-zungsraumes benötigt. Die Darstellung komplexer Körper ist in vielen Fällen nicht mehr möglich, ohne dass die Übersichtlichkeit erheblich leidet. Die stockwerksweise Darstel-lung mehrerer komplexer Nutzungsräume ist entsprechend noch problematischer. Gege-benenfalls sind für eine genaue und eindeutige Darstellung eines Körpers eine Vielzahl von Karten notwendig.
Die Durchführung einer Raumplanung anhand von Potenzialkarten ist grundsätzlich möglich. Mit dieser Vorgehensweise ist es allerdings teilweise schwierig, gegenseitige Durchdringungen von Körpern (eben von unterschiedlichen potenziellen Nutzungsräu-men) insbesondere in vertikaler Richtung zu analysieren.
6.2.4 Dreidimensionale Visualisierung
In einer dreidimensionalen Darstellung werden die definierenden Punkte eines Volumens direkt in einer geeigneten 3D-Software gespeichert und können als Körper, sogenannte Solids, dargestellt werden. Als Solid bezeichnet man allseitig von Flächen begrenzte Vo-lumen. Es ist mit einer solchen 3D-Software möglich, beliebige 3D-Elemente (Nutzungs-räume, Geologische Einheiten, Störungen, Bohrungen etc.) ein- oder auszublenden, zu verschieben, zu drehen oder zu zoomen. Man kann sich auf diese Weise einen sehr guten Überblick über die Lagebeziehungen der 3D-Elemente zu einander verschaffen und ge-zielt bearbeiten.
Hier soll nochmals auf die Ausführungen in Abschnitt 6.2.2 hingewiesen werden. Danach ist zwischen der Erstellung von potenziellen Nutzungsräumen durch den geologischen Fachexperten und der Festlegung von Nutzungsräumen durch den Raumplaner durch Abwägung der unterschiedlichen möglichen Nutzungen gegeneinander, zu unterschei-den. Der geologische Fachexperte benötigt sämtliche verfügbaren geologischen Primär-daten, während der Raumplaner auf der Grundlage der potenziellen Nutzungsräume und der Nutzungen an der Erdoberfläche arbeiten kann.
Das Problem der dreidimensionalen Darstellung mit Hilfe einer 3D-Software besteht da-rin, dass eine eindeutige Visualisierung auf zweidimensionalen Medien (Bildschirm, Kar-ten) kaum möglich ist und dreidimensionale Projektionskonzepte noch nicht zur Verfü-gung stehen. Das bedeutet, dass die Lagebeziehung von Körpern im 3D-Raum mit Hilfe von 3D-Software sehr detailliert geprüft und bearbeitet werden kann. Jedoch werden Ab-bildungen solcher 3D-Elemente in Berichten immer einen illustrativen Charakter haben.
149