kaarten en maquettes

In het kort:

In deze post laat ik zien hoe de algemene hoogtekaart nederland (AHN) welke op internet beschikbaar is gebruikt kan worden voor het maken van 3D maquettes. Ik gebruik deze om op een relatief snelle, eenvoudige manier welke minder vraagt van kennis van en toegang tot Gis programma’s. Zo kun je grijswaardekaarten maken welke in 3D programma’s gebruikt kunnen worden voor het maken van 3D modellen van een gebied. Aan het eind van de post staan een aantal links naar voorbewerkte kaarten. Deze kaarten houden rekening met de hoogtes in Nederland en het soort gebruik van (fysieke maquette of digitale rendering)

Aanpak:

Bedenk allereerst goed wat je wilt maken. Een kaart? Maquette? Digitale rendering? Nauwkeurig? Eenmalig? En kies op basis daarvan de beste aanpak mbv onderstaande post.

Intro: De ahn viewer en beschikbare kaartweergaves

Met de AHN viewer kunnen nauwkeurige en actuele hoogtegegevens goed online bekeken worden op internet (ahn.nl). Ook kunnen hiervan kaarten worden gedownload voor verder offline gebruik, bv in een gis programma als Arcgis of Qgis.

De kaarten zijn prima en informatief. Je kunt online voor verschillende weergaven kiezen en voor hoogte maaiveld of hoogte ongefilterd ( inclusief gebouwen, bomen etc). De reliefweergave is ook erg informatief. Voor het maken van een maquette wordt een kleurlegenda gebruikt (standaard color map C, van blauw naar geel) welke niet direct te gebruiken is om in 3D programma’s een 3D model te maken voor gebruik in laser of frees. Hiervoor is een elevation mapping in grijswaarden (van zwart naar wit) nodig om te gebruiken in een cad programma als Rhino3D. Ook de tekst welke in AHN zichtbaar is dient te worden verwijderd. Deze gewenste kleurmodus is niet online standaard te kiezen. Het is echter wel mogelijk deze zelf te maken en de kaart te delen. Dit heb ik voor een aantal kaartweergaves al gedaan zodat het niet nodig is hiervoor zelf op de Esri site aan de slag te gaan.

Dit heb je in AHN (AHN4 ongefilterd, statische schaal):

color ramp C = statisch, kleur van donkerblauw = laag naar rood = hoog

Dit wil je: zwartwit, zonder teksten

dit is een greyscale mapping van -2 tot plus 12 m

Meerdere grayscale kaarten zijn mogelijk.

Onderaan deze post staan een aantal gebruikte kaarten op rij, inclusief de links daar naar toe. De titel van de kaart geeft het bereik aan. Klik ze aan en scroll naar je eigen gebied.

Reliefmaquette stapjes 1 m, laaggelegen gebied ( bv: Zwolle)

Het doel voor mij was hierbij een reliefmaquette maken met stapjes van 1 meter, om deze uit te laseren uit platen piepschuim. In hoogtes boven 12 m (gebouwen ed) was ik niet geinteresseerd, belangrijk was de dijken en laaggelegen gebieden duidelijk te laten zien. Deze platen worden op elkaar geplakt. Dan is dit bereik en verdeling geschikt.

Link: kaart grayscale -2 tot 12 m, stappen van 1m

Open de link, kies het gewenste gebied (scrollen, schuiven). Standaard staat deze op Zwolle. Maak de afbeelding zo groot mogelijk op je scherm en maak er een screendump van. Deze kun je nu direct gebruiken on het 3D programma. Vaak onder een naam als heightfield (Rhino), relief, picture. Vaak is een grootte van pakweg 1000 x 1000 pixels ruim voldoende.

Dit krijg je dan bv. uit Rhino:

heightfield toegepast in Rhino op basis van de screendump van de greyscale kaart -2m tot 12m

Met een contourtracer als in Illustrator of in Lightburn (software voor laseren) is dit makkelijk te gebruiken om vectorcontouren van de hoogtelijn (elke meter een hoogtelijn in dit geval) te maken welke de laser kan gebruiken om een plaat uit te snijden. Hieronder een voorbeeld van een maquette welke op een dergelijke manier is gemaakt. Er is echter gebruik gemaakt van een maaiveld kaart (filtered) waarin de gebouwen niet worden weergegeven. De dijken zijn verder breder gemaakt in de vector tekening omdat deze anders te fragiel zijn om echt water tegen te kunnen houden en kleine onbelangrijke delen ( kleine hoogtes en dalletjes) zijn uit de tekening verwijderd. Toch nog vrij stevig bewerkt, om het doel goed te bereiken van deze maquette.

voorbeeld van een “laagjesmaquette” (hier: ijssel bij zwolle)

Wanneer kaartbladen AHN downloaden, wanneer screendump?

Met Arcgis of (open source-)QGis kun je uiteraard ook prima aan de slag. Daarvoor moet je de AHN bladen downloaden van de ahn site en deze zijn heel nauwkeurig om te zetten naar hoogtekaarten in grijswaarden en bv hoogtelijnen. Maar: dat is vrij veel werk. Een kaartblad is 1000×1250 m groot, dus je hebt er al gauw een paar van nodig. Elk blad moet je verder afzonderlijk downloaden en importeren. Daar ben je wel even zoet mee. En je moet de Gis programma’s kunnen gebruiken, het is de moeite waard ze te leren gebruiken, maar ze zijn niet eenvoudig en intuitief. Voor grotere gebieden waar je vlot wat wilt maken, evt wat minder nauwkeurig (qua resolutie, scherpe contouren van gebouwen) of om het gebied te verkennen kan het zinvol zijn even over de betreffende (greyscale) AHN kaart te zoomen en te scrollen en de schermweergave te grabben op zo groot mogelijke beeldschermweergave. Zogauw je echter die nauwkeurigheid nodig hebt, stap dan over op Qgis of Arcgis. Dat is ook veel beter projectmatig te organiseren en te documenteren

Gebruik van de schaalverdeling van de grijswaarden

Er zijn een aantal schaalverdelingen gemaakt voor de verschillende kaarten. Kies de geschikte. Heb je een te klein bereik dan wordt een deel van je maquette afgetopt, zoals bv de gebouwen in Zwolle boven de 12m. Kies dan een andere schaal. Zeker met gebouwen is een flinke schaal nodig, een beetje gebouw is al gauw 40 m hoog, maar ook als het gebied hoger ligt ( Enschede, Zuid Limburg) moet je de schaal aanpassen.

De gebouwen in Zwolle zijn in deze rendering afgetopt op 12 m hoogte, waardoor de stad een plat uiterlijk krijgt. Bomen ed staan er op. Je ziet in de rendering van Zwolle dat ook de maatschaal (zwart witte lijn) welke in de afbeelding is opgenomen in de screendump. Dat hoeft niet, maar is in wel nodig om de schaal te kunnen bepalen. Daarmee is behoorlijk goed de afmeting van het gebied aan te geven (In geval Zwolle: 1700 x 1300 m). In tegenstelling tot een GIS afbeelding is namelijk de maat niet bekend van de afbeelding welke wordt gegrabt.

Voor mijn doel, laseren van lagen van 3 mm of 10 mm om op elkaar te stapelen, is deze verdeling in stappen van 1 m bruikbaar. Ga ik echter 3D frezen dan wil ik de lagen wel continu hebben, dan komen er geen trapjes in de maquette. Het frezen zelf is echter tijdrovend, stel jezelf dan de vraag of je dan niet beter gelijk met download van de kaartbladen en een gis programma kunt gaan werken.

Gebruik continue schaal, screengrab:

Dan krijg je dit beeld. De trapjes zijn veel kleiner, het grijswaarden beeld van een screeendump heeft 256 stappen, daardoor wordt de resolutie bepaald. De vorm van de daken, bomen , straten komt er uit. Moet het nauwkeuriger gebruik dan de AHN kaarten, die zijn nl 16bits Tiff bestanden, ipv 256 bit grijswaarde en hebben dus een veel groter bereik. De AHN nauwkeurigheid is in de orde van mm.

zwolle 3D, gebied bij haven en marktstraat

Verbetering herkenbaarheid

De nodige spikes en afrondingen van de contouren maken het beeld minder overzichtelijk. Dit vraagt om wat aanpassingen die het leesbaarder maken. Als je daar de satellietfoto als materiaal op projecteert (mapping) krijg je het onderstaande. De herkenbaarheid wordt gelijk veel groter. Een andere manier is de grijswaardenkaart aan te passen, door deze bijvoorbeeld te filteren, kleine details eruit te halen. Dit kan bv in Photoshop met gaussian blur. Let wel op, het resultaat wordt zachter maar verliest dan wel de extremen). Zoek de filtering die je nodig hebt voor je gewenste doel.

3D gerenderd met satellietfoto als materiaal (waterniveau incorrect)

Andere strategieen zoals color mapping

Op zich zijn er ook andere strategieen voor om een (gekleurde of digitale) kaart om te zetten naar een 3D model. Bijvoorbeeld voor gebruik van gekleurde kaarten via een color mapping ( correleren van de kleur naar de hoogte / diepte). Ik heb het al eerder gedaan, via een color mapping met Grasshopper (plugin van Rhino) en deze calibreren adhv een bekende hoogte. Het werkt, maar je hebt dan wel Grasshopper nodig.

Toepassing hiervan: Hieronder een kaart van het Kanaal, met de diepte in kleur. Deze zijn echter niet zo eenvoudig als een AHN lidar kaart te krijgen. Wat is er onder water te zien? Voor veel mensen een onbekende wereld. Een onderwaterkaart kan dus heel interessant zijn, zeker als maquette, dus je zult iets anders moeten proberen als je dat wilt maken. En het kan ook gebruikt worden voor oudere kaarten, waar uberhaupt geen digitale kaarten beschikbaar zijn, bv uit een oude atlas.

Denudation of the continental shelf between Britain and France at the
glacial–interglacial timescale
Claire L. Mellett a, ⁎, David M. Hodgson c,1 , Andrew J. Plater a , Barbara Mauz a , Ian Selby b , Andreas Lang

https://www.researchgate.net/publication/261766952_Denudation_of_the_continental_shelf_between_Britain_and_France_at_the_glacial-interglacial_timescale

Toepassing: windtunnelprofiel maken

We zijn bezig met een project: Urban heating in Enschede. Hier willen we kijken hoe de wind over de stad waait, om urban heating beter te gaan begrijpen rondom de gebouwen.

Er is een windtunnel nodig met ( een deel van) Enschede nodig waar lucht overheen wordt geblazen met wat rook erin, zodat de luchtstromen in beeld komen. We willen dit in Fieldlab (Saxion) gaan gebruiken voor het maken van een model van opwarming en afkoeling van de stad, hittestress in de stad (urban heating). Hierover verschijnt binnenkort waarschijnlijk ook een post.

Dan moeten ook de hoogste gebouwen er op, want die beinvloeden de wind in de zogenaamde grenslaag ( de onderste laag van de atmosfeer, pakweg enkele 100-en meter hoog waar de wrijving met het oppervlak en gebouwen flinke invloed heeft op de luchtbeweging). Het hoogste gebouw in Enschede is de Alfa toren, 101 m boven maaiveld. Het maaiveld ligt rond 43 m bij de Alfa toren, dus de top zit op op 144m boven NAP. Het is mogelijk de extremen van de kaart handmatig aan te passen. Om de kaart ook in andere gebeiden te kunnen gebruiken ( lager liggend maaiveld, bv zwolle) is als ondergrans echter toch 0 m gekozen. De grijswaarden lopen dus van 0m (zwart) tot 150m (wit).

kaart 0-150 m (klik op deze link om zelf een gebied te bekijken en evt te downloaden). Een aantal gebieden vallen er uit: de hoogtes boven 150 m in Zuid Limburg en de laagste delen van NL onder zeeniveau (zijn er vrij veel)

Enschede 0-150 m grayscale rendering met satelliet foto
Enschede 0-150 m, maar nu gerenderd met AHN-4 color ramp welke de hoogte weergeeft.

Hieruit kun je weer de gewenste profielen halen om in een windtunnel te gebruiken. Voor de windtunnel zijn deze voldoende nauwkeurig. Voor bijvoorbeeld kadaster toepassingen zou dit niet goed genoeg zijn.

profiel in Rhino gemaakt

Overigens zijn gebouw profielen ook met AHN viewer uit de kaart te halen (hoogteprofiel tool in AHN) maar helaas wordt bij langere profielenom de een of andere reden alleen het maaiveld weergegeven, de gebouwen komen er niet uit. Tot 500m lijkt het echter wel te werken. Het voordeel is dat de hoogte en afstand goed zijn vastgelegd en het werkt lekker vlot. De locatie (richting, start) van het profiel moet je wel goed vastleggen. Dus ook hier: als je een complexer project hebt, is het de moeite waard tijd te steken in een goed en herbruikbaar model, in dit geval een 3D model van Enschede , ipv de quick and dirty profielen te gebruiken uit het AHN hoogteprofiel

profiel in AHN viewer gemaakt

Zwolle overstromingskaarten

Drie scholieren uit Zwolle zijn voor hun profielwerkstuk bezig een maquette van Zwolle wijk Westenholte te maken. Hier vast een paar voorbeelden gerenderd van het gebied. Ze gaan maatregelen voorstellen en laten zien wat die voor gevolg hebben voor (tegen) de wateroverlast

Zwolle Westenholte maaiveld, hoogte overdreven, met satelliet foto eroverheen geprojecteerd
Zelfde gebied met AHN3 hoogtekaart (maaiveld) zodat de hoogte verschillen goed uitkomen

Universele grijswaarden kaart Nederland:

En als we toch ook Zuid Limburg en de diepste polders willen kunnen vatten is een bereik van -10 (aanritten van tunnels bv) tot 365 (Vaalserberg) nodig. dan kun je deze kaart gebruiken, maar de resolutie is dan 375 / 256 = 1,46 m. Met een praktischer stap (1,5 m/grijswaarde) wordt het bereik -10m tot 374 m:

kaart -10 – 374 m continue, stappen 1,5 m. Deze laat de maaiveld hoogte zien, de gebouwen en bomen zijn er uit gefilterd.

Overzicht kaarten:

Hier nogmaals de verschillende links naar de grayscale kaarten. (klik op details: tabblad content of legenda in de kaart voor meerdere opties of andere kaartindex)

kaart grayscale -2 tot 12 m in 16 stappen van 1 m, ongefilterd (inclusief huizen, bomen etc)

greyscale -2.5 – 32.5m in 16 stappen van 2.5 m, maaiveld en ongefilterd

zwolle laag: greyscale -8 – 17.6 m continue gefilterd en ongefilterd

twente hoog: greyscale 30 – 100 in 16 stappen van 5 m, ongefilterd)

hoogtekaart: -2m tot 40m, greyscale, continue schaal, ongefilterd

hoogtekaart 0-150 m continue schaal , ongefilterd, resolutie 0,6m

hoogtekaart -10 tot 375 m continue, maaiveld, resolutie 1,5 m. binnen deze kaart kun je ook lagen AHN adaptief aan / uit zetten of hoogtelijnen (adaptief) laten zien

aangepast bereik voor eilanden: <-2.5 (donkerblauw) -2.5 – 0; 0 (lichtblauw) – 2.5; 2.5 – 5; 5 – 10; 10 – 20; 20- 30 (geel) >30 (rood)

zuid limburg boven de 150 m