前言

第一章 前言

1-1 研究背景

近年來在三維城市模型方面的研究與日俱增，許多的大城市都已三維模型化且應用 廣泛，如都市計畫、防災、觀光、導航、環境模擬和電信業。三維城市模型中最重要的 一個部份就是三維建築物。傳統上的應用如規畫手機網路或防洪只需要低精度的幾何模 型，著重在分析方面的應用，幾乎不需要語意資訊。但在近幾年旅遊、商業、都市計畫 領域蓬勃發展，需要更精密更細緻的城市模型（Umit et al., 2006）。

三維建模工具和展示平台工具呈百家爭鳴狀態，但商業展示平台多具有獨立性，導 致無法在平台間互相流通，必須制定一個共同的規範使不同商業軟體間的異質資料格式 可以在共同認定的環境中相互交流溝通。

由於建立及維持三維建築模型需要大量的時間及財力，若有一個適當的標準格式可 在不同的軟體平台上來進行資料的交換及共享，便可以大大提升實用價值且應用於更寬 廣的領域。語意模型（Semantic model）則是解決此問題的絕佳方法。

1994 年buildingSmart開始發展工業基礎類別標準（Industry Foundation Classes，

IFC），欲制定一標準來實踐建築資訊模型（Building Information Modeling，BIM）的理 念（buildingSMART, 2009）。2002 年歐洲以德國為首開始發展城市地理標記語言（City Geography Markup Language，CityGML），此為一專門針對虛擬三維城市與景觀模型物 件定義的展示與存取交換格式（CityGML, 2009）。

在最近幾年，大部分的虛擬三維城市模型都是以純圖形或幾何製作，卻忽略語意和 位相方面的表現。這些模型基本上只能用於純視覺方面的用途，並不能滿足主題查詢、

分析和空間資料採擷等方面的需求。由於缺乏再使用性，導致模型應用的範圍受到很大 的限制，於是必須建立一種能夠滿足各種不同應用所需要的資訊的通用建模方法（Kolbe, 2007）。

2

1-2 研究動機與目的

城市中最重要的代表為建築物，而建築物由建築元件所組成，為能在不同平台系統 間分享及流通資訊，城市模型、建築物及建築元件皆需要一套公開的標準，這些標準根 據尺度（Scale）及領域範圍（Scope）不同而有所區別，如圖 1-1 所示。

圖 1-1、根據不同尺度及領域範圍定義之模型語言（KIT, 2009）

在建築工業設計領域（Architecture、Engineering and Construction/Facilities manage- ment， AEC/FM）發展成熟的國際標準IFC，對建築物本身結構有十分詳細的描述及定 義，而歐洲以德國為首所發展出的三維城市國際標準CityGML也日漸成熟，為專門針對 虛擬三維城市與景觀模型物件定義的展示與存取交換格式。

近年來許多有關整合建築資訊模型（Building Information Modeling，BIM）及地理 資訊系統（Geographic Information System，GIS）模型的研究，在建築工業設計領域與 GIS領域的兩大語意模型分別為IFC及CityGML。在這兩大語意模型間的語意轉換框架尚 未被詳細定義，若能建立這兩大模型間的轉換框架便可以節省大量資料蒐集的時間和浪 費的人力及財力（Umit et al., 2006）。

本論文研究目的如下：

1. 釐清BIM與IFC間的關係，了解IFC架構及組成方法。

2. 釐清GML與CityGML間的關係，了解CityGML架構及組成方法。

3. 從IFC中萃取CityGML LOD1-LOD4，四個紋理細緻度（Level of Details，LOD）

所需要的資訊。

4. 建立兩者間轉換對應關係、建立轉換框架。

e.g .

3

1-3 文獻回顧

IFC與CityGML都是開放的標準格式，多用來作為資訊交換的中間產物，且使用一 般文字編輯器即可閱讀。無論在AEC/FM領域或GIS領域的使用者，皆有其原本使用的 軟體，一般不會直接撰寫此兩種格式語言，但使用者還是需要了解此兩種語意模型的結 構、描述建築物資訊的方法，才能有效率的獲取需要的資訊，以供後續應用。

針對三維建築物而言，IFC和CityGML是目前兩大語意模型，若能自IFC萃取出 CityGML四個LOD層級（LOD1-LOD4）所需之資訊，可以避免重複蒐集資料的浪費，

且有利於作後續管理及在GIS領域中的應用（Umit et al.,2006）。為整合AEC/FM領域及 GIS領域，2004 年起buildingSMART與ISO TC211 共同研究將IFC擴充至可提供GIS資 訊，初步透過比較IFC及GML兩格式，找出兩者對應關係（Liebich, 2004）。

Karlsruhe Institute of Technology（KIT）為德國一研究機構，目前正在開發IFC 與CityGML轉換軟體「IfcExplorer」，預期提供IFC與CityGML兩格式互相轉換之功能，

如圖1-2 所示，目前軟體仍在研發中，未向外界正式發佈。

QUASY（Quartierdaten-Managementsystem）則是與CityGML結構相似的語意模型，

與IFC有做初步的類別對應，如圖1-3所示，但缺乏後續發展，僅停留在構想程度（Benner et al., 2005）。

2007年時開放式地理資訊聯盟（Open Geospatial Consortium，OGC）的OWS-4（Web Services, Phase 4）計畫其中一部分為整合CAD（Computer-aided design）、GIS（Geographic Information System）及BIM三大領域。針對IFC與CityGML間的流通轉換提出初步的構 想（OWS-4 CAD/GIS/BIM, 2007）。

4

圖1-2、IFC轉換至CityGML LOD1-LOD4示意圖（Gröger et al., 2008）

圖1-3、QUASY 模型(左)、IFC 與 QUASY 建築元件對應表(右)（Benner et al., 2005）

5

1-4 研究方法

第一部分為BIM介紹，並將IFC分為背景、實體檔案格式組成、幾何模型等進行詳 細闡述。

第二部分為GML介紹，並將CityGML分為背景、實體檔案格式組成、幾何模型等進 行詳細闡述。

第三部分為統整及分析IFC及CityGML的差異。

第四部分為列出進行從IFC萃取CityGML LOD1-LOD4 所需要資訊，建立兩者針對 建築元件之間的對應關係。

1-5 研究範圍與資料來源

本研究之範圍主要針對三維建築物之外觀形狀，著重於從IFC單方向之CityGML LOD1-LOD4 資訊之圖形轉換。

本研究使用之IFC建物模型資料下載自KIT的VR-Systems，以FZK-House、Office Building 及Smiley West 三個模型進行兩種資料格式轉換之對應比較研究，如圖 1-4 所 示。

圖1-4、IFC 模型實例（KIT, 2008）

6

1-6 論文架構

第一章「前言」：研究背景、研究動機與目的、研究方法、論文架構。

第二章「工業基礎類別標準」：介紹BIM及IFC，分為背景、實體檔案格式組成、幾