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Rheinische Friedrich-Wilhelms- Universität Bonn, Institut für Informatik III Integration of 3D Geoscientific Visualisation Tools with help of a Geo-Database Kernel S. Shumilov , Dr. M. Breunig, Department of Computer Science III, University of Bonn, Germany http://www.geo.cs.uni-bonn.de/

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Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn,Institut für Informatik III

Integration of 3D Geoscientific Visualisation Tools

with help of a Geo-Database Kernel

S. Shumilov, Dr. M. Breunig,

Department of Computer Science III,University of Bonn, Germany

http://www.geo.cs.uni-bonn.de/

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Presentation Overview

Motivation Case Study Approach Evaluation Summary

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The Problem

“closed” applications proprietary data exchange formats obscure data semantics no reuse due to poor documentation

heterogeneous isolated tools

tool 2

tool 3

tool 1

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Requirements

Heterogeneity technical level (DBMS, hardware, operating systems, …) logical level (data formats, standards, semantics, …)

Distribution transparent network access to various information sources location independent cooperative work maintain advantages of decentralized data storage

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Case Study

Geological Geophysical

IGMASGOCAD

3D Model

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The Differences

IGMASGOCAD

Berlin,

Sun Solaris,

Fortran,

Geophysical

Bonn,

SGI IRIX,

C++,

Geological

?

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Integration of Data Models

Concurrent access to the

common spatial data

IGMASGOCAD

a geometric3D kernel -

- an integrated geological-geophysical extension of 3D kernel

Geological Geophysical

GeoToolKit

GeoStore

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GeoToolKit Object Model

SpatialObject(SO)

methods:contains(SO):BOOLintersection(SO):SOdistance(SO):REALclone():SO

Space(S)

methods:insert(SO)remove(SO)retrieve(BB):Sadd_index(AM)

AccessMethod(AM)

methods:insert(SO)remove(SO)retrieve(BB):Set<SO>BoundingBox(BB)

methods:contains(BB):BOOLintersection(BB):BB

Tetrahedron

TetraNet

Volume

Box

Triangle

TriangNet

Surface

Plane

Segment

PolyLine

Curve

Line

Point

Group

R*Tree OctTree

User-Defined Access Methods

User-Defined Spatial Objects

AccessMethodClass Hierarchy

SpatialObjectClass Hierarchy

GeoToolKit Kernel

0D 1D 2D 3D

representational data type

inheritance

1:1 relationship

1:n relationship

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GeoStore Object Model

Geometric GeoToolKit Kernel

Geological - Geophysical extension

VolumeSurface ClosedSurf

getVolume()

getSurf()

Stratum

Domain

Block

StratSurface

PropSurface

FaultSurface

GhostSurface

Solid

{2+,}

{2+,}

{ time = const }

{ property = const }

(to the Stratum)

attributes:timepropertyblock

{ block = const }

1:1 relationshipinheritance aggregationC++ class 1:n relationship function relation

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Integration of Platforms

IGMASGOCAD

GeoToolKit

GeoStore

Remote multiplatform

access

Common spatial data

Berlin,

Sun Solaris,

Fortran

Bonn,

SGI IRIX,

C++

CORBA

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ObjectStore/CORBA Integration

GeoStore

transient mediator

CORBA

Geo-Applications

CORBA-Client

GeoToolKitpersistent object

Adapter

„proxy“ object

GOCAD

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XDA - An Integration Framework

eXtensible Database Adapter -

a framework for ObjectStore/

CORBA integration

SpatialObjectAdapter -an extension of XDA for GeoStore/GeoToolKit

GeoStore

transient mediator

CORBA

GeoToolKit

persistent object

XDA SODA

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Functionality ofeXtendable Database Adapter

ORB Control of Binding

Object reference generation

Support for Up-Down Calls

Client’s IDL interface

Intelligent automatic

Mediator’s Activation and

Deactivation

Transactions control

Clustering of database objects

ObjectStore

MEDIATOR -

XDA

BOA

ObjectStore API

SODA

remote interaction

transient CORBA object

persistent ObjectStore objects

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Usage of transactions

XDA_Adapter_var xda;XDA_Transaction_var tr1, tr2, tr3;

... // connect to the adapter and open a database

op1 (); // default mode - implicit transactionop2 (); // management by the XDA

// explicit transaction management by the clienttr1 = xda->begin_transaction (XDA_Transaction::update); op3 (); op4 ();tr1->commit_destory();

// nested transactiontr2 = xda->begin_transaction(XDA_Transaction::update); op5 (); tr3 = xda->begin_transaction (XDA_Transaction::read_only); op6 (); op7 (); tr3->abort_destroy (); // abort of transaction op8 ();tr2->commit_destroy ();

boundariesof open transactions

?

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Advantages from CORBA/OODBMS integration

Independence from concrete platform, programming environment and concrete database system makes the data accessible for arbitrary remote applications manage complex object relations in understandable manner

Applications can manipulate with persistent objects directly in the database reduces network traffic of data keeps clients thin makes data concurrently available improves data consistency

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Evaluation Application

Project Participants: Geological 3D Modelling

A. Siehl, R. SeidemannDept. of Geology, University of Bonn

Gravity and Magnetic 3D ModellingH.-J. Götze, S. SchmidtDept. of Geophysics, FU Berlin

Dataset: Geotectonic Atlas of NW Germany

(Kockel et al. 1996)

Sponsor agenda: Deutsche Forschung Gemeinschaft (DFG) and BGR

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The Goal

GeoStore

Remote access to common spatial

data model

Geological Geophysical3D modeling and visualization tools

GOCAD IGMAS

Construction of consistent geological 3D model duringiterative process of geoscientific 3D modeling in different geological and geophysical tools

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Developed 3D-GIS architecture

C++interface

Platform: Solaris

ObjectStore

IDLinterface

C++interface

CORBA serversGeoToolKit/

GeoStore

SODAXDA

Object Request Broker (ORB)

Platforms: SGI / Solaris / Windows NT

Fortran/CORBA Library

IGMAS extension

C / Fortraninterface

GOCAD extension

CORBA clients

GOCAD

IGMAS

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Geological 3D Model

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GOCAD - CORBA export

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3D Solid Model In GeoStore

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R*Tree access method in GeoStore

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IGMAS 3D gravity model

W-E trending cross section of the IGMAS 3D gravity model, cutting through the study area with the geological 3D model included

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CORBA - GOCAD import

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Corrected Geological 3D model

05

10km

kru

su+sm

BückeburgStadthagen

jm

ju

Weser

Salt dome

so + m

k

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Consistency Control in GeoStore

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Results

Kockel, F. et al., Geotektonischer Atlas von Nordwest-Deutschland und dem deutschen Nordsee-Sektor - Digital, Hannover, 1999. http://www.bgr.de/

BGR

3D perspective view of the horizon “Buntsandstein”

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Advantages of Integration

Improves consistency of 3D Models

Allows working on parts of large 3D models

Extends the set of usable geo-scientific tools

Provides openness and reusability of the data and methods

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Developed Technologies

GeoToolKit -a generic geometric 3D database kernel

GeoStore -an integrated geological-geophysical extension

eXtensible Database Adapter -a framework for ObjectStore/CORBA integration

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Future Development

A distributed interoperable infrastructure is achievable in our opinion, but needs to be completely dynamic and extensible

Generic semantic models based on meta-information could improve flexibility of the system

Intelligent access and mediation methods to distributed persistent storages can speed-up system’s performance

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GeoClient

Communication Infrastructure

IGMAS

GOCAD

VRML

GeoServer GeoStore

GeoToolKit

Bus

3D/4D Database

Intelligent Bus Management,Metadata Services,Pool of Client’s Components

Platform-independentExtensible Client-Integrator

DistributedGeoscientificTools andApplications

Communication Infrastructure

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Integration of Applications

Bus

GeoClient

IGMAS

GOCAD

VRMLIntegrated Components

GeoServer

Pool of Client’s Components

Dynamically Extensible Client

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Integration of Data Sources

Mediators

Bus

Geoscientific Tools and Applications

Adapter

GeoClient

GOCAD

3D/4D Database

Open Data Sources

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3D-GIS Integration Architecture

GeoClient

GOCAD

GeoStore

GeoToolKit

Bus

3D/4D Database

New Database

Adapter Adapter

Geoscientific Tools and Applications

GeoServer

IGMAS ?

?

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Contact information

Department of Computer Science III,University of Bonn, Germanyhttp://www.geo.cs.uni-bonn.de/

GeoToolKithttp://www.geo.cs.uni-bonn.de/software/geotoolkit

XDAhttp://www.cs.uni-bonn.de/~shumilov/research/oda

Sergey [email protected]