
%\title{Interoperability for 3D Geodata}
\title{Interop\'erabilit\'e pour les donn\'ees g\'eospatiales 3D}
%\subtitle{Experiences with CityGML and OGC Web Services}
\subtitle{Exp\'erimentations avec CityGML et les services web OGC}
%\author{Hans Plum and Dr. Markus Lupp}
\author{par Hans Plum et Dr. Markus Lupp, traduit par Dr. Thierry Badard}

\maketitle

%\section{Summary}
\section{R\'esum\'e}
\label{sec:summary}
%Storage, processing and visualization of 3D geodata are an important
%subject in the GIS world even before the leading search engine
%introduced its globe viewer. Usage of standards of the Open Geospatial
%Consortium (OGC) open up new possibilities for combination and usage of
%3D geodata. First practical experiences show promising results.
Le stockage, le traitement et la visualisation de donn\'ees g\'eospatiales 3D \'etaient d\'ej\`a un sujet important dans le domaine des SIG m\^eme bien avant que le moteur de recherche num\'ero un introduise son globe virtuel. L'utilisation des recommandations de l'Open Geospatial Consortium (OGC) offre de nouvelles possibilit\'es de combiner et utiliser des donn\'ees g\'eospatiales 3D. Les r\'esultats obtenus \`a l'issu de premi\`eres exp\'erimentations semblent prometteurs.

\section{Introduction}
\label{sec:introduction}
%Processing and visualization of 3D geodata became a common subject
%during the last years. Some indicators for this are the number of
%offered software solutions but also the amount of interest for the
%development of CityGML. CityGML is a GML{}-based exchange format for
%three dimensional digital city models, that is already implemented in a
%number of software products. With the definition of CityGML and
%application of OGC Web Services for access to and visualization of 3D
%geodata the areas of 3D geodata processing and Spatial Data
%Infrastructures (SDI) are converging.
Traiter et visualiser des donn\'ees g\'eospatiales 3D est devenu quelque chose de commun ces derni\`eres ann\'ees. Le nombre de solutions logicielles offertes t\'emoigne de cet engouement ainsi que de l'int\'er\^et pour le d\'eveloppement de CityGML. CitGML est un format d'\'echange bas\'e sur GML, d\'edi\'e \`a l'\'echange de mod\`eles num\'eriques tridimensionnels de ville et qui est d\'ej\`a mis en oeuvre dans nombre de logiciels. Avec la d\'efinition de CityGML et l'implantation de services web OGC pour permettre l'acc\`es et la visualisation de donn\'ees g\'eospatiales 3D, une convergence entre les domaines du traitement des donn\'ees g\'eospatiales 3D et des infrastructures de donn\'ees spatiales s'op\`ere. 

%This article is discussing solutions that were realized using technology
%from the deegree project. The mentioned projects are: ``Storage and
%administration of 3D city models for the cities of Bonn, Berlin and
%Hamburg'', ``Visualization of digital terrain models for the Federal
%Agency for Cartography and Geodesy of Germany'', ``Realization of a
%transactional CityGML WFS for the Open Geospatial Consortium''
%are outlined.
Cet article traite de solutions s'appuyant sur la technologie issue du projet deegree. Ces solutions concernent ``le stockage et l'administration de mod\`eles tridimensionnels de ville pour Bonn, Berlin et Hambourg'', ``la visualisation de mod\`eles num\'eriques de terrain pour l'Agence F\'ed\'erale de Cartographie et de G\'eod\'esie d'Allemagne'', ``la r\'ealisation d'un WFS CityGML transactionnel pour l'Open Geospatial Consortium'' et seront pr\'esent\'ees ici.


%\section{OGC-Standards with relevance for 3D}
\section{Les recommandations OGC pertinentes vis-\`a-vis de la 3D}
\label{sec:ogc-relevance-3D}
%A number of discussion papers and specifications of the OGC are of
%importance for 3D geodata handling. In particular these are CityGML as
%data model and exchange format, Web Feature Service and Web Coverage
%Service for data access and Web Terrain Service and Web 3D Service
%respectively for visualization purposes.
Plusieurs sp\'ecifications et propositions de l'OGC sont d'importance pour la manipulation de donn\'ees g\'eospatiales 3D. On pense ici \`a CityGML en tant que mod\`ele de donn\'ees et format d'\'echange, aux WFS et WCS (Web Feature Service et Web Coverage Service) pour l'acc\`es aux donn\'ees et aux services WTS (Web Terrain Service) et W3DS (Web 3D Service) pour des fins de visualisation.

%\subsection{City Geography Markup Language (CityGML)}
\subsection{City Geography Markup Language (CityGML)}
\label{subsec:citygml}
%CityGML defines a semantic object model for 3D objects in urban areas.
%It is a GML application schema that is it model objects of an
%application domain using constructs of the Geography Markup Language. In
%this aspect CityGML is a semantic model as well as an exchange format.
CityGML propose un mod\`ele pour d\'efinir des objets 3D dans des zones urbaines. Il s'agit d'un sch\'ema d'application GML, au sens o\`u il permet la mod\'elisation d'objets d'un domaine d'application en s'appuyant sur les structures mises \`a disposition par le Geography Markup Language. De ce fait, CityGML peut \^etre consid\'er\'e \`a la fois comme un mod\`ele s\'emantique et comme un format d'\'echange. 

%CityGML is so far mainly developed by a working group of the SDI
%initiative of Northrhine-Westfalia, although members from all over
%Germany are part of this group. In version 0.3 CityGML was introduced
%into the OGC and published as a discussion paper \citep{groeger:2006}. 
%CityGML 1.0 will in short time become an 
%official OGC Best Practice paper.
CityGML fut jusqu'ici principalement d\'evelopp\'e par un groupe de travail issu de l'initiative sur les infrastructures de donn\'ees spatiales de la Rh\'enanie-du-Nord-Westphalie, bien que les membres de ce groupe de travail proviennent de toute l'Allemagne. CityGML fut introduit \`a l'OGC dans sa version 0.3 et fut publi\'e en tant que proposition \citep{groeger:2006}. CityGML devint en un cours laps de temps une recommandation officielle de l'OGC.

%\subsection{Web Feature Service}
\subsection{Web Feature Service}
\label{subsec:wfs}

%A Web Feature Service (WFS, \cite{vretanos:2004a} allows to query
%geodata modeled in GML. Filter Encoding \cite{vretanos:2004b}, an
%SQL-like language encoded in XML is used to query a WFS. A WFS that
%allows not only to read, but also write access (create, update and
%delete) is called a transactional WFS (WFS-T).
Un service d'acc\`es aux entit\'es g\'eospatiales par le web ou Web Feature Service (WFS, \cite{vretanos:2004a}) permet d'interroger des donn\'ees g\'eospatiales encod\'ees en GML. La sp\'ecification OGC pour l'encodage de filtres (Filter Encoding, \cite{vretanos:2004b}) est un langage XML permettant d'adresser des requ\^etes \`a un WFS d'une fa\c{c}on analogue \`a ce que le langage SQL permet. Un WFS qui rend possible non seulement la lecture des donn\'ees mais aussi l'acc\`es en \'ecriture (cr\'eation, mise \`a jour et suppression d'entit\'es) est qualifi\'e de WFS transactionnel (WFS-T).

%WFS is an official OGC-standard in the current version 1.1.0. A WFS
%implementing this 1.1.0 specification has to support GML 3.1.1 -- the
%same version that is the base for CityGML. It is therefore possible to
%use a WFS as a data access layer to CityGML.
WFS est une recommandation officielle de l'OGC et est actuellement dans sa version 1.1.0. Un WFS mettant en oeuvre cette version de la sp\'ecification se doit de supporter l'encodage des entit\'es g\'eospatiales en GML 3.1.1 -- la m\^eme version qui sert de base \`a CityGML. Il est ainsi possible d'utiliser un WFS comme une couche d'acc\`es \`a des donn\'ees CityGML.


%\subsection{Web Coverage Service}
\subsection{Web Coverage Service}
\label{subsec:wcs}

%A Web Coverage Service (WCS, \cite{evans:2003} allows to access all
%kinds of data that is modeled ``field{}-based'', e.g. Raster{}- or
%TIN{}-based. Examples of such data are those created by remote sensing
%or digital terrain models. In the context of 3D SDI a WCS can be used
%to access terrain models. WCS is an official OGC standard with the
%current version 1.1.0.
Un service d'acc\`es aux donn\'ees g\'eospatiales de couverture par le web ou Web Coverage Service (WCS, \cite{evans:2003}) rend possible l'acc\`es \`a toutes sortes de donn\'ees en mode maill\'e, ex. des donn\'ees raster ou des TINs. Des exemples de telles donn\'ees sont celles produites par des processus de t\'el\'ed\'etection ou provenant de mod\`eles num\'eriques de terrain. Dans le contexte d'une infrastructure de donn\'ees spatiales 3D, un WCS peut \^etre utilis\'e pour acc\'eder \`a des mod\`eles de terrain. WCS est une recommandation officielle de l'OGC et est actuellement dans sa version 1.1.0. 

%\subsection{ Web Terrain Service}
\subsection{ Web Terrain Service}
\label{subsec:wts}
%A Web Terrain Service (WTS), still in OGC discussion paper status,
%generates Views of 3D scenes. In contrast to a WMS that creates 2D
%visualizations, an image depicting 3D data is generated.
Un Web Terrain Service (WTS), dont les sp\'ecifications sont toujours \`a l'\'etat d'une proposition soumise \`a discussion, g\'en\`ere des vues de sc\`enes 3D. Au contraire d'un WMS qui cr\'ee des visualisations de donn\'ees 2D, un WTS g\'en\`ere une image repr\'esentant des donn\'ees 3D.

%Unfortunately, the development of the WTS specification advances rather
%slow. The current draft version bears the name ``Web Perspective View
%Service'' (WPVS) to express that the service is able to depict 3D
%objects besides ``Terrain''.
Malheureusement, le d\'eveloppement de la sp\'ecification WTS avance plut\^ot lentement. La version actuelle des sp\'ecifications pr\'eliminaires porte le nom de ``Web Perspective View Service'' (WPVS) pour exprimer le fait que ce service est en mesure de repr\'esenter des objets 3D en plus du ``Terrain''.

\begin{figure*}[htbp]
   \centering
   \includegraphics[width=0.6\textwidth]{./proceedings/plum/wpvs_utah.jpg}
   %\caption{Visualization of terrain and buildings using deegree WTS/WPVS}
   \caption{Visualisation du terrain et des b\^atiments en utilisant le WTS/WPVS de deegree}
   \label{fig:wpvs_utah}
\end{figure*}


%Figure~\ref{fig:wpvs_utah} shows the result of a GetView{}-request. A
%digital terrain model is depicted that is textured with aerial 
%photographs. On top of the terrain a number of buildings are displayed 
%(one of them transparently).
La figure~\ref{fig:wpvs_utah} illustre le r\'esultat produit par une requ\^ete GetView. Un mod\`ele num\'erique de terrain est affich\'e et textur\'e \`a l'aide de photographies a\'eriennes. Un certain nombre de b\^atiments sont affich\'es par dessus le terrain (l'un d'entre eux de fa\c{c}on transparente).

%WPVS creates presentations of 3D objects. The most important operation
%of this service is GetView which returns static pictures of 3D
%landscapes. The GetView operation can be seen as an extension to the
%GetMap operation of WMS. In comparison to GetMap, GetView defines
%additional parameters allowing to specify a 3D scene. Among these
%parameters are a rotation angle and the azimuth of the depicted scene.
%As the result of a GetView operation is a (static) image; it is not
%possible to navigate directly through the scene. A WPVS client is
%therefore in comparison with real 3D viewers not very interactive, but
%can be implemented as a web application using DHTML without the need
%for browser plug{}-ins. Another advantage is that such a simple and
%web{}-based 3D client can easily be integrated with other web{}-client
%software, like e.g. WMS{}-based portals.
WPVS cr\'ee des pr\'esentations d'objets 3D. L'op\'eration la plus important de ce service est GetView, qui retourne une image statique de paysages 3D. Cette op\'eration peut donc \^etre vue comme une extension de la m\'ethode GetMap de WMS. Compar\'ee avec cette derni\`ere, GetView d\'efinit des param\`etres additionnels permettant de sp\'ecifier la sc\`ene 3D. Parmi ceux-ci, on compte l'angle de rotation et l'azimut de la sc\`ene \`a afficher. L'image produite en retour par GetView est statique, il n'est pas possible de naviguer directement au travers de la sc\`ene. Un client WPVS est donc, compar\'e avec de v\'eritables visualisateurs 3D, assez peu interactif mais peut \^etre mis en oeuvre sous la forme d'une application web reposant simplement sur DHTML et ayant nul besoin de recourir \`a des plugins. Un tel client web 3D en plus d'\^etre simple pr\'esente l'avantage suppl\'ementaire d'\^etre facilement int\'egrable avec un autre logiciel client bas\'e sur le web, comme par exemple les portails WMS.

%The challenge when creating a WPVS client is to hide the complexity of a
%GetView request behind an easy to use graphical user interface, that
%allows navigation in 3D space.
Le d\'efi lorsque l'on cr\'ee un client WPVS est de cacher la complexit\'e d'une requ\^ete GetView derri\`ere une interface graphique utilisateur intuitive et facile d'usage, qui permet la navigation dans des espaces 3D.

%\section{Use cases}
\section{Cas d'utilisation}
\label{sec:usecases}
%To support the projects mentioned in the introduction, the following use
%cases have to be supported.
De fa\c{c}on \`a rendre possible les projets mentionn\'es en introduction, les cas d'utilisation suivants doivent \^etre support\'es.

%\subsection{Storage of digital city models}
\subsection{Stockage de mod\`eles num\'eriques de ville}
\label{subsec:storage}
%Digital city models are often created using CAD systems and stored in
%CAD file formats. This results in a number of disadvantages. It is not
%possible to easily select parts of the city model or to organize
%updates. Because of this reason, organizations who own such city models
%need homogeneous data that best is stored in a database.
Les mod\`eles num\'eriques de ville sont souvent cr\'e\'es dans des syst\`emes de DAO et stock\'es dans des formats propres \`a ceux-ci. Cela pose un certain nombre de probl\`emes. Il n'est pas facilement possible de s\'electionner des parties du mod\`ele ou d'organiser les mises \`a jour. Pour cette raison, les organisations qui d\'etiennent de tels mod\`eles requi\`erent des donn\'ees homog\`enes, pour lesquelles un stockage dans une base de donn\'ee est la meilleure solution.

%To support this use case it is necessary to store CityGML in a {--} most
%likely relational {--} database. For access to this database a WFS is
%the obvious choice, CityGML can then directly be inserted and pulled
%out of the database.
Pour mettre en oeuvre ce cas d'utilisation, il est alors n\'ecessaire de stocker les documents CityGML dans une base de donn\'ees {--} le plus probablement relationnelle. Pour acc\'eder \`a la base de donn\'ees, un WFS est un choix \'evident. De cette fa\c{c}on, les documents CityGML peuvent \^etre directement ins\'er\'es ou extraits de la base de donn\'ees.

%To control the access to the WFS it is necessary to use an access control
%mechanism. In the mentioned projects components of deegree iGeoSecurity
%are used for this.
Pour restreindre l'acc\`es au WFS, il est n\'ecessaire d'utiliser un m\'ecanisme de contr\^ole des acc\`es. Dans les projets mentionn\'es dans cet article, des composants de deegree iGeoSecurity ont \'et\'e utilis\'es \`a cette fin.

%\subsection{Web Visualization}
\subsection{Visualisation Web}
\label{subsec:web-visualization}
%The advantage of 3D geodata is mostly to be found in its possibilities
%on visualization. Application areas are support of urban planning
%processes and navigation. In the context of planning processes, 3D
%geo{}-visualizations allow to display the consequences of planned
%projects before they are realized.
Les possibilit\'es de visualisation offertes par les donn\'ees g\'eospatiales 3D constituent leur principal int\'er\^et. Les domaines d'application sont le support \`a l'am\'enagement urbain ou la navigation. Dans le contexte des processus de planification, les g\'eo{}-visualisations 3D permettent de voir les impacts potentiels de certains projets avant qu'ils ne soient r\'ealis\'es.

%Tourist information systems can also benefit from 3D visualization.
%Recognition of landmarks or navigation can be enhanced. Great potential
%also lies in the coupling of classical 2D maps with 3D scene
%visualizations.
Les syst\`emes d'information \`a destination des touristes peuvent \'egalement tirer partie de la visualisation 3D. La reconnaissance de points de rep\`ere ou la navigation peuvent ainsi \^etre am\'elior\'ees. Le couplage de cartes classiques en 2D avec des visualisations de sc\`ene en 3D pr\'esente \'egalement un grand int\'er\^et.

%For marketing purposes of the data itself, terrain and city models are
%displayed on the Internet. The potential of the data is shown in this
%way.
Pour des fins marketing concernant les donn\'ees elles-m\^emes, on peut voir sur Internet des mod\`eles num\'eriques de terrain et de ville. Le potentiel des donn\'ees est ainsi d\'emontr\'e.

%\section{Architecture of a 3D SDI}
\section{Architecture d'une infrastructure de donn\'ees spatiales 3D}
\label{sec:architecture-3D-sdi}
%In the following, the architecture of 3D SDIs realized by deegree will be
%described (c.f. figure~\ref{fig:architecture-3D-sdi}).
Dans les paragraphes suivants, l'architecture d'une infrastructure de donn\'ees spatiales 3D s'appuyant sur deegree sera d\'ecrite (c.f. figure~\ref{fig:architecture-3D-sdi}).

\begin{figure*}[htbp]
   \centering
   \includegraphics[width=0.5\textwidth]{./proceedings/plum/architecture-3D-sdi.jpg}
   %\caption{Architecture of a 3D SDI}
   \caption{Architecture d'une infrastructure de donn\'ees spatiales 3D}
   \label{fig:architecture-3D-sdi}
\end{figure*}


%The building information models will be kept in a spatial enabled
%database, e.g. PostGIS or Oracle Spatial. A transactional WFS (WFS{}-T)
%supports the access for reading and writing of the city models. In
%order to control the information flow, especially transactions against
%the WFS, a owsProxy is used to protect the building information against
%unauthorized access. The editing component {--} mostly a CAD system
%{--} accesses the data via owsProxy and WFS.
Les mod\`eles de b\^atiments sont stock\'es dans un syst\`eme de gestion de bases de donn\'ees spatiales, ex. PostGIS ou Oracle Spatial. Un WFS transactionnel (WFS{}-T) permet l'acc\`es en lecture et en \'ecriture aux mod\`eles de ville. De fa\c{c}on \`a contr\^oler le flux d'informations, et particuli\`erement les transactions adress\'ees au WFS, un proxy OWS (OGC Web Service) est utilis\'e pour pr\'emunir les informations sur le b\^ati contre les acc\`es non autoris\'es. Le composant d'\'edition {--} principalement un syst\`eme de DAO {--} acc\`ede aux donn\'ees via le proxy OWS et le WFS.

%Digital elevation data can also be saved in a geodatabase. Especially
%for TINs or points.
%Alternatively, raster data can be saved in the filesystem. In order to support a fast access
%method the mechanisms described above have to be used. Accessing
%digital terrain data in raster format are provided by a WCS. Getting
%the according terrain model while rendering a city model is easily
%done through the Web Coverage Service. 
Les donn\'ees num\'eriques d'\'el\'evation peuvent \'egalement \^etre entrepos\'ees dans une base de donn\'ees spatiales, tout particuli\`erement s'il s'agit de TINs ou de points.
Les donn\'ees rasters peuvent \^etre quant \`a elles, sauv\'ees sur le syst\`eme de fichier. Afin de permettre une m\'ethode d'acc\`es rapide, les m\'ecanismes d\'ecrits ci-dessus sont \`a privil\'egier. L'acc\`es aux donn\'ees num\'eriques de terrain en format raster est fourni par un WCS. Tandis qu'un mod\`ele de ville est repr\'esent\'e, le Web Coverage Service facilite l'acc\`es aux mod\`eles num\'eriques de terrain correspondants. 

%On the right hand side of figure \ref{fig:architecture-3D-sdi} the visualization process is shown.
%deegree{}-WPVS accesses the data out of the geodatabase. Furthermore,
%it is possible to integrate external WFS{}- or WCS{}-services.
%Textures like ortho imagery or maps for navigation are also needed. Via
%a WMS these kind of data can be integrated. A web{}-based WPVS{}-Client
%provides a graphical user interface that can be used in web browsers.
Sur le c\^ot\'e droit de la figure \ref{fig:architecture-3D-sdi}, le processus de visualisation est illustr\'e. Le WPVS de deegree acc\`ede aux donn\'ees et les extrait de la base de donn\'ees spatiales. En outre, il est possible d'int\'egrer des services WFS ou WCS externes. Les donn\'ees de texture telles que des ortho-photos ou des cartes pour la navigation sont aussi requises. Via un WMS, ce type de donn\'ees peut \^etre int\'egr\'e. Un client web WPVS fournit une interface graphique utilisateur qui peut \^etre utilis\'ee dans les navigateurs web.

%\section{Conclusion}
\section{Conclusion}
%The development of CityGML defines an important step towards 3D SDIs.
%The experiences using deegree components for development of such
%systems that were made in a number of projects are promising. They show
%that it is already possible to create 3D SDIs using Open Source
%software.
Le d\'eveloppement de CityGML repr\'esente une \'etape importante pour la constitution d'infrastructures de donn\'ees spatiales 3D. Les exp\'erimentations faites avec les composants du projet deegree dans de nombreux projets semblent prometteuses. Elles montrent qu'il est d\'ej\`a possible de cr\'eer des infrastructures de donn\'ees spatiales 3D avec des composants open source.

%The mentioned components are available via 
%\href{http://www.deegree.org/}{www.deegree.org}. At the time of
%writing the RC1 for WPVS (including a client), WFS and WCS are
%available as easily installable WAR archives.
Les composants logiciels mentionn\'es sont disponibles \`a \href{http://www.deegree.org/}{www.deegree.org}. Au moment de l'\'ecriture de cet article, la version RC1 des WPVS (incluant un client), WFS et WCS \'etaient disponibles sous la forme d'archives WAR facilement d\'eployables.

\begin{footnotesize}
\begin{thebibliography}{99}

\bibitem[Gr\"oger et al. et~al. (2006)]{groeger:2006} 
Gr\"oger, G., T. Kolbe and A. Czerwinski (2006)
\newblock City Geography Markup Language. OGC project document 06-057r1.
\newblock {\em \url{https://portal.opengeospatial.org/files/?artifact\_id=16675}}.

\bibitem[Vretanos (2004)]{vretanos:2004a} 
Vretanos, P.A. (2004)
\newblock OpenGIS Web Feature Service Implementation Specification Version 1.1.0. OpenGIS Project Document 04-094.
\newblock {\em \url{http://www.opengis.org/specs/?page=specs}}.

\bibitem[Vretanos (2004)]{vretanos:2004b} 
Vretanos, P.A. (2004)
\newblock OpenGIS Filter Encoding Specification Version 1.1.0. OpenGIS Project Document 04-095.
\newblock {\em \url{http://www.opengis.org/specs/?page=specs}}.

\bibitem[Evans (2003)]{evans:2003} 
Evans, J. (2003)
\newblock OpenGIS Web Coverage Service Specification Version 1.0.0. OpenGIS Project Document 03-065r6.
\newblock {\em \url{http://www.opengis.org/specs/?page=specs}}.

\end{thebibliography}
\end{footnotesize}


\address{Hans Plum, Dr. Markus Lupp\\
  lat/lon GmbH, Bonn, Germany\\
  \url{http://www.lat-lon.de}\\
  \email{plum|lupp AT lat-lon.de}}

