Indoor space- 3D network analysis - Τσιλιάκου, Εύα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, 2016)
Ο σύγχρονος αστικός ιστός διακρίνεται από πολύπλοκες δομές και την πολλαπλή χρήση του χώρου μέσα στον οποίο το εύρος των διαφορετικών Δικαιωμάτων, Υποχρεώσεων και Περιορισμών τέμνει τα αντίστοιχα γεωτεμάχια. Το εύρος των δικαιωμάτων επί της γης απαιτεί σωστές καταγραφές στον τρισδιάστατο χώρο, σύμφωνες με το νομική πλαίσιο της κάθε χώρας. Επιπλέον, οι καταγραφές των δικαιωμάτων πρέπει να υλοποιούνται σε καθεστώς συστηματικής κωδικοποίησης και μοντελοποίησης, αξιοποιώντας πλήρως τις τεχνικές δυνατότητες των τρισδιάστατων απεικονίσεων. Η σωστή απεικόνιση του σύνθετου αστικού ιστού ή της πολυπλοκότητας της πληροφορίας στις τρεις διαστάσεις είναι σχετικά μια δύσκολη και χρονοβόρα διαδικασία και η υλοποίησή της εν γένει είναι ακριβή, τόσο από άποψης μοντελοποίησης όσο και αποτελέσματος στην επαρκή απόδοση και απεικόνιση των χαρακτηριστικών του δομημένου αστικού περιβάλλοντος. Τα παραπάνω περιπλέκονται περαιτέρω όταν αναφερόμαστε στην μοντελοποίηση του εσωτερικού χώρου και στην εννοιολογική αντίληψη των χωρικών σχέσεων μέσα σε αυτόν. Οι χωρικές σχέσεις και οι περιορισμοί μεταξύ των φυσικών αντικειμένων του πολυεπίπεδων αστικών δομών πρέπει να μεταφραστούν και να μοντελοποιηθούν επαρκώς μέσα σε γεωμετρικά και τοπολογικά πλαίσια και πρέπει να ενοποιηθούν σε μια σημασιολογική βάση. Μέσω αυτής της μεθοδικής πορείας μπορεί κανείς εξαρχής να χτίσει εννοιολογικά ένα μοντέλο και εν συνεχεία να το υλοποιήσει μέσω των φυσικών του χαρακτηριστικών, όπως παραδείγματος χάρη συντεταγμένων, υφών κτηρίων, γεωμετριών κτλ. Τι ιδιαιτερότητες προκύπτουν όμως όταν αναφερόμαστε σε εσωτερικούς χώρους και στα στοιχεία τους και τι περιορισμούς πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη κατά τη διαδικασία υλοποίησης ενός τέτοιου μοντέλου. Αρχικά είναι απαραίτητο να αντιληφθεί κανείς εννοιολογικά τι είναι ο εσωτερικός χώρος και τι λειτουργικότητα εμπεριέχει. Οι εσωτερικοί χώροι είναι κατασκευές που έχουν σχεδιαστεί και υλοποιηθεί προκειμένου να στεγάζουν τις διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες (Zlatanova et al, 2014). Ο χώρος εν γένει αποτελείται από επιμέρους χώρους τους οποίους καταλαμβάνουν αντικείμενα και κινητά μέσα(agents), οι οποίοι τελικά δραστηριοποιούνται σε διάφορα επίπεδα μέσα σε αυτούς τους χώρους. Η φύση του χώρου και ειδικά του εσωτερικού χώρου απαιτεί ανάλυση, καθώς η εννοιολογική σύλληψη των επιμέρους χώρων αλλά και των δραστηριοτήτων που εκτελούνται μέσα σε φυσικά όρια κατασκευών, προϋποθέτει την υλοποίηση και αποσαφήνιση της ιεραρχικής δομής λόγου χάρη στο εσωτερικό του κτηρίου. Ο εσωτερικός χώρος διαφέρει σαφέστατα από τον εξωτερικό. Πολλοί ερευνητές υποστηρίζουν ότι οι χώροι αποτελούν τους πιο σημαντικούς τύπους αντικειμένων στον εννοιολογικό σχεδιασμό κτηρίων. Οι εσωτερικοί χώροι ακόμα αναφέρονται μερικές φορές ως μικρής κλίμακας νοητοί χώροι σε αντίθεση με τους εξωτερικούς χώρους που θεωρούνται μεγάλης κλίμακας γεωγραφικοί και απτοί χώροι. Η ανθρώπινη αντίληψη για τον εσωτερικό χώρο είναι ότι αποτελεί έναν κλειστό όγκο, που οριοθετείται από φυσικά σταθερά δομικά στοιχεία (Zlatanova et al., 2014) και συνοδεύεται από σημασιολογικές έννοιες (δωμάτιο, διάδρομος, σκάλες κτλ). Επίσης, οι επιμέρους χώροι που αποτελούν το όλον ενός ορόφου για παράδειγμα, πρέπει να υπακούν σε τοπολογικούς κανόνες, δηλαδή να μην επικαλύπτει ο ένας τον άλλον και οπωσδήποτε δύο υπό-χώροι να μοιράζονται ένα γειτονικό/κοινό στοιχείο (εικονικό ή φυσικό πχ τοίχο). Τα τελευταία χρόνια οι έρευνες επικεντρώνονται στον σημασιολογικό εμπλουτισμό των στοιχείων των εσωτερικών των κτηρίων και έχουν αναπτυχθεί ποικίλες μεθοδολογίες. Ο σημασιολογικός εμπλουτισμός ωστόσο περιορίζεται στα δομικά στοιχεία των κατασκευών και όχι τόσο στα λειτουργικά χαρακτηριστικά και στις χρήσεις των χώρων. Ίσως μελλοντικά οι διαφορετικές ανάγκες σε εφαρμογές δημιουργήσουν λύσεις και καινοτόμες μεθοδολογίες για την επέκταση της σημασιολογικής πληροφορίας στο εσωτερικό των κτηρίων. Οι Zlatanova et al (2013) σημειώνουν ότι προκειμένου να υλοποιηθεί σωστή πλοήγηση μέσα σε ένα κτήριο πρέπει να είναι διαθέσιμο ένα επαρκές 3D μοντέλο του εσωτερικού του κτηρίου, να υπάρχει 3D γεωαναφορά, 3D αλγόριθμοι για τον «υπολογισμό» της πορείας, οδηγίες (σημεία ενδιαφέροντος, Landmarks), οδηγίες (οπτικοποίηση) των διαθέσιμων εναλλακτικών διαδρομών και τελικά διόρθωση/ έλεγχος σε περίπτωση που δεν ακολουθείται η προτεινόμενη διαδρομή. Επιπλέον, υπάρχουν κανόνες και προϋποθέσεις για την σωστή πλοήγηση σε εσωτερικούς χώρους. Παραδείγματος χάρη, οι Isikdag et al (2013) όρισαν κάποιες εννοιολογικές προϋποθέσεις για την υλοποίηση εσωτερικής πλοήγησης, δηλαδή πρέπει να υπάρχει γνώση για την: 1. Σημασιολογική πληροφορία δηλαδή τον ακριβή ορισμό και προσδιορισμό των στοιχείων, ορόφων και χώρων των κτηρίων, καθώς η χρήση τους θα υποστηρίζει καλύτερη πλοήγηση και προσανατολισμό. ix 2. Τα χαρακτηριστικά του κάθε δομικού στοιχείου (πχ το υλικό των τοίχων, η χρήση των θυρών ως έξοδοι) για την υποστήριξη πλοήγησης και καλύτερου προσανατολισμού. 3. Τις λειτουργικές φάσεις των δομικών στοιχείων και των κινούμενων αντικειμένων (δηλαδή μια θύρα μπορεί να είναι ανοιχτή ή κλειστή) και τις διαχρονικές αλλαγές του κτηρίου (δηλαδή χώροι που δεν είναι προσιτοί ή προσπελάσιμοι για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο κτλ). 4. Πληροφορίες για τα δομικά στοιχεία ως προς την τρίτη διάσταση (περιλαμβάνοντας κάθετα στοιχεία όπως κολώνες, τοίχους και σκάλες) για την υποστήριξη πλοήγησης. 5. Τις χωρικές σχέσεις μεταξύ των στοιχείων για την υλοποίηση του δικτύου πλοήγησης. 6.Τα δομικά στοιχεία και οι χώροι να ορίζονται με 3D διαλειτουργικές γεωμετρικές απεικονίσεις, για την εύκολη ανταλλαγή της γεωμετρικής πληροφορίας μεταξύ διαφορετικών εφαρμογών προσανατολισμού και πλοήγησης στον εσωτερικό χώρο. Επιπλέον, οι Brown et al, (2012) εντοπίζουν 15 γενικού χαρακτήρα προϋποθέσεις για τη σωστή πλοήγηση. 1. Ένα οποιοδήποτε εσωτερικό περιβάλλον ή χώρος πρέπει να περιλαμβάνει όλες τις γενικές σημασιολογικές πληροφορίες για ένα συγκεκριμένο κτήριο και να ορίζεται από όλους τους χώρους που ανήκουν μέσα σε αυτό. 2. Οι χώροι που ανήκουν σε ένα εσωτερικό περιβάλλον πρέπει να ορίζονται τόσο σημασιολογικά όσο και γεωμετρικά, με τον προσδιορισμό χωρικών χαρακτηριστικών των «φυσικών χώρων». Ο χώρος στον οποίο επιθυμούμε να γίνει πλοήγηση μπορεί να διατμηθεί για διαφορετικές καταστάσεις μετακίνησης (πεζός ή ποδήλατο). 3. Οι χώροι που ανήκουν σε ένα εσωτερικό περιβάλλον (indoor environment) πρέπει να κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με συγκεκριμένους προκαθορισμένους τύπους χώρου σε σχέση με τον χρήστη, την περίπτωση και τα καθήκοντα που εκτελεί. 4. Όλοι οι χώροι που ανήκουν σε ένα εσωτερικό περιβάλλον θα πρέπει να είναι σε θέση να αποσυντίθεται σε μικρότερα τμήματα χώρου για τον ορισμό των σημείων έναρξης και λήξης για μια διαδρομή και για την επιλογή της καταλληλότερης διαδρομής. 5. Όλοι οι χώροι που ανήκουν σε ένα εσωτερικό περιβάλλον θα πρέπει να είναι σε θέση να επεκταθούν με επιπλέον σημασιολογικές ιδιότητες. 6. Τα διαμερίσματα μέσα σε ένα εσωτερικό περιβάλλον θα πρέπει να εκπροσωπούνται και να συνδέονται με όλους τους χώρους που ανήκουν σε ένα συγκεκριμένο όροφο μέσα σε ένα εσωτερικό περιβάλλον. 7. Όλοι οι εσωτερικοί χώροι και τα επιμέρους μέρη του εσωτερικού χώρου θα πρέπει να είναι σε θέση να γεω-κωδικοποιηθούν. 8. Η αποθήκευση των σημασιολογικών πληροφοριών για τη λειτουργία, τη χρήση και τους επιβαίνοντες ενός εσωτερικού χώρου είναι απαραίτητη λειτουργία. 9. Πρέπει να χρησιμοποιούνται εξειδικευμένοι τύποι εσωτερικού χώρου για τη διαφοροποίηση των επιπέδων της σύνδεσης των εσωτερικών χώρων, δηλαδή μόνο οι χώροι που συνδέουν μεταξύ τους πολλαπλούς χώρους, θα πρέπει να εξεταστούν σε ένα αλγόριθμο δρομολόγησης. 10. Πρέπει να χρησιμοποιούνται εξειδικευμένοι τύποι που συνδέουν το χώρο με συγκεκριμένη σημασιολογία για την κάθετη και οριζόντια μετακίνηση που συνδέει χώρους, καθώς οι κάθετοι χώροι μπορεί να είναι αρκετά περίπλοκοι. 11. Οι χώροι μεταφοράς θα πρέπει να χωρίζονται τόσο σε φυσικούς x (π.χ. πόρτα ή ένα παράθυρο) όσο και εικονικούς/ νοητούς χώρους ανοιγμάτων (π.χ. πύλη ασφαλείας του αερολιμένα) για τους οποίους μπορεί να οριστούν ειδικά χαρακτηριστικά. 12.Τα εμπόδια των εσωτερικών χώρων θα πρέπει να κατηγοριοποιούνται σημασιολογικά ως σταθερά, κινητά και δυναμικά εμπόδια, με φυσικές ιδιότητες που αναπαριστούν τη χωρική έκταση, υποστηρίζοντας τη βαρύτητα, την ανθεκτικότητα, την τρέχουσα κατάσταση και το είδος του σεναρίου. 13. Τα εσωτερικά εμπόδια που έχουν σταθερή θέση πρέπει να έχουν σημασιολογία που να καθορίζει την επιφάνεια του υλικού αλλά και εξειδικευμένη σημασιολογία που να καθορίζει εσωτερικούς και εξωτερικούς τοίχους, πατώματα, ταβάνια, σκάλες, ράμπες και γενικά εξαρτήματα. 14. Τα κινητά εμπόδια εσωτερικών χώρων πρέπει να έχουν σημασιολογία, και εξειδικευμένη σημασιολογία σχετική με παράθυρα, πόρτες, έπιπλα, και κατασκευαστικές εργασίες. 15. Οι πόρτες και τα παράθυρα θα πρέπει να έχουν εξειδικευμένη σημασιολογία που να επιτρέπει τους περιορισμούς που πρέπει να ορίζονται ανάλογα με το είδος, τον μηχανισμό του ανοίγματος, τα επιμέρους τμήματα τους, την κατευθυντικότητα του ανοίγματος, την τρέχουσα κατάσταση, την προσβασιμότητα και τη χρηστικότητα σε σενάρια. Αυτός ήταν και ο στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής, δηλαδή η υλοποίηση διαδρομής και πλοήγησης στο εσωτερικό ενός κτηρίου αξιοποιώντας τεχνολογίες. Για τις ανάγκες της εφαρμογής επιλέχθηκε το κτήριο των επεκτάσεων του Λαμπαδαρίου της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών για το οποίο υπήρχαν διαθέσιμα αρχιτεκτονικά σχέδια. Με βάση αυτά τα σχέδια σχεδιάστηκαν δύο τρισδιάστατα μοντέλα, ένα που περιλαμβάνει το λεπτομερές εξωτερικό περίβλημα του κτηρίου και υλοποιήθηκε σε περιβάλλον CityEngine με CGA κανόνες (δηλαδή μέσω αλγοριθμικής διαδικασίας). Το δεύτερο μοντέλο που αφορά τους εσωτερικούς χώρους, σχεδιάστηκε βάσει των 2D σχεδίων του κτηρίου για κάθε όροφο με εξώθηση στο ArcScene. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκε μια γεωβάση δεδομένων που περιλαμβάνει ένα feature dataset με όλα τα δομικά χαρακτηριστικά του κτηρίου και ένα feature dataset που περιλαμβάνει τα χαρακτηριστικά της διαδρομής/πλοήγησης. Στη συνέχεια δημιουργήθηκε ένα σύνολο δεδομένων δικτύου βάσει των feature classes που περιλαμβάνονται στη βάση δεδομένων και αποτελούν μέρος του μοντέλου πλοήγησης. Το network dataset μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέσω ενός μοντέλου για την εύρεση της καλύτερης διαδρομής μεταξύ δύο διαφορετικών σημείων στο κτήριο. Τα παραπάνω υλοποιήθηκαν σε περιβάλλον ArcScene.