Die Klasse feldbasierter Ansätze zur Repräsentation räumlicher Daten in Geo-Informationssystemen betrachtet diese Geo-Informationen als Ansammlung von Ausprägungen in räumlichen Feldern. Diese können als mathematische Funktionen aufgefaßt werden, welche von einem räumlichen Bezugsrahmen in eine Attributdomäne führen. Ein räumlicher Bezugsrahmen stellt hierbei die Partition der gegebenen Region dar.
Ein Beispiel hierfür ist etwa ein reguläres Raster, das über ein idealisiertes Modell der Erdoberfläche gelegt wird und in der jede Rasterzelle unabhängig mit Attributwerten belegt werden kann. Auf diese Weise können dann geometrische Objekte innerhalb des Rasters dargestellt werden. Umgekehrt kann das repräsentierte geometrische Objekt durch eine Klassifikation der Inhalte der einzelnen Rasterzellen erkannt und wieder zusammengesetzt werden.
In dieser als Rastermodell bekannten Repräsentationsmethode
räumlicher Objekte gibt es demnach keine expliziten Informationen
über deren Geometrie oder Topologie
.
Attributwerten bleiben fließende Übergänge verwehrt, sie
müssen innerhalb der Rasterzellen gemittelt werden, da diese
die kleinsten Informationspakete darstellen. Sie sind zudem
voneinander unabhängig und haben keinerlei Bezug zu ihren
Nachbarzellen. Der einzige Weg zur Erkennung von Geometrien liegt
also darin, thematisch verwandte Zellen zu aggregieren.
Einige topologische Merkmale sind in diesem Modell jedoch leicht ableitbar, wie z.B. die Fragen nach Zusammenhangskomponenten oder Nachbarschaftseigenschaften, die lokal berechnet werden können. Rasteroperationen sind zudem sehr einfach durchzuführen, weshalb die Addition/Differenz von - in dieser Repräsentation vorliegenden - Flächen keine Probleme verursacht. Zu beachten ist allerdings, daß die maximale Auflösung der Darstellung an die Größe der Rasterzellen gekoppelt ist und somit ein trade off zwischen dem Speicherverbrauch und der Darstellungsgenauigkeit der Objekte existiert. Aus diesem Grund ist also mit Ungenauigkeiten in der Modellierung zu rechnen, die jedoch durch erhöhten Speicheraufwand verringert werden können.
Hohe Genauigkeit bei relativ geringem Speicheraufwand liegt
andererseits den Repräsentationsmodellen zugrunde, welche auf
dem Objektansatz basieren. Diese zerlegen den zu betrachtenden
Raum in unterscheidbare, relevante und aussagekräftige
Objekte oder Entitäten (wie etwa ein Haus).
Sie werden als ganzes mit Attributen belegt, die wiederum
geometrischer Natur sein können (z.B. Grundriß) oder
alphanumerische Daten enthalten (Besitzer, Adresse, Baujahr).
Es wird also von einer Objektdomäne ausgegangen, welche erst
durch die räumliche Referenzierung der beschreibenden
Attribute die räumliche Einbettung instanziiert und somit
den zugrundeliegenden Raum charakterisiert.
Man kann also sagen, daß die Modellierung in diesem Ansatz
den entgegengesetzten Weg zum feldbasierten Modell geht,
in der die Funktion des räumlichen Feldes vom Bezugsrahmen
in die Attributdomäne führt (vgl. Abb. 2.3).
In einer objektbasierten Modellierung des Raumes ist es zudem möglich, das Konzept der Vererbung einfließen zu lassen, indem minimale Grundkonstrukte (sogenannte Primitive) herausgestellt werden, an denen sich die Repräsentation von komplexeren Objekten orientiert. Ihre geometrische Struktur wird so übernommen und adäquat ergänzt. Auf diese Art und Weise kann es zu einer kompletten Vererbungshierarchie kommen, bei der z.B. das allgemeine räumliche Objekt an oberster Stelle steht und von der Modellierungsseite her als eine disjunkte Vereinigung der Objekttypen punktförmiges und ausgedehntes Objekt angesehen werden kann. Ausgedehnte Objekte können wiederum 1-, 2- oder 3-dimensional sein und 1-dimensionale Objekte beispielsweise ihrerseits in die Klassen Kante oder Kurve fallen.
Ausgangspunkt im Objektmodell sind also keine Felder, die Geo-Daten in Bezug auf einen räumlichen Rahmen approximieren, es sind vielmehr die Objekte selbst, die als ganzes modelliert werden und keinerlei Zerlegung unterliegen.
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Abb. 2.3: Komplementäre Sichtweisen von Feld- und Objektansatz
Der einfachste Vertreter objektbasierter Modellierung ist die
Spaghetti-Datenstruktur, in der (2D-)Objekte wie Linien
und Flächen ausschließlich durch Listen von Punkten
repräsentiert werden, welche entweder die Stützpunkte der
jeweiligen Linie darstellen oder aber den Rand einer Fläche
erzeugen. Topologische Zusammenhänge werden so jedoch kaum
modelliert - es ist nur möglich, benachbarte Objekte zu
erkennen, da sie einen gemeinsamen Punkt in ihrer Liste haben.
Andere dieser sogenannten Vektormodelle repräsentieren die zugrundeliegende Topologie der modellierten Objekte auf viel direkterem Wege und in weit größerem Umfang. So z.B. die NAA- und die DCEL-Repräsentation ([Wor97]), in denen die Nachbarschaften von Kanten und Flächen explizit ausgeprägt sind und ohne Berechnungsumwege zur Verfügung stehen.
Eine große Stärke der Repräsentationsmethode der simplizialen Komplexe, die im nächten Abschnitt eingeführt werden soll, ist ebenfalls der hohe topologische Darstellungsanteil. Sie gehört zwar in die Klasse objektbasierter Modelle, repräsentiert also geometrische Objekte als eine Einheit, setzt diese jedoch aus minimalen Primitiven (Simplexen) zusammen und kann demnach wahlweise das ganze Objekt oder auch einzelne Felder in dessen Innerem mit Attributen belegen.