Skip to content

Van game tot globe: Hoe 3D-engines de wereld veroveren

Waarom een geo-engine de echte hoofdrolspeler is

3D-technologie is allang niet meer het exclusieve domein van gamers die nachten doorhalen met races en monsters. Dezelfde technologie wordt nu ingezet voor toepassingen in de ‘echte wereld’: van slimme steden tot luchtverkeersleiding. Maar hoe kan een engine die ooit bedoeld was om virtuele werelden tot leven te brengen, ineens cruciaal zijn voor grote geospatiale projecten? In dit artikel duiken we in de opvallende verschillen tussen geo-engines en game-engines. Want als het draait om nauwkeurigheid, schaal en betrouwbaarheid, dan blijkt een geo-engine zoals Luciad in een totaal andere klasse te opereren.

meer over 3D visualisatie

De kracht van een game-engine

Game-engines, zoals Unity, Unreal en Godot, zijn gebouwd voor een maximum aan interactie, spektakel en snelheid. Ze ondersteunen allerlei visuele effecten, physics en scripting die spelers onderdompelen in een meeslepende ervaring. Van dynamische belichting tot ragdoll-physics: alles is erop gericht om de verbeelding tot leven te brengen.

Bovendien is de community rondom game-engines indrukwekkend. Tutorials, plug-ins en voorbeelden zijn makkelijk te vinden. Of je nu een simpel platformspel bouwt of een hyperrealistische racegame, de basis staat klaar. Klinkt ideaal, toch?

Maar wat als je die engine inzet voor iets heel anders dan een epische quest? Bijvoorbeeld om een complete stad te simuleren, met real-time verkeer en geografisch nauwkeurige kaartprojecties. Red je dat dan met een engine die niet oorspronkelijk daarvoor ontworpen is?

Demo screenshot van een live-rendering van fotorealistisch landschap in Unity. 

Geo-engine: wereld in de hoofdrol

Een geo-engine, zoals bijvoorbeeld Luciad, zet niet de game, maar de echte wereld centraal. De software is geoptimaliseerd voor het verwerken van enorme hoeveelheden geospatial data, van vectorbestanden en satellietbeelden tot live datastromen van sensoren en dronebeelden. Waar game-engines vooral zinnen op visueel spektakel binnen een afgebakende scene en focussen op een deel van de kaart, pakt een geo-engine het fundamenteel anders aan:

Geen willekeurige “x, y, z” maar het Rijksdriehoekstelsel (RD) of WGS84, UTM en andere projecties die je nodig hebt om lokale én wereldwijde kaarten te combineren.

Line-of-sight, hoogteprofielen en meettools zijn standaard beschikbaar, zonder dat je in de code hoeft te duiken voor wiskundige kunstjes. 

Of je nu één wijk of een heel continent visualiseert, een geo-engine kan die schaal aan en voorkomt dat je project onder de hoeveelheid data bezwijkt.

De geo-engine is software die speciaal is ontworpen voor grote organisaties om complexe en grootschalige processen te ondersteunen. Het gaat meestal om robuuste, schaalbare, veilige systemen. De geo-engine is geoptimaliseerd om eenvoudig te integreren in elke architectuur.

Een geo-engine staat voor betrouwbaarheid en precisie. Niet echt de snufjes waar een gamer op zit te wachten, maar wel essentieel als je beslissingen neemt op basis van je visualisaties – denk daarbij aan infrastructuurplanning, veiligheidsmonitoring of rampenbestrijding.

Visualisatie van flatgebouwen in HxDR.
Hexagon Luciad BIM Model inzage van gebouwen binnen in een stad.
Weergave van BIM Model in Luciad.

"Voor partijen die kiezen voor bijvoorbeeld Unity, zullen tegen beperkingen aanlopen dat ze de relevante (geo) plugins niet ‘client-sided’ in de browser kunnen visualiseren."

Corné Helmons

Een kijkje in de praktijk

We spraken met Joris Schouteden, R&D Director bij Luciad/Hexagon, om meer inzicht te krijgen in de technologische kant van een dedicated geo-engine. Hij werkt al jaren aan de implementatie en integratie van Luciad producten binnen de Hexagon portfolio en geeft ons een kijkje in de wereld van geospatiale data, real-time streaming en coördinatentransformaties.

Wat zijn volgens jou de grootste technische uitdagingen bij het verwerken van omvangrijke geospatial datasets in 3D?

“Alles heeft zijn waarde en zijn plaats”, begint Joris. “Een belangrijke ontwikkeling die wij de laatste tijd zien is dat er veel hybride oplossingen toegepast worden. Wij werken nu samen met Nvidia om op verschillende niveau’s reality capture, digital twins en real-world models te visualiseren. Wat we dan merken is dat de typische formaten waar de geospatial wereld mee werkt lastig zijn te verwerken in grote schaal in game-engines.”

Joris gaat verder: “Voor kleinere scenes, zoals bijvoorbeeld een klant van ons vraagt om een stadshuis te visualiseren met een hoge mate van details en visual-fidelity, hebben wij de overweging om die 3D-scènes met fotogrammetrie of point-cloud meshes te maken. En dan kunnen we daar real-time ray-tracing op toepassen. Maar wil je daar meer mee doen, zoals bijvoorbeeld sensor data inzetten en allerlei vector data bij toevoegen, wordt het een stuk moeilijker. Technisch is het wel mogelijk om dat in een game engine voor elkaar te krijgen, maar dat is niet makkelijk.”

“Visuals zijn niet onbelangrijk, maar niet het belangrijkste. Vanuit de geospatiale kant proberen we natuurlijk PBR (Physically Based Rendering) -shading en processing aspects te visualiseren. Schaduwanalyse is iets wat wel voorkomt in onze wereld, maar ray-tracing is niet in zo’n mate relevant.”

Vanuit de gemeentepraktijk

Ook Corné Helmons, Advisor Digital Twin, GeoBIM en standaardisatie bij HCI Infra BV, ziet de verschillen. Hij begeleidde digital twin projecten voor onder andere de gemeente Rotterdam en Den Haag. En deelde zijn visie van de toepassing van het werk dat hij doet met een game-engine:

“De grootste technische uitdagingen waar wij tegenaan lopen hebben vooral te maken met de nauwkeurigheid van onze data. Met name dat de geo-referenties goed staan en bijgehouden worden. Wij hebben een training gevolgd voor het gebruik van een game-engine. Dat werkt als een tierelier,” vertelt hij met een glimlach op zijn gezicht.

Corné denkt even na en vervolgt: “Wel merken wij dat er beperkingen binnen de schaalbaarheid in de dataverwerking zijn.” Daarom heb ik de directie uitgedaagd om  samenwerkingen aan te gaan met andere partijen die ons hierbij kunnen helpen, zoals IMAGEM, waar we contact mee kregen tijdens onze reis naar het Smart City EXPO event in Barcelona.” 

Waarom een geo-engine het verschil maakt

Waarom zou je dan niet gewoon zelf een game-engine aanpassen? Theoretisch kan het, maar je eindigt al snel met een Frankenstein-constructie vol ‘workarounds’. Een paar voordelen van een dedicated geo-engine op een rij:

Bespaar aanzienlijk op ontwikkeltijd

Met een geo-engine hoef je niet eindeloos te knutselen aan coördinaten-transformaties, integraties met GIS-platformen of real-time streaming, ze zijn ingebouwd in de software.

Betere performance bij grote datasets

Game-engines lopen vast bij gigantische hoeveelheden dynamische geo-informatie. Geo-engines zijn erop gebouwd om moeiteloos door te zoomen van continenten tot stadsniveau.

Professionele betrouwbaarheid

Geo-engines worden gebruikt in defensie, overheden, luchtvaart en veiligheidstoepassingen. Ze ondergaan strenge tests en ondersteunen industrie standaarden, zodat je data-nauwkeurigheid gewaarborgd is.

Makkelijker onderhoud en support

Koppel je aan een bestaand geo-ecosysteem, dan kun je rekenen op gespecialiseerde hulp en updates. Je bent niet afhankelijk van game-engine ‘workarounds’, generieke plug-ins en hobbyprojecten.

Bij een gespecialiseerde 3D geo-engine (zoals Luciad) zit alle functionaliteit kant-en-klaar in de doos: je voegt geo-data toe en het systeem weet hoe het moet worden geprojecteerd, hoe je zoomniveaus en lagen beheert, en hoe je real-time GIS-analyses doet. Je bent dus niet voortdurend zelf aan het uitvinden hoe je dat voor elkaar krijgt. Wat hier meteen opvalt, is dat de engine niet alleen rekenkracht nodig heeft, maar ook slim moet kunnen omgaan met verschillende kaartprojecties. Dit bevestigt het unieke karakter van een geo-engine ten opzichte van een algemene game-engine.

Welke technische aanpassingen zijn vereist om deze engine te integreren met bestaande GIS-infrastructuur, of om nieuwe databronnen aan te sluiten?

Corné: “Nou, dat is dus de kern van waar wij bij de gemeente Rotterdam nu tegen aanlopen. Hoe ik het voor mij zie is dat er via het Open Urban Platform (OUP) een grote bak data op elkaar aangesloten wordt, waarbij we allemaal dezelfde referenties, BIM-modellen en datasets kunnen afstemmen. Zodat het dus niet meer uitmaakt dat we met Unreal of met Luciad werken, maar dat we ervan op aan kunnen dat de gegevens accuraat zijn, of in ieder geval acceptabel voor het project waar we aan werken. Het doel moet het resultaat zijn, niet de weg ernaartoe.

Vooralsnog hebben wij met ons platform gericht op een visualisatie zonder Z component, we hanteren dus een platte ondergrond. Voor BIM-modellen maakt dat niet uit omdat daar toch ook geen kromming in toegepast is. Dat maakt het voor ons allemaal makkelijker gezien de omvang van ons werkgebied binnen Rotterdam. Bovendien gaat het over het algemeen met onze geo-positionering best prima, zolang we het NAP niveau aanhouden. Zodra we echter met projecten aan de gang gaan die groter in omvang zijn, zoals bijvoorbeeld de Groene Boog of een tramlijn van het strand naar de binnenstad, dan lopen we nog wel tegen uitdaging aan.”

Joris vult hierbij aan: “Datasets zijn altijd van een zodanige grote omvang dat je, zodra je visualisaties wilt streamen en met hoge level of details werkt, andere uitdagingen krijgt. Game developers werken hier al jaren mee, vaak op basis van handmatig werk om ervoor te zorgen dat het er goed uit ziet en functioneert. Binnen een kamer of ruimte weten ze bijvoorbeeld dat de buitenwereld wegvalt omdat die niet weergegeven hoeft te worden. Daardoor hoeft de engine die data niet te renderen, wat zorgt voor optimaal gebruik van de hardware.”

“Zo kan bijvoorbeeld een kerktoren in de verte minder scherp weergegeven worden. Je kunt dat handmatig bewerken en bepalen, maar het blijft een uitdaging om de juiste ‘level of detail’ af te stemmen op de situatie. We zien juist ook dat er hybride omgevingen gemaakt worden die wij met onze datasets in Unreal laden. We hebben klanten die 3D dataprocessing en 3D tiles enkel in Unreal engine weergeven, maar dan inladen via Luciad. Daarin zie je dus ook de flexibiliteit van deze engine in combinatie met ons platform waarbij we relatief snel en effectief kunnen schakelen op basis van de wensen van de klant.”

IMAGEM Digital Twin integrale samenwerking

Wat voor type vaardigheden zijn nodig om met een geo-engine te werken, en hoe verschilt dat van het werken met een game-engine?

“In een game engine vertrek je vanuit een 3D mesh omgeving,” beschrijft Joris. “Dat domein moet je kennen, aan de display kant heb je mensen nodig die met de tools programmeren die zowel in een geo engine als een game engine vergelijkbaar zijn. Het is alleen dat de API’s die wij aanbieden van een hoger niveau zijn dan de typische geospatial gebruiker nodig heeft, maar niet eenvoudig in een game-engine toegepast kunnen worden. Daar zit momenteel nog veel maatwerk en handmatige aanpassingen om tot een gewenst resultaat te krijgen.”

Corné deelt zijn perspectief: “Zoals ik al zei hebben wij voldoende kennis opgedaan bij het volgen van een training. Maar natuurlijk hielp het dat ik wat kennis had van Unreal zelf. Wel weet ik dat het essentieel is dat, voor het doel waar wij mee aan de slag willen, er een toereikende plugin ontwikkeld of beschikbaar moet zijn om ermee te werken. Vooralsnog hebben wij daarvoor voldoende ondersteuning gekregen van onze partners.”

Hij vervolgt: “Waar wij nu vooral werken aan een desktopapplicatie, willen we natuurlijk toewerken naar iets dat volledig draait in een browser en makkelijk toegankelijk is voor iedereen. Daar moet voldoende ‘render’ capaciteit voor zijn en de (beperkte) technische obstakels moeten worden opgelost. Het voordeel van waar wij mee werken, is dat onze plugins vanuit de desktop of ‘server-side’ volledig beschikbaar en toegankelijk zijn. Andere partijen die bijvoorbeeld kiezen voor Unity, zullen tegen beperkingen aanlopen dat ze de relevante (geo) plugins niet ‘client-sided’ in de browser kunnen visualiseren. Of erger nog, dat ze daar zelf een ‘workaround’ voor moeten ontwikkelen. Ik denk dat je dat niet moet willen als gemeente.”

Waar word je enthousiast van als denkt aan visualisaties in de engine waar jij mee werkt?

IMAGEM sluit zich aan bij Dutch Metropolitan Innovations (DMI)

Joris houdt enorm van de veelzijdigheid en variatie in alles wat er aan data verzameld wordt: “Wat ik leuk vind is de diversiteit en de hoeveelheid data die gemaakt wordt. Denk bijvoorbeeld aan data-inwinning (meten, scannen, etc.), waarbij op allerlei verschillende manieren en formaten data gegenereerd wordt. Maar ook analyses die we op luchtfoto’s, data en real-time video kunnen toepassen wanneer deze verzameld worden en verrassende resultaten kunnen opleveren. Al deze data en de uitdaging die we hebben om alles samen te brengen is wat mij motiveert om elke dag uit mijn bed te komen.”

Corné is vooral op zoek naar de beschikbaarheid en snelheid waarmee data toegepast kan worden: “Ik denk dat IMAGEM met Luciad een hele goede aanvulling is binnen het OUP met daarin het perspectief en de schaal dat de gehele wereld benadert kan worden. Zeker voor openbare datasets die we van andere gemeentes inzien kan dat buiten onze range het makkelijker maken om de digital twin visualisaties vloeiend op elkaar aan te laten sluiten. Als we dan alle geo-referenties op elkaar aangesloten kunnen krijgen en allemaal dezelfde standaarden hanteren, zou de wereld er volgens mij al een stuk beter uit zien.”

Vervagen van werelden

De scheidslijn tussen de virtuele en echte wereld vervaagt. 3D-engines uit de gaming industrie brengen ons eye-candy met realistische omgevingen en intens speelplezier. Maar wie de echte wereld nauwkeurig, betrouwbaar en schaalbaar wilt visualiseren, is beter af met een geo-engine zoals Luciad. Voor professionals die beslissingen nemen op basis van data, is dat geen luxe, maar een voorwaarde. 

Zelf aan de slag met digital twins?

Zin om de sprong van fantasiewerelden naar de ‘real deal’ te maken? Investeer in een geo-engine en ontdek hoe je de échte wereld net zo dynamisch kunt vormgeven als je favoriete game. Stuur Niels een e-mail via niels.vandegraaf@imagem.nl of stuur een berichtje via ons contactformulier. 

Contactformulier
Foto van Niels van de Graaf

Niels van de Graaf

Niels is Marktmanager Overheid bij IMAGEM. Hij helpt de overheid om continu slimmer en beter te werken en geeft zijn functie invulling door organisaties te ondersteunen bij het oplossen van hun vraagstukken. 

Lees meer over 3D visualisatie en digital twins

Als gemeente vergroenen en verkoelen met de 3-30-300-regel
Kevin Schell

Vergroenen en verkoelen: zo pas je de 3+30+300-regel doordacht toe

Groen is geen luxe, maar een noodzaak. Door klimaatverandering, toenemende gezondheidsproblemen en afnemende biodiversiteit moeten we onze steden en dorpen anders inrichten. Meer bomen en meer groen maken buurten leefbaarder én toekomstbestendiger. Als gemeente speel je hierin een sleutelrol. Maar hoe weet je of je goed zit? Hoe maak je onderbouwde keuzes en zorg je voor een eerlijke verdeling van het groen? De 3+30+300-regel van prof. dr. Cecil Konijnendijk biedt houvast.

lees meer >>
Niels van de Graaf

2D of 3D? De juiste keuze voor jouw gemeente

2D-kaarten geven overzicht, maar missen context. Hoe hoog is een gebouw? Hindert een transformatorhuisje het zicht voor verkeer of uitzicht? Hoe stroomt water door de stad? Hoe ziet de wereld er ‘echt’ uit? 3D en digital twins voegen die ontbrekende dimensie én dynamische interactie toe. Zo krijg je beter inzicht, simuleer je effecten en maak je slimmere keuzes. Maar 2D blijft natuurlijk wel waardevol. De kracht zit in de combinatie. Lees hoe je deze technologieën samen inzet voor een efficiëntere en toekomstbestendige gemeente.

lees meer >>
IMAGEM sluit zich aan bij Dutch Metropolitan Innovations (DMI)
Niels van de Graaf

IMAGEM sluit zich aan bij Dutch Metropolitan Innovations (DMI)

IMAGEM sluit zich met trots aan bij Dutch Metropolitan Innovations (DMI), het samenwerkingsverband van overheden, bedrijven en kennisinstellingen dat zich inzet voor duurzame, leefbare steden. Met onze Planspace-aanpak en digital twin-technologie verbinden we versnipperde data, simuleren we scenario’s en versnellen we besluitvorming. Deze expertise brengen we in binnen het DMI-ecosysteem om gemeenten te helpen sneller en beter onderbouwde keuzes te maken voor de steden van morgen.

lees meer >>