Data-driven generation of virtual city layout

Abstract

Der Bereich der prozeduralen Generierung ist ein wachsendes Fachgebiet in der Informatik, das zunehmend Aufmerksamkeit erlangt. Durch die automatische oder teilautomatische Erstellung von digitalen Inhalten kann die Kreativität gefördert, neue Erfahrungen angeboten, und Entwicklungskosten reduziert werden. Außerdem können dadurch Szenen und Landschaften von theoretisch unendlichen Ausmaßen erzeugt werden. Die Generierung von virtuellen Umgebungen, speziell Städten und urbanen Gegenden, kann für Designer und Entwickler erheblichen Nutzen bringen. Dieser Prozess hat in verschiedensten Anwendungsbereichen Einsatz gefunden, unter anderem in Videospielen, in der Filmproduktion, und in Simulationen. Die meisten bestehenden Herangehensweisen behandeln die künstliche Synthese von Stadtlayouts und setzen nur bedingt reale Daten ein. In dieser Diplomarbeit untersuchen wir die direkte Integration von existierenden Stadtlayouts in den prozeduralen Generierungsprozess. Eine Filterfunktion wird bereitgestellt mit der die benötigten Daten im richtigen Format bezogen werden können. Die vorgeschlagene Methode für die Generierung von Stadtlayouts simuliert die Anziehung von zwei oder mehreren Straßennetzwerken zueinander. Dadurch wird ein kombiniertes Stadtlayout erzeugt, das interpolierte Eigenschaften der gewählten Eingabedaten hat. Für die Implementierung wurde Unity verwendet, da für bestimmte Operationen auf die integrierte Physik-Engine zurückgegriffen wird. Während des Generierungsprozesses ist die Interaktion durch die Benutzerin oder den Benutzer möglich, wodurch Strukturen nach Wunsch angepasst werden können. Die Performance der Applikation ist vergleichbar mit existierenden simulations- und agentenbasierten Herangehensweisen, wenn mittelgroße Gebiete verwendet werden. Eine Nutzerstudie hat bestätigt, dass die generierten Layouts erkennbare Charakteristika der Ausgangsdaten aufweisen.

Procedural Content Generation (PCG) is a growing field in computer science that is progressively gaining attention. Through the automated or semi-automated creation of digital content, creativity can be increased, new experiences can be offered, and development costs can be reduced. Furthermore, it makes the fabrication of scenes and landscapes with theoretically infinite dimensions possible. The generation of virtual environments, particularly cities and urban areas, can provide numerous advantages to designers and developers. It has seen adoption in various domains, including, but not limited to, video games, movie production, and social simulations. Most existing city generation approaches investigate the artificial generation of new layouts, making only limited use of real-life data. In this thesis, we explore the direct integration of existing city layout information into the generation process. A filter function is provided to obtain the required data in the correct format. The proposed method for city layout generation simulates the attraction and adaptation of two or more urban road networks to each other. As a result, a combined layout containing interpolated features of the selected input files is generated. The implementation was done in Unity, as we rely on the internal physics engine for certain operations. User interaction is possible during the generation process, allowing structures to be modified as desired. The performance is comparable to existing simulation- and agent-based approaches for medium-sized areas. A user study confirms that the generated layouts include recognizable characteristics of the input data.