Multi-level modeling of urban environments

Abstract

A modelagem e visualização de cidades virtuais tem sido um ponto de interesse nas áreas de pesquisa de simulações e computação gráfica, também apresentando contribuições para a indústria de filmes e jogos digitais. Cidades apresentam comportamentos populacionais complexos, com densas redes de estradas e um grande número de edificações com arquiteturas variadas. Nos últimos anos, diversos métodos baseados em dados geográficos e técnicas procedurais foram apresentados, permitindo a criação de conteúdos em larga escala. Ainda assim, esta área de pesquisa apresenta desafios a serem explorados, incluindo a falta de padrões de comunicação e troca de dados entre os diferentes níveis da hierarquia de uma cidade. Este trabalho apresenta um framework para modelagem multinível de ambientes urbanos. Em cada estágio do pipeline deste framework, novos elementos e áreas de uma cidade são representados em maior detalhe. Como contribuição, modelamos uma cidade do mundo real em um ambiente virtual com base em informações geográficas seguindo o modelo apresentado, permitindo sua representação em diferentes níveis de abstração e detalhamento de dados relacionados à população e aos elementos do ambiente. Realizamos uma análise dos dados de isolamento social da cidade, observando padrões de movimentação populacional durante a pandemia do COVID-19. Por fim, modelamos rotinas populacionais com base nos dados analisados, permitindo a visualização de grupos populacionais e indivíduos no ambiente virtual.

The modeling and visualization of virtual cities is a point of interest in the research fields of simulations and computer graphics, also presenting contributions for the movies and games industries. Cities present complex population behaviors, with dense road networks and a huge number of buildings with varying architecture. In recent years, many methods based on geographical data and procedural techniques were presented, allowing the creation of content on a large scale. Still, there are known challenges to be explored in this field of research, including the lack of standards of communication and exchange of data between different levels in the hierarchy of a city. This work presents a framework for multi-level modeling of urban environments. At each stage of the framework’s pipeline, various elements and areas of a city are represented with increasing degrees of information. We modeled a real-world city based on geographical information following the presented framework, allowing its representation in different levels of abstraction and detail of data related to the population and environmental elements. We performed an analysis of social isolation data of the city, observing patterns in the population movement during the COVID-19 pandemic. Also, we modeled population routines based on the analyzed data, allowing the visualization of population groups and individuals in the environment.