Bäume blockieren jetzt die Sichtlinie

Ein Viewshed ist die Karte all dessen, was Sie von einem Punkt aus sehen könnten. Bisher endete er am nackten Boden, Wald verdeckte also nichts. Setzen Sie den Haken bei „Bäume in die Simulation einbeziehen“, und Waldflächen aus OpenStreetMap werden zu geschlossenen Kronen von standardmäßig 15 m, über die Ihre Sichtlinie hinwegkommen muss. Die 3D-Karte zeichnet diese Wälder Baum für Baum. Kostenlos, im Browser, ohne Konto.

Warum Wald verändert, was Sie sehen

Ein alter Fichtenbestand ist 15 bis 30 m massives Grün. Was Ihr Blick trifft, ist die Krone, das geschlossene Nadeldach über den Stämmen. Wer dahinter steht, ist schlicht nicht zu sehen, selbst über flaches, offenes Gelände hinweg. Von einem 30 m hohen Aussichtsturm blicken Sie glatt über denselben Wald hinweg auf die Lichtung dahinter. Es entscheidet die Höhe. Und den Teil der Höhe, der aus Bäumen besteht, hat die Karte bisher ignoriert.

Ein zweiter Grund steckt in den Höhendaten. Die AWS-Terrarium-Kacheln, die der Simulator liest, sind ein Flickenteppich aus nationalen und globalen Modellen, und die gehen unterschiedlich mit Bäumen um. In den USA, in Kanada, Großbritannien, Norwegen, Österreich und Neuseeland stammen die Höhen aus nationalen Geländemodellen. Die beschreiben den nackten Boden, weil die Vegetation bei der Aufbereitung herausgerechnet wird, nicht weil die Messung sie nicht gesehen hätte. Weite Teile Europas, die Schweiz eingeschlossen, deckt dagegen EU-DEM ab, den Rest der Welt SRTM und das Land nördlich von 60° ArcticDEM. SRTM und EU-DEM lassen einen Teil der Krone im gemeldeten Boden stehen, ein bewaldeter Hang liegt dort also einige Meter zu hoch. Derselbe Hang ist im einen Land blanker Boden und im nächsten zum Teil Baum, und kein Höhenmodell verrät, wo die Bäume wirklich stehen. Ein Gipfel-Viewshed für Wanderer war immer ehrlich, was Grate angeht, und schwieg über den Wald am Fuß des Hangs. Das alles gehört zum Modus LOS / Viewshed. Die RF-Abdeckung ist eine eigene Berechnung, und dieser Schalter rührt sie nicht an.

Was der Schalter tut

Im LOS-Modus gibt es im Bedienfeld jetzt ein Feld „Bäume in die Simulation einbeziehen“. Setzen Sie den Haken, und jede Waldfläche aus den Kartenkacheln wird zum festen Hindernis in der Kronenhöhe, die im selben Feld steht. Voreingestellt sind 15 m, erlaubt sind 1 bis 150 m, und derselbe Wert steuert die 3D-Darstellung.

Zwei Details wiegen schwerer, als sie klingen. Ziele stehen auf der Krone, so wie sie bisher schon auf Dächern stehen. Sie sehen also die Wipfel, nicht den Boden darunter. Der Beobachter ist die Ausnahme. Eine Aussparung von drei mal drei Pixeln hält den Boden unter ihm frei. Wer im Wald steht, wird vom Waldboden aus gemessen, und die Kronen ringsum verdecken ihn sofort.

Gebäude und Bäume überlagern sich, sie addieren sich nicht. Ein Haus innerhalb einer Waldfläche endet beim höheren der beiden Werte, Dach oder Krone, nie bei Dach plus Krone. Alles Übrige zu Hindernissen bleibt unverändert und ist unter Gebäude einbeziehen beschrieben.

Derselbe Viewshed, ohne und mit Bäumen

Ein Beobachter, ein Durchlauf, eine geänderte Einstellung.

Ohne Bäume läuft das Grün über den Talboden und den Gegenhang hinauf, dunkel bleibt nur, was das Gelände verdeckt. Mit Bäumen fallen die Waldstreifen aus, sichtbar bleiben Lichtungen, Wiesen und die Kuppen über der Krone. Am Gelände hat sich nichts geändert. Geändert hat sich nur die Oberfläche, über die die Sichtlinie hinwegkommen muss.

Wie die Bäume gezeichnet werden

Ab Zoomstufe 14 malen die 3D-Stile den Wald nicht mehr als flache Textur, sondern zeichnen einzelne Bäume. Jeder Baum sitzt in der OpenStreetMap-Waldfläche auf einem Raster von etwa 15 m, das sind rund 40 Bäume pro Hektar, und jeder steht auf seiner eigenen Geländehöhe. Ein Bestand am Hang steigt also mit dem Hang. Die Verteilung ist deterministisch, kein Baum springt beim Zoomen oder Verschieben, und die Höhe folgt der eingestellten Kronenhöhe. Unterhalb von Zoomstufe 14 und in den 2D-Stilen ist es wieder eine Textur.

Das alles passiert im Browser. Jede Waldkachel auf dem Bildschirm wird direkt in eine Baumkachel umgewandelt, ohne Server und ohne zusätzlichen Download.

Was die Engine dabei rechnet

Dahinter steckt derselbe Trick, der schon Gebäude die Sicht versperren lässt. Ein WebAssembly-Build des Aether-Konverters rastert die Waldflächen ins Gelände, hebt den Boden unter dieser Maske um die Kronenhöhe an und lässt den normalen Viewshed darüber laufen. Die Sichtlinien erfahren nie etwas von Bäumen. Sie treffen einfach auf höheres Gelände, für rund eine halbe Sekunde pro Kachel mit 2048 mal 2048 Pixeln.

Wo die Daten gut sind und wo nicht

Das Modell ist nur so gut wie die Polygone dahinter. Die Waldflächen stammen aus OpenStreetMap über die OpenMapTiles-Ebene landcover, dazu die Grenzen der US-National- und Staatsforste, die durchgehend als bewaldet angenommen werden. Allein diese Grenzen hoben eine Testkachel über dem Hoosier National Forest von 0 % auf 97 %, gemessen als Anteil der echten Kronenfläche, der in einem kartierten Polygon liegt. Pro Fläche gilt alles oder nichts. Entweder ein Wald ist kartiert, oder er existiert hier nicht.

• Europa, Kanada und Australien sind gut kartiert. Auf vierzehn Testkacheln, geprüft an Global Forest Watch für 2020, erfassen die europäischen, kanadischen, borealen und tropischen Kacheln 75 bis 99 % der hohen Kronen.
• In den USA gilt alles oder nichts. Öffentlicher Wald ist gut erfasst, sobald die Grenzen der National- und Staatsforste mitzählen: Idaho Bitterroot und die Colorado Rockies stiegen damit von 0 % auf 100 %. Die Lücke ist der private Forst. Testkacheln in Maine, auf der Upper Peninsula von Michigan, in Alabama und Georgia lieferten überhaupt keine Polygone.
• Japan und Kenia liegen bei rund 75 %.
• Weite Teile des globalen Südens sind dünn kartiert. Das Ergebnis wirkt dort offener, als es der Boden hergibt.
• Die Ränder der Polygone liegen etwa 5 bis 20 m neben der echten Waldgrenze. Für einen Viewshed reicht das, für eine Sichtlinie, die eine Waldkante streift, nicht.
• Höhen enthalten die Daten überhaupt nicht. Deshalb ist die Kronenhöhe eine Zahl, die Sie wählen.

Prüfen Sie also zuerst die Karte. Schalten Sie die Waldebene ein und schauen Sie hin. Ist der Wald, um den es Ihnen geht, nicht gezeichnet, dann hat OpenStreetMap dort kein Polygon, und der Durchlauf kann nichts davon wissen. Ihn in OpenStreetMap einzutragen hilft allen. Die Waldflächen stammen aus OpenStreetMap, © OpenStreetMap contributors (ODbL), und kommen als OpenFreeMap-Vektorkacheln nach dem OpenMapTiles-Schema.

Was nicht modelliert ist

• Die RF-Abdeckung ignoriert Bewuchs nach wie vor vollständig. Ein Modell für die Dämpfung durch Blattwerk gibt es noch nicht, ITU-R P.833 ist eine eigene Aufgabe für die Engine, ein RF-Ergebnis ändert dieser Schalter nicht, und im RF-Tab gibt es kein Feld für Bäume.
• Alle Bäume sind gleich hoch. Eine angenommene Kronenhöhe steht für junge und alte Bestände gleichermaßen.
• Jedes Polygon ist massiv. Ein unbelaubter Winterwald ist stellenweise durchsichtig, ein alter, lichter Bestand hat mehr Himmel als Grün. Das Modell verdeckt trotzdem alles dahinter.
• Ziele unter der Krone werden auf Wipfelhöhe gelesen. Nur der Beobachter bekommt die Aussparung am Boden. Wer auf einem Waldweg steht, gilt daher als sichtbar, solange Sie ihn nicht dorthin setzen.

Als Nächstes kommen gemessene statt angenommene Höhen. Ein globales Raster der Kronenhöhen von Meta und dem World Resources Institute (CC BY 4.0) liefert eine Höhe pro Pixel.

So probieren Sie es aus

1. Öffnen Sie den Simulator und lassen Sie den Modus auf LOS / Viewshed.
2. Setzen Sie im Bedienfeld den Haken bei „Bäume in die Simulation einbeziehen“.
3. Stellen Sie die Kronenhöhe ein: 12 m für jungen oder borealen Wald, 15 m als Voreinstellung, 25 bis 30 m für alten Nadelwald oder tropischen Wald, bis zu 150 m.
4. Stellen Sie die Augenhöhe ein: 1,7 m für eine Person zu Fuß, mehr für einen Turm oder eine Aussichtsplattform.
5. Setzen Sie den Beobachter, starten Sie, nehmen Sie den Haken heraus und starten Sie erneut. Der Unterschied ist das, was der Wald Sie kostet.

Unter dem Ergebnis steht „Bäume als undurchlässige Hindernisse (angenommene Kronenhöhe 15 m, OSM-Polygone + US-National- und Staatsforste)“. So steht in jedem Screenshot, womit gerechnet wurde.

Passende Werkzeuge

Für die schnelle Antwort ohne Karte gibt es drei Werkzeuge. Wie weit kann man sehen macht aus einer Augenhöhe eine Sichtweite und zeigt, wie viel von einem fernen Gipfel die Erdkrümmung verdeckt. Das Höhenprofil zeichnet den Boden zwischen zwei Punkten mit der Sichtlinie darüber und klärt „sieht man es von dort“ ohne kompletten Viewshed. Entfernung und Peilung gibt die Richtung, in die Sie schauen müssen.

Nehmen Sie einen Wald, den Sie kennen

Suchen Sie sich ein bewaldetes Tal, durch das Sie gewandert sind, rechnen Sie es zweimal und sehen Sie, wie viel von dem Grün wirklich Luft war.