Gebäudemodelle für die Stadtplanung, das Gebäudemanagement oder die Dokumentation historischer Bauwerke werden immer wichtiger. Häufig reicht hierfür ein einfaches Modell nicht aus, sondern es besteht die Forderung nach lagerichtigen Modellen mit korrekter Geometrie. Zusätzlich ist es für die Visualisierung entscheidend, auch kleine Details möglichst korrekt darzustellen und die Modelle mit der korrekten Textur zu versehen. Für die Erstellung solcher Gebäudemodelle eignen sich in erster Linie terrestrische Laserscanner oder photogrammetrische Verfahren. Beide Verfahren liefern zunächst Punktwolken, die dann zu Gittermodellen weiter verarbeitet werden und mit der geeigneten Textur versehen werden müssen. Die größten Unterschiede zwischen den Verfahren liegen im Aufwand, den Gerätekosten, sowie im Einsatzbereich. Hierbei zeigt sich der große Vorteil der photogrammetrischen Verfahren, vor allem im Außenbereich, gegenüber den Ansätzen mit terrestrischen Laserscannern, sowohl im Bereich der Kosten als auch im Aufwand. Die Laserscanner haben dagegen vor allem im Innenbereich erhebliche Vorteile gegenüber photogrammetrischen Lösungen.
Im Folgenden stellen wir ein Verfahren für die Erstellung von 3D Gebäudemodellen mit Standard Kameras in Verbindung mit einer GNSS/IMU Messeinheit vor. Als GNSS/IMU Einheit dient hierbei der 3D Image Vector 
der Österreichischen Firma REDcatch. Die Vorteile dieser Lösung gegenüber anderen Vorgehensweisen bestehen darin, dass die Arbeitszeit vor Ort sehr gering ist und die Ausrüstung extrem kompakt ausfällt. Für die Erstellung eines lagerichtigen 3D Modells mit korrekter Geometrie sind die folgenden 4 Arbeitsschritte notwendig:
- Erweitern einer Standard Kamera um den GNSS/IMU 3D Image Vector Aufsatz
- Erstellen von Bildern des Interessensobjektes aus verschiedenen Blickwinkeln
- Prozessieren der Bilder zu Punktwolken
- Ableiten von 3D Modellen, Orthoansichten oder sonstigen Ergebnissen
4 Arbeitsschritte zur Erstellung eines fotorealistischen Gebäudemodells
Erweitern einer Standard Kamera um den GNSS/IMU 3D Image Vector Aufsatz
Der bewusst sehr kompakt gehaltene 3D Image Vector besteht aus der Sensoreinheit,
3D Image Vector
die einfach auf den Blitzschuh der Kamera gesteckt wird und einem Datenlogger der zusätzlich die notwendige Energie liefert.
Die Sensorik des 3D Image Vectors beinhaltet neben der GNSS-Antenne (modellabhängig L1 oder L1/L2), Neigungs- und Beschleunigungssensoren in allen 3 Achsen, einen Gyro (Kreiselkompass) und einen Kompasssensor. Über diese Sensoren und einen Fusion Algorithmus wird die Kameraposition und die Orientierung in allen 3 Achsen berechnet. So wird mit Hilfe des 3D Image Vectors aus einer Kamera ein vollwertiges Vermessungswerkzeug .
Erstellen von Bildern des Interessensobjektes aus verschiedenen Blickwinkeln
Voraussetzung für eine spätere photogrammetrische Auswertung ist es, dass jeder Objektpunkt in mindestens 2 Bildern zu sehen ist. Um das zu erreichen, werden Bilder des Interessensobjektes mit möglichst großer Überlappung aufgenommen. Wichtig ist es hierbei nicht einfach die Kamera zu schwenken, sondern den Aufnahmestandpunkt bewusst zu verändern. Wird eine Kamera mit Zoom Objektiv verwendet, darf während der Bildaufnahme die Brennweite nicht verändert werden, es empfiehlt sich also entweder mit der kleinsten oder größten Brennweite zu fotografieren.
Originalbilder aus verschiedenen Blickwinkeln
Punktwolke mit Aufnahmestandpunkten
Prozessieren der Bilder zu Punktwolken
Für die Prozessierung der Aufnahmen zu einer Punktwolke gibt es inzwischen eine ganze Reihe an verfügbaren Lösungen. Man hat hier die Wahl die Prozessierung selbst, also lokal (z.B. mit Agisoft Photoscan), durchzuführen oder einen Cloud Anbieter (z.B. Redcatch Cloud oder Hexagon GeoApp.UAS) mit der Aufgabe zu betreuen. Die Entscheidung hierfür hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab: Der eigenen Fachkenntnis, der Größe des Projektes und der Zahl der zu bearbeitenden Projekte. Im Vergleich zu Lösungen aus der „klassischen“ Photogrammetrie haben sich die aktuellen Auswerteansätze dahingehend weiter entwickelt, dass fast beliebige Aufnahmekonfigurationen gemeinsam ausgewertet werden können. Auch verfügen die modernen Ansätze über Möglichkeiten die verwendete Kamera direkt zu kalibrieren, eine aufwendige Laborkalibrierung ist also nicht mehr notwendig.
Punktwolke – Innenstadt Bad Tölz
Als Ergebnis der Auswertung erhält man eine Punktwolke, das heißt das Interessensobjekt wird durch einzelne 3D Punkte dargestellt. Jeder einzelne Punkt besitzt hierbei korrekte absolute Koordinaten, so dass aus der Punktwolke beliebige Maße abgegriffen werden können.
Ableiten von 3D Gebäudemodellen, Orthoansichten oder sonstigen Ergebnissen
Punktwolken sind für die Visualisierung oder weitere Betrachtung der Ergebnisse nicht immer die beste Wahl. Es ist deshalb häufig notwendig die Punktwolke weiter zu verarbeiten. Der erste Schritt hierbei ist natürlich die Qualitätskontrolle der Ergebnisse und die Editierung eventueller Fehler. Danach können die Einzelpunkte zu Drahtmodellen vermascht und mit Textur versehen werden oder es können beliebige Orthoansichten des Objektes bestimmt werden.
3D Modell – Innenstadt Bad Tölz
3D Modell – Innenstadt Bad Tölz
Fazit
Es war noch nie so einfach fotorealistische Gebäudemodelle innerhalb kürzester Zeit zu erstellen. Durch die Verwendung des 3D Image Vectors erhält man einen deutlichen Mehrwert. Die Ergebnisse sind nicht nur Lagerichtig sondern haben auch die korrekte Geometrie, um beliebige Messwerte daraus ableiten zu können. Sie können somit nahtlos im BIM, GIS oder CAD verwendet werden. Es gilt also: Fotografieren, Dokumentieren, Visualisieren und Vermessen alles in Einem und in 3D.
Für Fragen rund um den 3D Image Vector stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
