Die fortschreitende Entwicklung im Bereich des Vermessungswesens und der Instrumententechnik hat in den letzten Jahren eine neue Generation von Vermessungsgeräten hervorgebracht, die die bisherigen Messprinzipien und Technologien in Vermessung und Photogrammetrie ergänzen, wenn nicht sogar ablösen werden. Dazu zählen natürlich in
erster Linie die Terrestrischen Laserscanverfahren, die seit geraumer Zeit einen immer größeren Markt erobern. Aber auch das aus dem Maschinenbau und der Kraftfahrzeugtechnik bereits länger bekannte Prinzip der Messung mit strukturiertem Licht hat eine weite Verbreitung gefunden und ist in unterschiedlichsten Varianten und
Messverfahren auf dem Markt erhältlich. Für den Geodäten und Vermesser bieten sich hier nicht nur fortschrittliche und schnelle Aufnahmemethoden, sondern auch neue Anwendungsfelder, die sich neben der Ingenieurvermessung und Photogrammetrie auch auf die Architektur, die Baudenkmalpflege und Archäologie bis in die Medizin erstrecken.
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Messverfahren des Terrestrischen Laserscanning und der Streifenprojektionstechnik an einem ausgewählten Objekt für Aufnahmen im Bereich der Bauaufnahme und Baudenkmalpflege eingesetzt. Das Romanische Schottenportal bietet dazu optimale Voraussetzungen bezüglich der Größe und der Komplexität der bildhauerischen Gestaltung. Durch die Aufnahmetechnik werden dabei der Aufnahmebereich und die
Genauigkeit festgelegte. Die erfassten Daten werden danach in einen Auswerteprozess überführt, in dem neben einer getrennten 3D-Modellierung auch eine Datenvereinigung der unterschiedlichen Ausgangsmessdaten vollzogen wird. Die dadurch erzeugten Modelle und
Ansichten sollen sich für die unterschiedlichsten Verfahren der Bauanalyse, der Visualisierung und Animation und der Stereolithographie nutzen lassen. In einem relativen, lokalen Vergleich der Datenmodellierungsqualität der Laserscanner- und Streifenlichtdaten kann auf einen Anwendungsbereich der beiden Systeme geschlussfolgert werden. Die unterschiedlichen Messprinzipien der verwendeten Messtechnik machen grundlegende
theoretische Betrachtungen notwendig, zumal im Ausbildungsprozess beide Messsysteme keine Erwähnung fanden. Die Betrachtungen reichen von der Definition des Anwendungsbereiches, über die instrumententechnischen Realisierungen und die verwendete
Software bis zum Modellierungsprozess.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1 Ziel der Arbeit
- 1.2 Aufbau der Arbeit
- 2. Terrestrisches Laserscanning
- 2.1 Einordnung und Anwendungen
- 2.2 Aspekte der Lasertechnologie
- 2.3 Reflektorlose Entfernungsmessung
- 2.3.1 Triangulationsverfahren
- 2.3.2 Phasenvergleichsverfahren
- 2.3.3 Impulslaufzeitmessung
- 2.3.4 Einflüsse auf die reflektorlose Entfernungsmessung
- 2.4 Systemkriterien Terrestrischer Laserscanner
- 2.5 Terrestrischer Laserscanner Riegl LMS-Z-360
- 2.5.1 Messsensor
- 2.6 Digitalkamera Nikon D100
- 2.6.1 Allgemeines
- 2.6.2 Software RISCAN PRO
- 2.6.3 Koordinatensysteme und Transformation
- 2.6.4 Messung
- 2.6.5 Referenzierung
- 2.6.6 Datenfilterung und Segmentierung
- 2.6.7 Verarbeitung digitaler Bilder
- 3. Streifenprojektionsmethode
- 3.1 Oberflächenbestimmung in der Messtechnik
- 3.2 Triangulationsverfahren
- 3.2.1 Gray-Code-Verfahren - Binär-kodiertes Licht
- 3.2.2 Phasenverschiebungsverfahren
- 3.2.3 Parameter und Aufnahmekonfiguration
- 3.3 QT Sculptor
- 3.3.1 Allgemeines
- 3.3.2 Gestell, Projektor und Kamera
- 3.3.3 Genauigkeit und Messbereich
- 3.3.4 Kalibrierung des Messbereichs
- 3.4 Verarbeitung der Tiefenbilder mit der Software QT Sculptor
- 3.4.1 Messung
- 3.4.2 Segmentierung und Registrierung
- 3.4.3 Objektmodellierung
- 3.4.4 Texturierung
- 4. Das Romanische Schottenportal und die Baudenkmalpflege
- 4.1 Das Schottenportal
- 4.2 Baudenkmalpflege und Vermessung
- 4.2.1 Klosterkirche St. Jakob und Schottenportal
- 4.2.2 Historie
- 5. Messung
- 5.1 Projektbetrachtung
- 5.2 Terrestrischer Laserscanner LMS Z-360
- 5.3 Digitalkamera Nikon D 100
- 5.4 Streifenprojektionssystem QT Sculptor
- 5.4.1 Aufnahmeparameter und Kalibrierung des Messbereichs
- 5.4.2 Aufnahme von Tiefenbildern
- 5.5 Bewertung des Messprozesses
- 5.5.1 Bemerkungen zum Messprozess
- 5.5.2 Wichtige Aufnahmebedingungen
- 6. Auswertung
- 6.1 Vorbetrachtung
- 6.2 Verarbeitungskonzept
- 6.3 Software
- 6.3.1 Konvertierung
- 6.3.2 Polyworks
- 6.4 Verarbeitung der Laserscanner-Daten mit RISCAN PRO
- 6.4.1 Datenauswahl
- 6.4.2 Referenzierung der Einzelaufnahmen
- 6.4.3 Datenfilterung und Visualisierung
- 6.4.4 Konvertierung in Tiefenbilder
- 6.5 Modellierung mit QT Sculptor
- 6.5.1 Vorbetrachtungen
- 6.5.2 Segmentierung und Registrierung
- 6.5.3 Oberflächenmodellierung und Optimierung des Dreiecksnetzes
- 6.5.4 Ergebnisse
- 6.6 Datenfusion aus Laserscanner- und Streifenlichtdaten
- 6.6.1 Segmentierung und Registrierung
- 6.6.2 Oberflächenmodellierung und Optimierung des Netzes
- 6.6.3 Ergebnisse
- 6.7 PolyWorks/Modeler und PolyWorks/Inspector
- 6.7.1 Vergleich zwischen Laserscanner- und Streifenlichtmodell
- 6.8 Netzbearbeitung und Datenreduktion
- 6.9 Texturierung von Oberflächenmodellen mit QT Sculptor
- 6.10 Visualisierung und Anwendungen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit untersucht die Anwendung terrestrischen Laserscannings und der Streifenprojektionsmethode zur dreidimensionalen Modellierung des Romanischen Schottenportals in Regensburg. Ziel ist es, die jeweiligen Vor- und Nachteile beider Verfahren zu analysieren und ein optimiertes Verarbeitungskonzept für die Datenerfassung und -verarbeitung zu entwickeln.
- Vergleich von terrestrischem Laserscanning und Streifenprojektionsmethode
- Entwicklung eines optimalen Verarbeitungskonzeptes
- Dreidimensionale Modellierung des Schottenportals
- Analyse der Genauigkeit und der Ergebnisse beider Verfahren
- Anwendung der Ergebnisse in der Baudenkmalpflege
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel beschreibt das Ziel der Arbeit, welches in der Erfassung und Verarbeitung von 3D-Daten des Schottenportals mittels Laserscanning und Streifenprojektion liegt. Es skizziert den Aufbau der Arbeit und die einzelnen Kapitel.
2. Terrestrisches Laserscanning: Dieses Kapitel bietet eine umfassende Einführung in das terrestrische Laserscanning. Es erläutert die Funktionsweise verschiedener Entfernungsmessverfahren (Triangulation, Phasenvergleich, Impulslaufzeitmessung) und die Einflussfaktoren auf die Messgenauigkeit. Es beschreibt den verwendeten Riegl LMS-Z-360 Laserscanner detailliert und behandelt die Software RISCAN PRO für die Datenverarbeitung, inklusive Koordinatensysteme, Messungen, Referenzierung und Datenfilterung.
3. Streifenprojektionsmethode: Hier wird die Streifenprojektionsmethode als alternatives 3D-Erfassungsverfahren vorgestellt. Das Kapitel detailliert das Messprinzip, verschiedene Triangulationsverfahren (Gray-Code und Phasenverschiebung), und die verwendete Software QT Sculptor, einschließlich Kalibrierung, Messung, Segmentierung, Registrierung, Modellierung und Texturierung. Die Kapitel erläutert die Vorteile und Nachteile gegenüber dem Laserscanning.
4. Das Romanische Schottenportal und die Baudenkmalpflege: Dieses Kapitel beschreibt das Schottenportal in Regensburg als Untersuchungsgegenstand und betont die Bedeutung der präzisen 3D-Modellierung für die Baudenkmalpflege. Es beleuchtet die Historie des Portals und den Kontext der Vermessung im Bereich des Denkmalschutzes.
5. Messung: Dieses Kapitel beschreibt den detaillierten Messprozess am Schottenportal. Es dokumentiert die Verwendung des terrestrischen Laserscanners, der Digitalkamera und des Streifenprojektionssystems, inklusive der Aufnahmeparameter und Kalibrierung. Es analysiert kritische Punkte im Messprozess und wichtige Aufnahmebedingungen.
6. Auswertung: Dieses Kapitel beschreibt die Verarbeitung der gesammelten Daten. Es beschreibt die Konvertierung, Verarbeitung mit Polyworks, Datenfusion und Modellierung der 3D-Modelle. Es wird detailliert auf die Segmentierung, Registrierung, Oberflächenmodellierung und die Optimierung des Dreiecksnetzes eingegangen. Es werden die Ergebnisse beider Verfahren verglichen.
Schlüsselwörter
Terrestrisches Laserscanning, Streifenprojektionsmethode, 3D-Modellierung, Baudenkmalpflege, Schottenportal Regensburg, Riegl LMS-Z-360, RISCAN PRO, QT Sculptor, Polyworks, Datenverarbeitung, Genauigkeit, Datenfusion.
Häufig gestellte Fragen zur Diplomarbeit: 3D-Modellierung des Romanischen Schottenportals
Was ist das Thema der Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit untersucht die Anwendung von terrestrischem Laserscanning und der Streifenprojektionsmethode zur dreidimensionalen Modellierung des Romanischen Schottenportals in Regensburg. Ziel ist der Vergleich beider Verfahren, die Entwicklung eines optimierten Verarbeitungskonzeptes und die Anwendung der Ergebnisse in der Baudenkmalpflege.
Welche Methoden werden verwendet?
Die Arbeit verwendet zwei Hauptmethoden zur 3D-Erfassung: Terrestrisches Laserscanning mit dem Riegl LMS-Z-360 Laserscanner und die Streifenprojektionsmethode mit dem QT Sculptor System. Beide Verfahren werden detailliert beschrieben und verglichen.
Welche Software wird eingesetzt?
Für die Datenverarbeitung werden die Softwarepakete RISCAN PRO (für die Laserscannerdaten), QT Sculptor (für die Streifenprojektionsdaten) und Polyworks (für die Datenfusion und -analyse) verwendet.
Wie funktioniert das terrestrische Laserscanning?
Das Kapitel zum terrestrischen Laserscanning erläutert verschiedene Entfernungsmessverfahren wie Triangulation, Phasenvergleich und Impulslaufzeitmessung. Es beschreibt detailliert den verwendeten Riegl LMS-Z-360 Laserscanner und die Datenverarbeitung mit RISCAN PRO, inklusive Koordinatensysteme, Messungen, Referenzierung und Datenfilterung.
Wie funktioniert die Streifenprojektionsmethode?
Die Streifenprojektionsmethode wird als alternatives 3D-Erfassungsverfahren vorgestellt. Das Kapitel beschreibt das Messprinzip, verschiedene Triangulationsverfahren (Gray-Code und Phasenverschiebung) und die Verwendung von QT Sculptor. Die Software wird detailliert im Hinblick auf Kalibrierung, Messung, Segmentierung, Registrierung, Modellierung und Texturierung erläutert.
Welche Rolle spielt die Baudenkmalpflege?
Die Arbeit betont die Bedeutung der präzisen 3D-Modellierung für die Baudenkmalpflege am Beispiel des Schottenportals. Die Historie des Portals und der Kontext der Vermessung im Bereich des Denkmalschutzes werden beleuchtet.
Wie wird der Messprozess beschrieben?
Das Kapitel "Messung" dokumentiert detailliert den Einsatz des terrestrischen Laserscanners, der Digitalkamera und des Streifenprojektionssystems, inklusive der Aufnahmeparameter und Kalibrierung. Kritische Punkte im Messprozess und wichtige Aufnahmebedingungen werden analysiert.
Wie werden die Daten ausgewertet?
Die Auswertung umfasst die Konvertierung, Verarbeitung mit Polyworks, Datenfusion und Modellierung der 3D-Modelle. Die Segmentierung, Registrierung, Oberflächenmodellierung und die Optimierung des Dreiecksnetzes werden detailliert beschrieben. Ein Vergleich der Ergebnisse beider Verfahren wird durchgeführt.
Welche Ergebnisse werden erzielt?
Die Arbeit liefert ein dreidimensionales Modell des Schottenportals, erzeugt mit beiden Methoden. Die Genauigkeit und die Vor- und Nachteile beider Verfahren werden analysiert und ein optimiertes Verarbeitungskonzept wird vorgestellt.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Terrestrisches Laserscanning, Streifenprojektionsmethode, 3D-Modellierung, Baudenkmalpflege, Schottenportal Regensburg, Riegl LMS-Z-360, RISCAN PRO, QT Sculptor, Polyworks, Datenverarbeitung, Genauigkeit, Datenfusion.
- Quote paper
- Lars Langheinrich (Author), 2004, Terrestrisches Laserscanning und Streifenprojektionsmethode am Beispiel des Romanischen Schottenportals Regensburg, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/109162
