Modellierung von Volumenkörpern auf Grundlage von topologischen und geometrischen Vorinformationen aus der Scanregistrierung

Enrico Romanschek, Christian Clemen, Daniel Wujanz, Frank Gielsdorf

Für die dreidimensionale baugeometrische Bestandsaufnahme von Bauwerken („Scan to BIM“) und für die Baufortschrittsdokumentation („Scan vs. BIM“) bieten stationär aufgebaute terrestrische Laserscanner (TLS) spezifische Vorteile gegenüber anderen Messverfahren. Der in diesem Beitrag vorgestellte Forschungsansatz nutzt die topologische Information „Scanner steht im leeren Raum“ sowie die hohe Redundanz gemessener Punkte auf den zu modellierenden Flächen, um die Datenmenge der Punktwolken algorithmisch handhabbar zu machen. Die Registrierung der Einzelscans im Bauwerkskoordinatensystem ist ein neuralgischer Punkt der Prozessierung mit dem Ziel einer vereinigten Punktwolke in einem gemeinsamen Koordinatensystem. Dafür müssen die Transformationsparameter für Translation und Rotation bestimmt werden. Ein schnelles undfür diese Problemstellung geeignetes Registrierungsverfahren nutzt in der Punktwolke detektierte Ebenen (Feature) sowie eine Blockausgleichung /­Gielsdorf 2009/. Als Nebenprodukt dieses Verfahrens erhält man die detektierten Ebenen in den einzelnen Laserscans. Es wird ein Verfahren vorgestellt, das aus diesen Ebenen je TLS-Standpunkt ein Volumenkörpermodell bestehend aus Tetraedern erzeugt. Informationen der lokalen Aufnahme (Einzelscan) können diesen Tetra­edern als Eigenschaften zugeordnet werden, die bei der Verwendung einer bereits vereinigten, globalen Punktwolke nicht bzw. nur mit hohem Aufwand ableitbar wären. Dieser neuartige Forschungsansatz verlagert den konzeptuellen Modellierungsschritt der Bildung mehrdimensionaler topologischer Primitive zum Einzelscan. Durch die sukzessive Vereinigung der Standpunkt-Volumenkörpermodelle entstehen Zellen (Polyeder), denen drei räumliche Eigenschaften zugeordnet werden können: leer, belegt, unbestimmt. Die so attribuierten Zellen zerlegen den Raum (das Bauwerk) vollständig, lückenlos und überschneidungsfrei. Ziel dieses Vorgehens ist es, eine geometrisch und topologisch konsistente Grundlage zur automatischen Bauteil- oder Raumerkennung zu schaffen, die aber zum jetzigen Stand der Forschung noch nicht Gegen­stand der Untersuchung ist.
Schlüsselwörter:Terrestrische Laserscanner, TLS, Volumenkörper-Modellierung, Bauwerk, Bestandsaufnahme, BIM

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