Der Anwendungsfall Punktwolken

In der Baubranche, der Stadtplanung, der Bauforschung, der Denkmalpflege, der Kunstgeschichte und anderen Bereichen entwickelt sich zunehmend der Bedarf nach einem digitalen Zwilling der jeweils bearbeiteten Objekte mittels 3D-Modellen. In der Baubranche wird dieser Bedarf zunehmend mittels Building Information Modeling (BIM) und Industry Foundation Classes (IFC) adressiert. Obwohl die digitale Planung und Pflege eines Bauwerks mittels BIM recht weit fortgeschritten ist, gibt es immer noch Einschränkungen, die die Frage nach zusätzlichen Repräsentationsmethoden nahelegen: Die Erstellung von 3D-Modellen gemäß BIM ist zeitaufwändig. Insbesondere die Darstellung von Bauphasen, Vorher-Nachher-Vergleichen oder baulichen Veränderungen mittels Neu- oder Fortentwicklung der 3D-Modelle ist deshalb nicht immer wirtschaftlich durchführbar.

Abzubildende Objekte aus dem Bereich der Architektur- und Kunstgeschichte sind zudem oftmals zu komplex für eine verformungsgerechte Darstellung und Klassifizierung in wiederholbare Typklassen, man denke etwa an gewellte Wandflächen oder detailreiche Verzierungen. Durch die Erschließung neuer Vermessungsmethoden konnte die Nutzung von 3D-Modellen in jüngerer Zeit jedoch durch den Einsatz kostengünstiger zu erstellender Punktwolken ergänzt werden.

In der Baubranche werden schon jetzt Punktwolken neben 3D-Modellen verwendet, um Veränderungen über die Zeit zu berücksichtigen. Dabei werden neben einem primären kostenschweren 3D-Modell immer wieder wesentlich günstigere leichtgewichtige Vermessungen mit Laserscans oder photographischen Methoden des jeweils aktuellen Baufortschritts durchgeführt, um durch kontinuierliches Monitoring Fehlerkosten zu verringern. Aber auch in anderen Bereichen wie beispielsweise in der Denkmalpflege oder im Facility Management kann dieser Ansatz angewandt werden, indem das gesamte Objekt oder Teilbereiche wie ein ganzes Stockwerk oder ein angebautes Gebäude mit wiederholten Vermessungen in das digitale Informationssystem aufgenommen werden.

Der Anwendungsfall Punktwolken in MonArch

Die standardmäßig in MonArch integrierte 3D-Visualisierung ermöglicht bereits jetzt die Ansicht kleinerer Punktwolken, bietet allerdings keine Nachladetechniken und scheitert so an der Visualisierung zu großer Punktwolken. Auch das MonArch-typische Verknüpfen von Strukturelementen mit Bereichen der Visualisierung ist in diesem Fall nicht möglich. Der Viewer eignet sich deshalb hauptsächlich für den Anwendungsfall des Monitorings, in welchem Punktwolken mit einem primären 3D-Modell überlagert werden.

Insbesondere im Kulturbereich jedoch, in welchem anstelle eines 3D-CAD-Modells ganze Gebäude gescannt werden und dabei sehr detailreiche Punktwolken mit mehreren 100GB an Daten entstehen, wird eine weitere Möglichkeit zur Verwaltung der Daten mit zusätzlichen Funktionalitäten benötigt. Um solche Punktwolken analog zu 3D-Modellen in MonArch nutzen zu können, muss auch hier ein digitaler Zwilling erstellt werden, der das Gebäude in Form der Strukturhierarchie repräsentiert und mit verschiedenen fachspezifischen Informationen und Eigenschaften gefüllt bzw. mit weiteren Dokumenten, Notizen, Personen, etc. verknüpft wird. Zusätzlich dazu muss eine Möglichkeit geboten werden, die Punktwolke fließend und performant darzustellen sowie Bereiche innerhalb dieser Visualisierung mit Strukturelementen verknüpfen zu können.

Der Punktwolken-Viewer und Punktwolken-Server

Unter einer externen Visualisierung wird in MonArch die Integration einer webbasierten Visualisierung, in diesem Fall eines webbasierten Punktwolken-Viewers, bezeichnet. Ansichten werden hier über URLs eingebunden. Dazu wird der MonArch Punktwolken-Server verwendet, welcher aus einer LAS-Datei eine Visualisierung generiert und verwaltet. Die zurückgegebene und im MonArch Browsermodell gespeicherte URL kann damit jederzeit auch aus einem einfachen Webbrowser aufgerufen werden – allerdings als reine Visualisierung und ohne die MonArch-spezifischen Verknüpfungs- und Navigationsmöglichkeiten. Im Client dagegen enthält die externe Visualisierung analog zu allen anderen Visualisierungen im regulären MonArch Client vier Modi zur Selektion, Navigation, Verknüpfung und zum Löschen von Verknüpfungen sowie verschiedene Kameras und Zoom- und Fokussierungsfunktionen.

Der Punktwolken-Viewer ähnelt der Kartenansicht im MonArch-Client, da auch hier im Gegensatz zu Geometrien in Form von Flächen Marker als Verknüpfungspunkte verwendet werden. Diese „Points of Interest“ können jederzeit und überall in der Punktwolke gesetzt werden und verlinken einen Punkt innerhalb der Ansicht mit einem Gebäudeteil aus der Strukturhierarchie. Die weitere Navigation und Selektion verläuft dann analog zu allen anderen MonArch-Visualisierungen.

Technologisch basiert der Punktwolken-Viewer des MonArch-Clients auf dem Potree Renderer.

3D-Modell © Potree