Vergleich von 3D-Aufnahmeverfahren und deren Auswertemethoden

3D Aufnahme der Hofanlage in Nideggen (Bild: Di Placido / TH Köln)

In der Abschlussarbeit wurde folgende Fragestellung untersucht: „Welche Unterschiede weisen aktuelle 3D-Aufnahmevefahren und deren Auswertemethoden, hinsichtlich der Aufnahmequalität der Oberfläche, der erreichbaren (Detail-) Genauigkeit und ihrem Aufwand, auf?“

Dabei wurden die 3D-Aufnahmeverfahren Structure-from-Motion (SfM) und Laserscanning bezüglich der oben genannten Parameter analysiert und zusätzlich für die Belange der Denkmalpflege konkretisiert. Zunächst wurde auf die Grundlagen der traditionellen Bauaufnahmeverfahren eingegangen und die darauf aufbauenden 3D-Aufnahmeverfahren, ihre technische Grundlage und deren Einsatzgebiete vorgestellt. Anschließend wurde die Anwendung und Auswertung des Structure-from-Motion- und Laserscanning-Verfahrens am Beispiel einer für die Denkmalpflege und Bauforschung bedeutenden Hofanlage in Nideggen ausführlich dargelegt und verglichen.

Für das SfM-Verfahren wurde ausschließlich eine DJI Air 2S-Drohne verwendet, mit der an zwei witterungsmäßig unterschiedlichen Aufnahmetagen insgesamt 1.581 Bilder aus unterschiedlichen Entfernungen, Neigungs- und Blickwinkeln aufgenommen wurden. Die Bildüberdeckung von ca. 50 bis 80 % war für eine problemlose Berechnung mit der SfM-Software Reality Capture von Capturing Reality (Epic Games) notwendig. Ergebnisse waren u. a. eine georeferenzierte Punktwolke, ein 3D-Oberflächenmodell der Außenhülle der Hofanlage und Maßstabsgetreue Orthophotos der Fassaden.

Das terrestrische Laserscanning erfolgte ebenfalls an zwei Tagen mit dem IMAGER® 5016 des Herstellers Zoller + Fröhlich und umfasste 25 Standpunkte im Außenbereich und 88 innerhalb des Wohngebäudes. Ausgewertet wurden die Scandaten mit der Software LaserControl von Zoller + Fröhlich und Scantra von Technet im Vermessungsbüro der Firma Scandric GmbH – 3D Solutions. Ergebnisse waren u. a. eine vollständige, sehr detailreiche und georeferenzierte Punktwolke des gesamten Gebäudes, Grundrisse und Schnitte durch alle Geschosse, sowie detailreiche 3D-Oberflächenmodelle.

Genauigkeitsvergleich zweier Punktwolken (Bild: Di Placido / TH Köln)

Die Untersuchungsergebnisse durch die Überlagerung der Punktwolken konnten Erkenntnisse zur Genauigkeit des Structure-from-Motion-Verfahrens belegen. Es werden teilweise Genauigkeitswerte von < 0,5 cm für strukturreiche Oberflächen mit naheliegenden Passpunkten erreicht. Die Qualität der Ergebnisse hängt unmittelbar mit verschiedenen Faktoren und Einflüssen zusammen. Letztendlich bieten beide Verfahren ihre Vor- und Nachteile. Sie bilden in Kombination ein vollständiges digitales Abbild des Bauwerks in Form eines 3D-Oberflächenmodells ab.

Die Anwendung und Auswertung der Verfahren sowie die Bereitstellung der benötigten technischen Infrastruktur wurde maßgeblich durch Herrn Dipl.-Ing. Hans Meyer vom LVR-Amt für Denkmalpflege im Rheinland und Frau Dipl.-Ing. (FH) Sabrina Geiermann vom Vermessungsbüro Scandric GmbH – 3D Solutions unterstützt.