Aufnahme und Visualisierung eines 3D Stadtmodells von Hannover
| Jahr: | 2004 |
Projektbericht
Zusammenfassung
Ziel des Projektseminars ist neben luftgestützten und terrestrischen Erfassungstechniken auch die entsprechende Auswertesoftware und deren Vor- und Nachteile kennen zu lernen. Mit Hilfe automatischer und halbautomatischer Auswerteverfahren werden große Teile des Stadtmodells rekonstruiert. Wahrzeichen von Hannover sowie architektonisch besonders wertvolle Straßenzüge werden zusätzlich terrestrisch mit Nahbereichsphotogrammetrie oder Laserscanning erfasst und modelliert. Daneben wurden die Messkampagnen selbstständig geplant und durchgeführt. Anschließend erfolgt die Auswertung der Einzelergebnisse und am Ende die Zusammenführung zu einem Gesamtmodell. Das Ergebnis dieses Projektes ist die Visualisierung eines Fluges durch ein dreidimensionales Stadtmodell von Hannover.
Bild 1: Leineschloss Hannover
1. Erfassungstechniken und ihre Grundlagen
1.1 3D-Stadtmodelle
Bei 3D-Stadtmodellen handelt es sich um ein realitätsnahes Abbild der Geländeoberfläche, Straßen, Gebäuden und der Vegetation. Diese Modelle können auf verschiedene Weise dargestellt werden. Entweder werden sie durch reale Modelle aus Gips, Karton, Holz usw. realisiert oder mittels digitaler Technik auf dem Bildschirm.
Bild 2: Digitales 3-D Modell (Hauptbahnhof Hannover)
Zur Rekonstruktion von Gebäuden und anderen Objekten innerhalb eines 3D-Stadtmodells stehen eine große Anzahl von Datenquellen zur Verfügung. Diese lassen sich in zwei Bereiche unterteilen, den Fernbereich und den Nahbereich. In dem Projekt standen Bilder aus einem Bildflug und Daten aus einem luftgestützten Laserscan aus einem abgegrenzten Gebiet zur Verfügung. Die Nahbereichsdaten ergeben sich aus Fotos und terrestrischen Laserscanaufnahmen. Des Weiteren standen Daten der ALK (Automatisierte Liegenschaftskarte) zur Verfügung.
Nach der Erfassung und der Rekonstruktion der Geometrie ist die Textur von großer Bedeutung für die Darstellung. Luftbilder oder Nahbereichsfotos sind eine Möglichkeit Texturinformationen zu erhalten. Alternativ können künstliche Texturen mit speziellen Tools generiert oder einfach Farben verwendet werden.
1.2 3D-Modellierung
Grundsätzlich lassen sich mit der Verarbeitungssoftware entweder Regelflächen (vorwiegend für Gebäude) oder Freiformflächen modellieren. Das Hauptaugenmerk liegt auf der 3D-Modellierung von Gebäuden. Die spezifischen Modelle finden ihren Einsatz im CAD- oder GIS-Bereich. Dem gegenüber stehen die generischen Modelle. Bei den Modellparametern sind Größen wie die Anzahl der Teile oder deren Relationen vorgegeben. Bei den strukturellen Modellen sind die topologischen Relationen zwischen den verschiedenen Objektprimitiven vorgegeben. Die Anzahl der Teile ist im Gegensatz zu den Modellparametern allerdings frei. Das ermöglicht damit eine Darstellung von komplexeren Gebäuden.
Im besten Fall findet eine 3D-Modellierung automatisch statt. Interaktionen mit Operatoren finden aber grundsätzlich statt, da der Operator (Interpret) die Gesamtszene besser zu interpretieren weiß und Fehler in der Modellierung frühzeitig erkennt. Es gibt zwei Wege der Interaktion. Die korrektive Interaktivität strebt eine vollautomatische Rekonstruktion an, welche in einem interaktivem Prozess korrigiert wird. Bei der instruktiven Interaktion wählt der Operator die passenden Modelle aus.
Der Detaillierungsgrad soll die Darstellung der Modelle in einer Gesamtszene vereinfachen. Beim Basismodell werden die Gebäude durch einfache Quader ohne spezielle Dachformen repräsentiert, dadurch werden alle Gebäude als Flachdachgebäude dargestellt. Beim Blockmodell wird den Quadern, welche ein Gebäude repräsentieren, die realen Dachformen hinzugefügt. Das Detailmodell berücksichtigt auch wichtige Details wie Balkone, Erker, usw..
1.3 Nahbereichsphotogrammetrie
Die Zielsetzung der Nahbereichsphotogrammetrie ist eine möglichst exakte Dokumentation einer gegebenen Objektgeometrie. Als Teilgebiet der Photogrammetrie ist auch die photogrammetrische Vermessung im Nahbereich ein dreidimensionales Messverfahren, dem die zentralperspektivische Abbildung als mathematisches Modell zugrunde liegt. Aus dem Schnitt von mindestens zwei korrespondierenden, d.h. homologen, räumlich verschiedenen Bildstrahlen lässt sich ein Objektpunkt dreidimensional bestimmen. In der Stereophotogrammetrie werden dazu zwei Aufnahmen verwendet, in der Mehrbildphotogrammetrie ist die Anzahl der dabei beteiligten Bilder grundsätzlich nicht begrenzt.
Um eine ausreichende Genauigkeit und Detailerkennbarkeit zu erreichen, muss der Bildmaßstab entsprechend dem zur Verfügung stehenden Aufnahmesystem, im Falle unseres Projektes eine kalibrierte Nikon D100, sowie den äußeren Umgebungsbedingungen geeignet gewählt werden.
Die Schritte der weiterführenden digitalen Bildverarbeitung und –auswertung wurden im Projekt mit dem Programm PhotoModeller vorgenommen.
1.4 Luftbildphotogrammetrie
Die Luftbildphotogrammetrie macht es möglich, flächendeckende Informationen eines Gebietes zu erhalten, womit ein weites Spektrum von Anwendungsgebieten abgedeckt werden kann. Bestimmungselemente für eine photogrammetrische Auswertung sind Aufnahme- und Kameraparameter. Die äußere Orientierung beschreibt die Lage der Kamera im Raum zum Aufnahmezeitpunkt im Bezug auf das übergeordnete Koordinatensystem.
Für die Auswertung des Projekt stand ein Bildflug vom 23.05.2001 zur Verfügung, dessen Längs – und Querüberdeckung 60% beträgt. Die Bilder haben einen Bildmaßstab von 1 : 12000 und eine Grundauflösung von 14cm. Die analogen Bilder wurden mit einer Pixelgröße von 12 µm gescannt.
1.5 Luftgestütztes Laserscanning
Luftgestütztes Laserscanning wird zur dreidimensionalen Digitalisierung der Erdoberfläche von einem Flugzeug aus verwendet und ist durch einen weitgehend automatisierten Messablauf, einer vollständig digitalen Datenaufzeichnung und einer computergestützten Auswertung gekennzeichnet. Mit dem Global Positioning System (GPS) und Inertialen Navigationssystemen (INS) kann an Bord der Flugweg und die Sensororientierung direkt bestimmt werden. Die erreichbaren Genauigkeiten in Lage und Höhe liegen im Dezimeterbereich.
Grundlage für das dreidimensionale Stadtmodell von Hannover sind Laserscan-Daten. Aus diesen Daten wird ein Digitales Oberflächenmodell für das gescannte Gebiet gewonnen. Mit dem Programm ATOP werden daraus die Gebäudehöhen und Dachformen für die Blockmodelle erzeugt. Aus der automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) leitet das Programm die Lage und Grundrissinformationen der Gebäude ab. Die erzeugten Blockmodelle sind die Basis des Stadtmodells, des virtuellen Fluges und der Nahbereichsphotogrammetrie.
1.6 Terrestrisches Laserscanning
Das terrestrische Laserscanning hat sich aus dem luftgestützten Laserscanning entwickelt, das seit Jahren eine Alternative zur Luftbildphotogrammetrie in der Bestimmung der Geländeoberfläche ist; besonders im Nahbereich wird das terrestrische Laserscanning eingesetzt. Hierbei wird das Verfahren der Distanzmessung angewendet, die sich mit den verschiedenen Arten der Reflexion an Oberflächen befasst. Die Oberfläche eines Objektes wird berührungslos und vollständig digital erfasst. Die Erfassung der Punkte erfolgt zufällig, bzw. rasterförmig.
Bei der Laserscanneraufnahme wird die Oberfläche des zu vermessenden Objektes durch einen Laserstrahl automatisch abgetastet. Das Objekt wird vertikal und horizontal mit Hilfe eines Laserstrahls um eine konstante Schrittweite abgetastet. Dies geschieht durch eine optische Ablenkungseinheit. Durch die ständige Distanzmessung der Strahlenbündel und der Veränderung des Winkels der Ablenkungseinheit (Spiegel) werden polare 3D-Punkte gemessen. Die Distanzmessung erfolgt über die Laufzeit oder die Phasenverschiebung des Laserstrahls. Das Ergebnis einer Aufnahme ist eine 3D-Punktwolke im lokalen Scannersystem.
Bild 3: 3-D Punktwolke (Welfenschloss Hannover)
Zur Rekonstruktion von Gebäuden und anderen Objekten innerhalb eines 3D-Stadtmodells stehen eine große Anzahl von Datenquellen zur Verfügung. Diese lassen sich in zwei Bereiche unterteilen, den Fernbereich und den Nahbereich. In dem Projekt standen Bilder aus einem Bildflug und Daten aus einem luftgestützten Laserscan aus einem abgegrenzten Gebiet zur Verfügung. Die Nahbereichsdaten ergeben sich aus Fotos und terrestrischen Laserscanaufnahmen. Des Weiteren standen Daten der ALK (Automatisierte Liegenschaftskarte) zur Verfügung.
Nach der Erfassung und der Rekonstruktion der Geometrie ist die Textur von großer Bedeutung für die Darstellung. Luftbilder oder Nahbereichsfotos sind eine Möglichkeit Texturinformationen zu erhalten. Alternativ können künstliche Texturen mit speziellen Tools generiert oder einfach Farben verwendet werden.
2.2 3D-Modellierung
Grundsätzlich lassen sich mit der Verarbeitungssoftware entweder Regelflächen (vorwiegend für Gebäude) oder Freiformflächen modellieren. Das Hauptaugenmerk liegt auf der 3D-Modellierung von Gebäuden. Die spezifischen Modelle finden ihren Einsatz im CAD- oder GIS-Bereich. Dem gegenüber stehen die generischen Modelle. Bei den Modellparametern sind Größen wie die Anzahl der Teile oder deren Relationen vorgegeben. Bei den strukturellen Modellen sind die topologischen Relationen zwischen den verschiedenen Objektprimitiven vorgegeben. Die Anzahl der Teile ist im Gegensatz zu den Modellparametern allerdings frei. Das ermöglicht damit eine Darstellung von komplexeren Gebäuden.
Im besten Fall findet eine 3D-Modellierung automatisch statt. Interaktionen mit Operatoren finden aber grundsätzlich statt, da der Operator (Interpret) die Gesamtszene besser zu interpretieren weiß und Fehler in der Modellierung frühzeitig erkennt. Es gibt zwei Wege der Interaktion. Die korrektive Interaktivität strebt eine vollautomatische Rekonstruktion an, welche in einem interaktivem Prozess korrigiert wird. Bei der instruktiven Interaktion wählt der Operator die passenden Modelle aus.
Der Detaillierungsgrad soll die Darstellung der Modelle in einer Gesamtszene vereinfachen. Beim Basismodell werden die Gebäude durch einfache Quader ohne spezielle Dachformen repräsentiert, dadurch werden alle Gebäude als Flachdachgebäude dargestellt. Beim Blockmodell wird den Quadern, welche ein Gebäude repräsentieren, die realen Dachformen hinzugefügt. Das Detailmodell berücksichtigt auch wichtige Details wie Balkone, Erker, usw..
2.3 Nahbereichsphotogrammetrie
Die Zielsetzung der Nahbereichsphotogrammetrie ist eine möglichst exakte Dokumentation einer gegebenen Objektgeometrie. Als Teilgebiet der Photogrammetrie ist auch die photogrammetrische Vermessung im Nahbereich ein dreidimensionales Messverfahren, dem die zentralperspektivische Abbildung als mathematisches Modell zugrunde liegt. Aus dem Schnitt von mindestens zwei korrespondierenden, d.h. homologen, räumlich verschiedenen Bildstrahlen lässt sich ein Objektpunkt dreidimensional bestimmen. In der Stereophotogrammetrie werden dazu zwei Aufnahmen verwendet, in der Mehrbildphotogrammetrie ist die Anzahl der dabei beteiligten Bilder grundsätzlich nicht begrenzt.
Um eine ausreichende Genauigkeit und Detailerkennbarkeit zu erreichen, muss der Bildmaßstab entsprechend dem zur Verfügung stehenden Aufnahmesystem, im Falle unseres Projektes eine kalibrierte Nikon D100, sowie den äußeren Umgebungsbedingungen geeignet gewählt werden.
Die Schritte der weiterführenden digitalen Bildverarbeitung und –auswertung wurden im Projekt mit dem Programm PhotoModeller vorgenommen.
2.4 Luftbildphotogrammetrie
Die Luftbildphotogrammetrie macht es möglich, flächendeckende Informationen eines Gebietes zu erhalten, womit ein weites Spektrum von Anwendungsgebieten abgedeckt werden kann. Bestimmungselemente für eine photogrammetrische Auswertung sind Aufnahme- und Kameraparameter. Die äußere Orientierung beschreibt die Lage der Kamera im Raum zum Aufnahmezeitpunkt im Bezug auf das übergeordnete Koordinatensystem.
Für die Auswertung des Projekt stand ein Bildflug vom 23.05.2001 zur Verfügung, dessen Längs – und Querüberdeckung 60% beträgt. Die Bilder haben einen Bildmaßstab von 1 : 12000 und eine Grundauflösung von 14cm. Die analogen Bilder wurden mit einer Pixelgröße von 12 µm gescannt.
2.5 Luftgestütztes Laserscanning
Luftgestütztes Laserscanning wird zur dreidimensionalen Digitalisierung der Erdoberfläche von einem Flugzeug aus verwendet und ist durch einen weitgehend automatisierten Messablauf, einer vollständig digitalen Datenaufzeichnung und einer computergestützten Auswertung gekennzeichnet. Mit dem Global Positioning System (GPS) und Inertialen Navigationssystemen (INS) kann an Bord der Flugweg und die Sensororientierung direkt bestimmt werden. Die erreichbaren Genauigkeiten in Lage und Höhe liegen im Dezimeterbereich.
Grundlage für das dreidimensionale Stadtmodell von Hannover sind Laserscan-Daten. Aus diesen Daten wird ein Digitales Oberflächenmodell für das gescannte Gebiet gewonnen. Mit dem Programm ATOP werden daraus die Gebäudehöhen und Dachformen für die Blockmodelle erzeugt. Aus der automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) leitet das Programm die Lage und Grundrissinformationen der Gebäude ab. Die erzeugten Blockmodelle sind die Basis des Stadtmodells, des virtuellen Fluges und der Nahbereichsphotogrammetrie.
2.6 Terrestrisches Laserscanning
Das terrestrische Laserscanning hat sich aus dem luftgestützten Laserscanning entwickelt, das seit Jahren eine Alternative zur Luftbildphotogrammetrie in der Bestimmung der Geländeoberfläche ist; besonders im Nahbereich wird das terrestrische Laserscanning eingesetzt. Hierbei wird das Verfahren der Distanzmessung angewendet, die sich mit den verschiedenen Arten der Reflexion an Oberflächen befasst. Die Oberfläche eines Objektes wird berührungslos und vollständig digital erfasst. Die Erfassung der Punkte erfolgt zufällig, bzw. rasterförmig.
Bei der Laserscanneraufnahme wird die Oberfläche des zu vermessenden Objektes durch einen Laserstrahl automatisch abgetastet. Das Objekt wird vertikal und horizontal mit Hilfe eines Laserstrahls um eine konstante Schrittweite abgetastet. Dies geschieht durch eine optische Ablenkungseinheit. Durch die ständige Distanzmessung der Strahlenbündel und der Veränderung des Winkels der Ablenkungseinheit (Spiegel) werden polare 3D-Punkte gemessen. Die Distanzmessung erfolgt über die Laufzeit oder die Phasenverschiebung des Laserstrahls. Das Ergebnis einer Aufnahme ist eine 3D-Punktwolke im lokalen Scannersystem
2. Auswertesoftware2.1 inJECT
Bei inJECT handelt es sich um ein halbautomatisches Programm der Firma inpho zur Extraktion von 3D-Gebäuden aus digitalen Luftbildern. Es wurde entwickelt in Kooperation mit dem Institut der Photogrammetrie in Bonn. InJECT bietet eine Auswahl von Gebäudeprimitiven, welche einen Grossteil der Dachformen abdeckt. Das Programm arbeitet nicht im Stereo-View, sondern mit Einzelbildern. Die Bilder müssen zueinander orientiert sein und müssen überlappen, um photogrammetrisch die Höhe messen zu können. Die Maschine unterstützt den Nutzen in der Messung des dreidimensionalen Drahtgittermodells, indem sie die Dimensionen des Gebäudes automatisch misst. Eine Kombination von Grundprimitiven ermöglicht die Modellierung von komplexeren Gebäudestrukturen. Als Ergebnis erhält man ein 3D-Objekt mit Textur aus dem Luftbild in den Formaten VRML, ACIS und DXF.
Bild 4: Conti-Gebäudeam Königsworther Platz in Hannover
2.2 ATOP
Das Programm ATOP dient der automatischen Gebäuderekonstruktion aus luftgestützten Laserscan- und Gebäudegrundrissdaten des zu rekonstruierenden Bereiches. Zusätzlich kann ein Orthophoto des Gebietes in das Programm eingeladen werden, welches die Nachbearbeitung der erhaltenen Daten vereinfacht.
Der automatische Teil des Programms betrachtet jeweils nur einen Grundriss. Für diesen werden möglichst grundflächendeckend Primitive generiert, deren Dachform und Höhen an das digitale Oberflächenmodell angepasst werden. Dieses wird für alle Gebäude durchgeführt und man erhält so ein vorläufiges Stadtmodell. Dieses Stadtmodell ist größtenteils noch recht ungenau. So sind einerseits die Grundhöhen durch die Ableitungsart teilweise falsch, Dachformen falsch erkannt, Höhen falsch interpoliert und die Grundfläche ungünstig abgedeckt.
Daher ist eine Nachbearbeitung für ein genaueres Modell unerlässlich. Man kann existierende Primitive bearbeiten, löschen oder neue Primitive hinzufügen. Die Daten lassen sich im VRML Format und im *.dxf exportieren. Zusätzlich zu den reinen Primitiven lassen sich auch die Dachtexturen exportieren, wenn ein Orthophoto in das Programm importiert worden ist.
Bild 5: Bearbeitungsbeispiel aus ATOP
2.3 Cyra´s Cyclone
Die Laserscanner Software Cyclone der Firma LEICA ist ein Modellierungs- und Bearbeitungstool zur Visualisierung und Verarbeitung von 3-D-Punktwolken. Es ist möglich, ein Objekt von den verschiedensten Stellen aus zu betrachten oder sich durch das virtuelle Modell zu bewegen. Die Software unterstützt die Verknüpfung von einzelnen Scans mittels Zielmarken, Kugeln, modellierten Objekten oder identischen Punkten. Die resultierenden Punktwolken können in 3-D-Modelle überführt werden. Bibliotheken mit Objekten wie Stahlträgern, Bögen usw. ergänzen die geometrischen Objekte, müssen allerdings zusätzlich zum Standardsoftwarepaket angeschafft werden. Mittels Cyclone können auch topographische Geländeaufnahmen bearbeitet und z.B. von störenden Daten gesäubert werden. Außerdem wird sowohl der Import von GPS- Daten unterstützt als auch die Berechnung von Geländemodellen über Dreiecksvermaschung ermöglicht.
Bild 6: Modell des Leineschlosses in Cyclone
2.4 3D-Studio-Max 5
3D-Studio-Max 5 dient neben dem Modellieren von Flächen und Körpern auch zur Texturierung und Animation dieser Objekte. Bei der Handhabung von 3DS-Max sind vier unterschiedliche Koordinatensysteme relevant. Zum einen das lokale Koordinatensystem, das sich auf ein einzelnes Objekt bezieht und das Welt-Koordinatensystem, das sich auf die gesamte Szene bezieht. Zum anderen das Pixel-Koordinatensystem für die Lage des Pixels im zweidimensionalen Bild und das UVW-Koordinatensystem für die Lage der Map (Texturbild) bzw. des Materials auf dem Objekt. Zur leichteren Objektbetrachtung und Orientierung im Raum erlauben unterschiedliche Ansichtsfenster, den Inhalt der Szene aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Für die Modellierung, Texturierung und Animation von 2D- oder 3D-Objekten existiert eine große Palette von Werkzeugen.
Bild 7: Orientieren von Bildern In Photo Modeler
2.5 Photo Modeler
PhotoModeler ist eine Software zur Extraktion von Textur- und 3D-Informationen aus 2D-Vorlagen. Man kann jedes Objekt, das in mindestens 2 Photos zu Verfügung steht, dreidimensional modellieren und vermessen. Je nach Auflösung bzw. Detaillierung des Bildes kann ein Objekt den Anforderungen des Benutzers in Bezug auf Genauigkeit entsprechen. Aus den erstellten Modellen können sofort entzerrte, exakt vermessene Orthogonalansichten erzeugt und später exportiert werden. So lassen sich 3D-Modelle für Präsentationen, Animationen oder auch Designstudien erstellen.
2.6 Photoshop
Photoshop ist ein sehr komplexes Bildbearbeitungsprogramm, das viele verschiedene Bearbeitungsmöglichkeiten bietet. Unter anderem ist Photoshop geeignet zur Entzerrung von Bildern, besonders für Häuserfassaden. Mit Hilfe von Hilfslinien wird ein Rechteck um die Fassade gezogen. Unter dem Programmmenu „Transformieren“ passt man das Bild der Fassade so an bis es in das Rechteck passt. Durch diese Bearbeitung werden die Pixel im Bild gedehnt und gestaucht und man erhält ein entzerrtes Bild.
Da die Aufnahme von Gebäudefassaden nicht immer auf ein Bild passt, müssen mehrere Aufnahmen von dem Objekt gemacht werden. Photoshop ermöglicht eine Bearbeitung der Bilder auf mehrere Ebenen, d.h. man erzeugt ein leeres „Bild“ und lädt die einzelnen Bilder in die verschiedenen Ebenen. Nach der Entzerrung der Bilder, müssen diese nur noch skaliert und miteinander verknüpft werden. Die Modellierung findet in den einzelnen Ebenen statt. Wenn die Objekte nach der Bearbeitung zusammenpassen, werden diese auf die letzte Ebene reduziert und man erhält ein Bild. Durch das Programmmenu „Kontrast- und Gradationseinstellungen“ können die einzelnen Bilder bzgl. des Kontrasts aufeinander abgestimmt werden.
Bild 8: Bildentzerrung mit Photoshop (Marktkirche Hannover)
2.7 Geomagic Studio 6
Geomagic Studio ist ein automatisiertes Programm zur Flächenrückführung, um aus physischen Teilen fertigbare Modelle zu erstellen. Es generiert aus Messdaten hochgenaue CAD-Modelle. Dabei findet es Anwendung in der Herstellung von Konsumgütern, Auftragsfertigung, Neugenerierung von Altteilen, in der Medizinischen Forschung, sowie in der FEA und CFD-Analyse (Finite Element Analyses, Computer Fluid Dynamics).
Die importierten Scandaten der einzelnen Scannerstandpunkte werden als Punktwolken dargestellt und können zu einer Gesamtpunktwolke zusammengeführt werden, indem übereinstimmende Referenzpunkte in den jeweiligen Punktwolken ausgewählt werden. Nach dem Löschen von Ausreißern, Minimierung des Rauschens, Ausdünnung der Punktmenge und der Triangulation entsteht ein fertiges Polygon-Modell. Sollten im Objekt noch Löcher, durch Unzugänglichkeiten des Scanners, enthalten sein, so können diese eben, oder krümmungsbasiert gefüllt werden.
Bild 9: Flächenmodell des Niedersachsen-Pferdes
2.8 TreeFinder
Um die Gesamtszene anschaulicher zu gestalten soll auch die Vegetation, in diesem Fall ausschließlich Bäume, mit in die 3D-Szene von Hannover mit aufgenommen werden.
Dr.-Ing. Bernd-Michael Wolf (geb. Straub) hat im Rahmen seiner Dissertation ( Straub, Automatische Extraktion von Bäumen aus Fernerkundungsdaten, 2003 ) ein Programm zur automatischen Extraktion von Bäumen aus Fernerkundungsdaten entwickelt, den wir zur Extraktion von Bäumen genutzt haben. Um den TreeFinder effektiv nutzen zu können sind Vorarbeiten notwendig. Die Gesamtszene, die als Laserscan und als georeferenzierter Bildflug zu Verfügung steht, muss aufgeteilt werden, d.h. es müssen Bildkacheln erstellt werden. Diese Kacheln müssen erstellt werden, weil das Programm auf bestimmte Datenmengen beschränkt ist. Aus der Gesamtszene werden drei Kacheln erstellt.
Die Gesamtszene liegt in verschiedenen spektralen Formaten vor, d.h. verschiedene Spektralkanäle werden zur automatischen Extraktion genutzt. Die Daten der verschiedenen Spekrtralkanäle werden einzeln mit ERDAS – Imagine zurechtgeschnitten. Die Höhe der Bäume wird aus den Daten des Laserscans ermittelt und den einzelnen Bäumen zugeordnet.
Bei den verschiedenen Spektralkanalbildern muss explizit darauf geachtet werden, dass die jeweiligen Eckkoordinaten die gleichen Werte haben. Ebenso müssen die „Löcher“ im Laserscan entfernt werden, in dem diese Bereiche ausgeblendet werden und somit nicht mit in die Betrachtung mit eingehen, damit die Bäume auch ihre „wahre“ Höhe zugewiesen bekommen und nicht falsche Werte bekommen.
Bild 10: VRML-Modell von Bäumen
3. Ausblick
In der Zukunft wird es einen steigenden Bedarf an dreidimensionalen Stadtmodellen geben. Daher ist es notwendig, an den Technologien und Prozeduren zu arbeiten.
Durch die stetige Weiterentwicklung der Computerhardware und –software wird die Handhabung von immer größeren Datenmengen und komplizierteren Verarbeitungsalgorithmen möglich. Dadurch kann man umfangreichere, detailliertere und besser texturierte Modelle nutzen.
Die Verwendung verschiedener Detaillierungsgrade (level-of-detail) dient einer ansprechenderen, verbesserten Visualisierung, die trotzdem relativ schnell ist. Dabei werden Gebäude in der Nähe des Beobachters in höchster Auflösung und genauster Modellierung dargestellt. Objekte in mittlerer Entfernung werden durch die Hauptprimitive mit relativ einfacher Textur, weit entfernte Gebäudemodelle als einfarbiger Quader dargestellt. Dadurch lässt sich die grafische Darstellung beschleunigen, da für die weit entfernten Gebäude keine Textur berechnet werden muss.
Als eine Möglichkeit für die Darstellung der mittlere Genauigkeitsstufe bietet sich die Pseudotextur an. Dabei wird, anstelle einer niedrig aufgelösten Textur, ein sich wiederholendes Muster verwendet, für Gebäude beispielsweise stilisierte Backsteine. Der Vorteil hierbei ist, dass mehrere Gebäude die gleiche Pseudotextur verwenden können. Somit kann Speicherkapazität gespart werden.
Konnten diese Punkte realisiert werden, ist es möglich, auch in relativ großen dreidimensionalen Stadtmodellen frei zu navigieren, also sich im Modell auf frei gewählten Routen zu bewegen und einzelne Objekte aus vielen verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Dies ist in sofern wichtig, da für jeden Nutzer andere Punkte des Modells interessant sind und alle diese Punkte nur sehr kompliziert und unzureichend über festgelegte Routen abgedeckt werden können.
Eine Möglichkeit der Erweiterung eines frei navigierbaren Modells wäre, dass man den Gebäuden zusätzliche Attribute und Informationen zuweist. So könnte man sich per Mausklick auf ein Gebäude zusätzliche Informationen anzeigen lassen, wie zum Beispiel je nach Anwendungsbereich Öffnungszeiten öffentlicher Gebäude, aktuelle Angebote von Kaufhäusern, einem Ausschnitt eines aktuellen Stückes bei Opern und Theatern oder auch nur Links zu den Internetseiten der Betreiber.
Auch für der Erfassung und Bearbeitung der Rohdaten gibt es für die Zukunft noch Entwicklungsmöglichkeiten.
Des weiteren schreitet die Verbesserung digitaler Kameras voran, sowohl im Hinblick auf die Auflösung als auch auf die Stabilität der inneren Orientierung. Dadurch lassen sich die Bilder besser und genauer auswerten.
Im Vergleich zum Bereich der Photogrammetrie befindet sich das Laserscanning noch im Anfangsstadium. Insbesondere an der Verbesserung von Messauflösung und -genauigkeit der Laserscanner wird geforscht.
Auch die Verarbeitungssoftware sowohl für Fotos, als auch für Laserscannerdaten entwickelt sich weiter und eine Automatisierung wird angestrebt.
