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1 Terrestrisches Laserscanning Darstellung von Messund Auswerteprozessen H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 1

2 Software Produkte unterstützen den kompletten Mess- und Auswerteprozess: Datenerfassung (Scan) Orientierung (Registrierung) der Punktwolken Objektbildung Datenaustausch mit 3rd party Produkten, z. B. Scan-Import über PTS/PTX-Formate Export von Punktwolken (zur Modellbildung im CAD) Export von Objekten (zur CAD Aufbereitung) H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 2

3 Software Producer Type Link to Producer Inn.Tec s.r.l. Reconstructor, Surveyor InnovMetric Software Polyworks Modeler INUS Technology RapidForm Instituto Universitario di Architettura di Venezia OrthoLaser kubit GmbH PointCloud metrologic group Metrolog II Leica Geosystems Cyclone / Cloud Works Paraform Paraform Raindrop Geomagic Geomagic Studio SDRC Imageware Surfacer 3rd Party Z+F UK Ltd. Light Form Modeller Quelle: Hersteller H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 3

4 Hersteller-Software Z+F Scannersteuerung Registrierung (Targetmessung) Georeferenzierung LR Control + LR Viewer ZF LaserControl ZF LaserControl(D) LFM (UK) ZF LaserControl / Neptan (D) LFM (UK) Objektbildung LFM und LFM Server (UK) H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 4

5 Hersteller-Software Z+F H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 5

6 Z+F LaserControl Bedienung über Notebook/PC Visualisierung und Kontrolle der Scandaten Direkte Messfunktionen Verknüpfung von digitalem Bildmaterial Umfangreiche Exportfunktion H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 6

7 Z+F Light Form Modeller Familie LFM Modeller Erstellen von 3D Modellen Leistungsstarker Modellieralgorithmus Diverse Exportschnittstellen LFM Server Generieren von Datenbanken Kollisionsprüfung zwischen Punktwolke und 3D Modell Erstellen von Rohrleitungen Optional: Autodesk AutoCAD / Bentley Microstation LFM NetView Datenaustausch via Internet Kommunikationstool H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 7

8 VSF & JRC 3D Reconstructor Visual Sensor Fusion : Verknüpfung von 3D-Punktwolken mit 2D-Fotos Bestimmung der Tätergröße JRC 3D Reconstructor : Messfunktionen Punktwolkencolorierung / Textuierung Soll-Ist-Vergleich H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 8

9 Z+F Software: Datenformate AutoCAD 3D Microstation SE & J & V8 Autoplant (Intelligent) PDS via Microstation AVEVA PDMS (11.6) & AVEVA Review (6.3) Smart Plant Review Bentley Plantspace über Microstation Factory CAD Envision/IGRIP Cyclone, Leica Alle anderen Systeme die einen Import von ASCII Daten unterstützen H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 9

10 Hersteller-Software: Leica-Geosytems Scannersteuerung Registrierung (Targetmessung) Georeferenzierung Objektbildung Cyclone Scan Cyclone Register Cyclone Register Cyclone Model / Cloudworx H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 10

11 Leica Cyclone 7.0 Modulübersicht SCAN VIEWER REGISTER SURVEY MODEL SERVER H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 11

12 Leica Cyclone SCAN Erfassen von Laserscans SmartScan Technology Georeferenzierung im Feld Autom. Zielmarkenerkennung, -extrahierung und -prüfung Prüfung der Scans durch externe Messungen Polygonierung, Freie Stationierung, Absteckung, Aufstellung über bekanntem Punkt (ScanStation C10) Automatische Punktwolkeneinfärbung H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 12

13 Leica Cyclone SCAN Erfassen von Laserscans Steuerung der Scanauflösung über Laptop automatische Zielmarkenerfassung, Polygonierung & Freie Stationierung Kalibrierungstest, Kontrolle durch Zwei-Achs-Kompensator, Steuerung von Leica Scannern H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 13

14 Leica Cyclone REGISTER Verknüpfung und Georeferenzierung Unterstützt Daten von Leica Geosystems HDS-Scannern und anderer Hersteller Automatische Verknüpfung von Zielmarken oder 3D-Objekten Einfache Georeferenzierung zu Vermessungsoder Kontrolldaten Genaueste Punktwolken-Registrierung H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 14

15 Leica Cyclone REGISTER Verknüpfung und Georeferenzierung Kombination aller möglichen Registrierungsarten Zielmarken, Punktwolken Objekte Funktionsgestützte systematische Bedienung Detaillierte Statistiken und Histogramme H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 15

16 Leica Cyclone REGISTER Verknüpfung und Georeferenzierung Objektdatenbank-Technologie für effiziente Datenverwaltung Registrierung durch Methoden der Bündelblockausgleichung H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 16

17 Leica Cyclone MODEL Bearbeitung von Punktwolken Mehrere Visualisierungsmodi Texture Mapping und Orthophotos Objektbearbeitung Architektur und Anlagenbau: Best-Fit -Modellierung, Objektkataloge, Kollisionserkennung Automatisierte Modellierung von Rohrverläufen H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 17

18 Leica Cyclone MODEL Bearbeitung von Punktwolken Hoch-/Tiefbau und andere Branchen: As-Built -Dokumentation, Höhenlinien und Querprofile Vermaschung, Volumina, Flächen, Durchfahrtshöhen Zahlreiche Import-/Exportmöglichkeiten H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 18

19 Leica Cyclone MODEL Bearbeitung von Punktwolken Messen Bearbeiten großer Punktwolken Visualisierung 3D-Modellierung Bearbeitung von Rohrsystemen H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 19

20 Leica Cyclone SERVER Paralleles Bearbeiten von Laserscandaten Shared/Unshared Modus Single/multi-processor computers Bis zu 10 gleichzeitig arbeitende Benutzer Server verhindert Datenredundanzen Unterstützt alle Cyclone u. CloudWorx Anwendungen Simultaner multi-user access H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 20

21 Leica Cyclone Datenaustausch Import Export Daten von CAD über COE (Cyclone Object Exchange) Kontrolldaten aus ASCII- Formaten X-Function DBX Punktdaten in Standardformaten: XYZ, PTS, PTX, DXF X-Function DBX, Land XML Punktdaten in speziellen Formaten: PTG, PTZ, ZFS, TOPO pci & cwf Bild- und Modelldaten: COE, BMP, JPEG, TIFF H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 21

22 Leica Cyclone VIEWER Kostenfreie Software zur Navigation in 3D Punktwolken und 3D Modellen Zahlreiche Funktionen, wie das Messen von Distanzen, Markieren und Beschriften Cyclone Objektdatenbank ermöglicht gleichzeitiges Bearbeiten von Laserscandaten H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 22

23 Leica True View Leica TruView ist eine Software zur Betrachtung und Durchführung von Messungen innerhalb grosser Punktwolken, auch ohne Erfahrung im Laserscanning, in CAD oder 3D-Technologie. Erlaubt einfaches Messen, Markieren und Bemassen TrueViews werden aus Cyclone heraus erstellt H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 23

24 Leica True View H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 24

25 Projektablauf Erfassung Objektbildung Modellbildung Scannen Verknüpfen der Scans Tachymetrie H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 25

26 Örtliche Aufnahme Scannersteuerung LaserControl / LR Viewer ZF Registrierung (Targetmessung) LR Viewer (D) ZF Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D) ZF Objektbildung Cyclone Model / Cloudworx LG Modellbildung MicroStation / Sketchup B/ GE H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 26

27 Projektablauf: Örtliche Aufnahme H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 27

28 Targetmesung Scannersteuerung LaserControl / LR Viewer ZF Registrierung (Targetmessung) LR Viewer (D) ZF Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D) ZF Objektbildung Cyclone Model / Cloudworx LG Modellbildung MicroStation / Sketchup B/ GE H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 28

29 Targetmessung H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 29

30 Georeferenzierung Scannersteuerung LaserControl / LR Viewer ZF Registrierung (Targetmessung) LR Viewer (D) ZF Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D) ZF Objektbildung Cyclone Model / Cloudworx LG Modellbildung MicroStation / Sketchup B/ GE H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 30

31 Georeferenzierung Jede Laserscanner-Aufnahme befindet sich zunächst in einem lokalen Koordinatensystem. Ziel: Georeferenzierung Z Z Y aller Scans in einem übergeordneten Y X X Koordinatensystem. Für die Transformation der einzelnen lokalen Systeme müssen pro Scan mindestens 4 Targets gemessen werden H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 31

32 Georeferenzierung Bestimmt werden in Bezug auf das übergeordnete XYZ-System für jeden Scan: 3 Standpunktskoordinaten Translationen (Ursprung des jeweiligen Scanner-Systems) 3 Drehwinkel Rotationen 3-D Helmert-Transformation (6 Parameter, Maßstab = 1) Mit dem in Z+F LaserControl integrierten System NEPTAN ist eine simultane Bestimmung der Transformationsparameter aller Scans möglich. H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 32

33 Georeferenzierung 37 verknüpfte Punktwolken in der 3D Ansicht nach räumlicher Blockausgleichung mit dem System NEPTAN Scannerpositionen H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 33

34 Georeferenzierung Lokale Systeme (L1-L4) in benachbarte lokale Systeme oder Globales System (G) Einzel-Scan: Verknüpfung über räumliche Helmert-Transformation (6 Parameter, Massstab=1) oder Gesamtheit der Scans: Räumliche Block-Ausgleichung, d.h. simultane Bestimmung der Transformationsparameter H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 34

35 Georeferenzierte Punktwolke H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 35

36 Georeferenzierte Punktwolke Eigenschaften: Einheitliches Datum Basis für ausgewählte Messungen (elektronischerzollstock) Basis für lokale oder ganzheitliche Objektbildung i.d.r. kein Endergebnis! Cyclone Viewer kostenlos! H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 36

37 Auswertung (Objektbildung) Erfassung Objektbildung Modellbildung Gefilterte Scan-Daten Ableiten geometrische Elemente Werkzeug: Cyclone, Cloudworx H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 37

38 Objektbildung Scannersteuerung LaserControl / LR Viewer ZF Registrierung (Targetmessung) LR Viewer (D) ZF Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D) ZF Objektbildung Cyclone Model / Cloudworx LG Modellbildung MicroStation / Sketchup B/ GE H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 38

39 Objektbildung Cyclone CloudWorx for AutoCAD AutoCAD users can work efficiently with large point clouds directly using AutoCAD tools and commands! The Cyclone CloudWorx application adds simple tools for viewing and working with slices of point cloud data to speed up 2D drawing creation. Powerful new modeling tools enable as-built piping models to be created from point cloud data in the AutoCAD environment. Vergleichbare Produkte z. B. auch für Z&F Light Form Modeler H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 39

40 Objektbildung Bentley CloudWorx (MDL-Applikation) Bentley CloudWorx features powerful new tools to improve the workflow and reduce the time to work with point clouds and generate deliverables. Server and database configuration, point cloud management, and modeling of cylinders from point clouds all contribute to the process of working with point clouds in the CAD environment. Vergleichbare Produkte z. B. auch für Z&F Light Form Modeler H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 40

41 Prinzip der Objektbildung Jedes Objekt kann durch Regel-Geometrien beschrieben werden, z. B. Zylinder, Kugeln, Ebenen, Das Objekt wird durch best angepasste Geometrie aus der Punktwolke modelliert: die Regel-Geometrie wird vom Anwender in der Auswertesoftware vorgegeben, deren Lage, Größe und Orientierung wird durch einen Kleinste-Quadrate Schätzung berechnet. H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 41

42 Objektbildung: Beispiel Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 EBENE Punktwolke Auswahl der Regelgeometrie Objektbildung Ebene in der Punktwolke H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 42

43 Objektbildung: Beispiel Georeferenzierte Z+F Punktwolken in Cyclone (Leica Geosystems) H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 43

44 Objektbildung: Beispiel Punktwolke und modellierte Objekte in Cyclone H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 44

45 Datentransfer Bidirektionaler Transfer der ausgewerteten Objekte (COE-Schnittstelle) Von Cyclone CAD Vom CAD Cyclone H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 45

46 Software Cyclone COE Data Transfer for AutoCAD or for MicroStation Efficient Software Utility for Robust Two-Way Data Transfer Cyclone Object Exchange (COE) Data Transfer is a free software utility for exchanging data between Cyclone software modules and AutoCAD (2000 or higher) and MicroStation (SE, /J and V8) software. This robust data transfer software minimizes data compatibility issues and reduces time-consuming office work that might otherwise be required to process models generated from point clouds within AutoCAD or MicroStation. The two-way data transfer provides convenient workflow options. H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 46

47 Modellierung Erfassung Objektbildung Modellbildung Scan-Daten filtern Ableiten geometrische Elemente Geometrische Elemente im CAD verarbeiten H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 47

48 Modellierung: Beispiel Optimiertes Flächenmodell in MicroStation V8 (Bentley Systems) H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 48

49 Modellierung: Beispiel Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Punktwolke Objektbildung Ebene in der Punktwolke Texturiertes 3D-Modell im CAD-System H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 49

50 Modellierung mittels Dreiecksvermaschung Kleine Modelle (max. 5 Mio. Punkte) können über eine Dreiecksvermaschung digitalisiert werden RapidForm 2004PP2 (INUS Technologie) ist ein Softwarepaket zur Erstellung geometrischer Volumenmodelle auf der Basis von Dreiecksvermaschungen H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 50

51 Modellierung mittels Dreiecksvermaschung Eine automatisierte Bearbeitung der Daten ist nur teilweise möglich und bedarf einer aufwändigen manuellen Nachbearbeitung Hole-Filling (Löcher schließen) Smoothing (Glättung der Oberfläche) Tweaking Polygon (Iterative Annäherung des Modells an Punktwolke) Simplification (Reduktion der Oberflächeninformationen) H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 51

52 Dreiecksvermaschung: Beispiel Bei dem Volumenmodell handelt es sich um ein archäologisches Objekt 5 Scans mit Überlappungsbereich 10 Targets zur Verknüpfung der Punktwolken keine Tachymetrie Datenvolumen: ca. 5,2 Mio Punkte Dateigröße: ca. 180 MByte Animierte Punktwolke farblich codiert H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 52

53 Dreiecksvermaschung: Beispiel Bearbeitung der Punktwolke in RapidForm Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Hole-Filling - rot markierte Löcher werden gefüllt Smoothing - Glättung der Oberfläche Tweaking Polygon Iterative Annäherung H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 53

54 Texturemapping Über Verknüpfungspunkte im Bild und im Modell kann das Objekt texturiert werden Struktur und Form des Objektes haben Auswirkung auf die Qualität der Texturierung H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 54

55 Projektablauf Erfassung Objektbildung Modellbildung Geometrische Elemente 3D-Modell Punktwolke vs. Modell Orthophoto Höhenlinienplan H.-J. Przybilla Mess- und Auswerteprozesse 55

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