Terrestrisches Laserscanning (TLS) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 1

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1 Terrestrisches Laserscanning (TLS) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 1

2 Terrestrisches Laserscanning Grundlagen Technische Aspekte marktgängiger Systeme Darstellung von Mess- und Auswerteprozessen Vergleich des TLS mit aktuellen geodätisch-photogrammetrischen Verfahren Anwendungen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 2

3 Terrestrisches Laserscanning Darstellung von Mess- und Auswerteprozessen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 3

4 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) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 4

5 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 3rd Party metrologic group Metrolog II Quelle: HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 5

6 Software Producer Type Link to Producer Leica Geosystems Cyclone / Cloud Works Paraform Paraform Raindrop Geomagic Geomagic Studio SDRC Imageware Surfacer Z+F UK Ltd. Light Form Modeller Hersteller Quelle: HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 6

7 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) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 7

8 Hersteller-Software Z+F HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 8

9 Z+F Lasercontrol Bedienung über Notebook/PC Visualisierung und Kontrolle der Scandaten Direkte Messfunktionen Verknüpfung von digitalem Bildmaterial Umfangreiche Exportfunktion HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 9

10 Z+F Light Form Modeler 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 10

11 Z+F Light Form Modeler Familie LFM NetView Datenaustausch via Internet Kommunikationstool HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 11

12 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 12

13 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 13

14 Leica Geosystems Scannersteuerung Registrierung (Targetmessung) Georeferenzierung Objektbildung Cyclone Scan Cyclone Register Cyclone Register Cyclone Model / Cloudworx HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 14

15 Leica Cyclone Module SCAN VIEWER REGISTER SURVEY MODEL SERVER HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 15

16 Leica Cyclone 7.0 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 16

17 Leica Cyclone 7.0 Scan Erfassen von Laserscans Steuerung der Scanauflösung über Laptop automatische Zielmarkenerfassung, Polygonierung & Freie Stationierung Kalibrierungstest, Kontrolle durch Zwei-Achs-Kompensator, Steuerung von Leica Scannern HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 17

18 Leica Cyclone 7.0 Register Verknüpfung und Georeferenzierung Unterstützt Daten von Leica Geosystems HDS-Scannern und anderer Hersteller Automatische Verknüpfung von Zielmarken oder 3D-Objekten Einfache Georeferenzierung zu Vermessungs- oder Kontrolldaten Punktwolken-Registrierung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 18

19 Leica Cyclone 7.0 Register Verknüpfung und Georeferenzierung Kombination aller möglichen Registrierungsarten Zielmarken, Punktwolken Objekte Funktionsgestützte systematische Bedienung Detaillierte Statistiken und Histogramme HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 19

20 Leica Cyclone 7.0 Register Verknüpfung und Georeferenzierung Objektdatenbank-Technologie für effiziente Datenverwaltung Registrierung durch Methoden der Bündelblockausgleichung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 20

21 Leica Cyclone 7.0 Model Bearbeitung von Punktwolken Mehrere Visualisierungsmodi Texture Mapping und Orthophotos Objektbearbeitung Architektur und Anlagenbau: Best-Fit -Modellierung, Objektkataloge, Kollisionserkennung Automatisierte Modellierung von Rohrverläufen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 21

22 Leica Cyclone 7.0 Model Bearbeitung von Punktwolken Hoch-/Tiefbau und andere Branchen: As-Built -Dokumentation, Höhenlinien und Querprofile Vermaschung, Volumina, Flächen, Durchfahrtshöhen Zahlreiche Import-/Exportmöglichkeiten HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 22

23 Leica Cyclone 7.0 Model Bearbeitung von Punktwolken Messen Bearbeiten großer Punktwolken Visualisierung 3D-Modellierung Bearbeitung von Rohrsystemen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 23

24 Leica Cyclone 7.0 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 24

25 Leica Cyclone 7.0 Datenaustausch Import Daten von CAD über COE (Cyclone Object Exchange) Kontrolldaten aus ASCII- Formaten X-Function DBX Export 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 25

26 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 26

27 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 27

28 Leica True View HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 28

29 Projektablauf Erfassung Objektbildung Modellbildung Scannen Verknüpfen der Scans Tachymetrie HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 29

30 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 30

31 Projektablauf: Örtliche Aufnahme HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 31

32 Targetmessung 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 32

33 Targetmessung HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 33

34 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 34

35 Georeferenzierung Jede Laserscanner-Aufnahme befindet sich zunächst in einem lokalen Koordinatensystem. Ziel: Georeferenzierung aller Z Y X Z Y X Scans in einem übergeordneten Koordinatensystem. Für die Transformation der einzelnen lokalen Systeme müssen pro Scan mindestens 4 Targets gemessen werden HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 35

36 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) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 36

37 Georeferenzierung Mit dem in Z+F LaserControl integrierten System NEPTAN ist eine simultane Bestimmung der Transformationsparameter aller Scans möglich. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 37

38 Georeferenzierung 37 verknüpfte Punktwolken in der 3D Ansicht nach räumlicher Blockausgleichung mit dem System NEPTAN Scannerpositionen HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 38

39 Georeferenzierung BA-Arbeit 2011: A. Lendzian & S. Räder HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 39

40 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 40

41 Georeferenzierte Punktwolke HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 41

42 Georeferenzierte Punktwolke BA-Arbeit 2011: A. Lendzian & S. Räder HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 42

43 Georeferenzierte Punktwolke Eigenschaften: Einheitliches Datum Basis für ausgewählte Messungen (elektronischerzollstock) Basis für lokale oder ganzheitliche Objektbildung i.d.r. kein Endergebnis! Cyclone Viewer kostenlos! HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 43

44 Auswertung (Objektbildung) Erfassung Objektbildung Modellbildung Gefilterte Scan-Daten Ableiten geometrische Elemente Werkzeug: Cyclone, Cloudworx HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 44

45 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 45

46 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 46

47 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 47

48 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 48

49 Objektbildung: Beispiel Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 EBENE Punktwolke Auswahl der Regelgeometrie Objektbildung Ebene in der Punktwolke HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 49

50 Objektbildung: Athribis Tempel Georeferenzierte Z+F Punktwolken in Cyclone (Leica Geosystems) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 50

51 Objektbildung: Athribis Tempel Punktwolke und modellierte Objekte in Cyclone HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 51

52 Datentransfer Bidirektionaler Transfer der ausgewerteten Objekte (COE-Schnittstelle) Von Cyclone CAD Vom CAD Cyclone HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 52

53 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 53

54 Modellierung: Beispiel Erfassung Objektbildung Modellbildung Gefilterte Scan-Daten Ableiten geometrische Elemente Werkzeug: Cyclone, Cloudworx HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 54

55 Modellierung: Beispiel Optimiertes Flächenmodell in MicroStation V8 (Bentley Systems) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 55

56 Modellierung: Beispiel Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Punktwolke Objektbildung Ebene in der Punktwolke Texturiertes 3D-Modell im CAD-System HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 56

57 Modellierung: Lucius-Kirche BA-Arbeit 2011: A. Lendzian & S. Räder HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 57

58 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 58

59 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) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 59

60 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 60

61 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 61

62 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 62

63 Projektablauf Erfassung Objektbildung Modellbildung Geometrische Elemente 3D-Modell Punktwolke vs. Modell Orthophoto Höhenlinienplan HS BO Lab. für Photogrammetrie: Mess- und Auswerteprozesse 63