Baugeschichtliche 3D-Dokumentation des Alt- Segeberger Bürgerhauses durch Photogrammetrie und terrestrisches Laserscanning

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1 Denkmäler3.de Zeche Zollern, Dortmund Oktober 2013 Thomas P. Kersten, Nils Hinrichsen, Maren Lindstaedt, Christoph Weber, Kristin Schreyer & Felix Tschirschwitz Baugeschichtliche 3D-Dokumentation des Alt- Segeberger Bürgerhauses durch Photogrammetrie und terrestrisches Laserscanning

2 Inhalt des Vortrages Einführung Das Alt-Segeberger Bürgerhaus Arbeitsablauf Objektaufnahme Modellierung Visualisierung Fazit & Ausblick

3 1. Einführung 3D-Erfassung des Bürgerhauses (Innen & Außen) im Apr./Aug Studierende der Studiengänge Geomatik der Einsatz modernster Messtechnologie zur 3D-Erfassung Kooperation mit einem Historiker Aufgabe 3D-Modellierung des Bürgerhause inkl. Bauphasen Ziel interaktive Visualisierung des 3D-Modells bzw. Gebäudes

4 3. Das Alt-Segeberger Bürgerhaus Alt-Segeberger Bürgerhaus = älteste Haus der Stadt Segeberg Dendrochronologischen Analyse der Bauhölzer Eingrenzung der Dielendeckenbalken auf den Winter 1540/41 Nach vollständigen Zerstörung Segebergs Errichtung (1541) als einfaches Hallenhaus in Fachwerkbauweise mit Ziegelausfachung Erweiterung & Umbau in folgenden Jahrhunderten (6 Bauphasen) Erhaltenes kleinstädtisches Bürgerhaus Schleswig-Holsteins aus der beginnenden Frühen Neuzeit Entwicklungsgeschichte bürgerlicher Wohnkultur über fast 500 Jahre anhand eines einzigen Gebäudes

5 Segeberg (Braun-Hogenberg, 1588) 3. Das Alt-Segeberger Bürgerhaus

6 3. Das Alt-Segeberger Bürgerhaus 1. Bauphase: 1541 bis 1584/ Bauphase: 1584/1588 bis ca Bauphase: 1805 bis Bauphase: 1814 bis 1890er 5. Bauphase: 1890er bis Bauphase: ab 1963/64 bis 2013

7 3. Arbeitsablauf Laserscanning Außen & Innen Z+F IMAGER 5006i Panoramafotographie Nikon D40 Photogrammetrische Aufnahme (Nikon D90) Registrierung Scandaten (Z+F LaserControl) RGB-Einfärbung der Scans (Z+F LaserControl) Filterung & Segmentierung (Z+F LaserControl) Berechnung der Panoramen (PTGui) Erstellen einer virtuellen Tour Bündelblockausgleichung (Pictran) 3D-Punktmessung (Pictran) 3D CAD-Modellierung (AutoCAD) Interaktive Visualisierung (Unity) Visualisierung per Video (Cinema 4D, Maya)

8 3. Arbeitsablauf Apr Aufnahme des Bürgerhauses (Außen) Mai-Jul D-Modellierung Außen im Modul Architekturphoto Aug Aufnahme des Bürgerhauses (Innen) WS11/12 3D-Visualisierung durch Masterstudiengang Geomatik 2012/2013 3D-Modellierung Innen + Bauphasen in Bachelorarbeit 2011/2013 Erstellung einer virtuellen Tour

9 4. Objektaufnahme Leica TM 30 Geodätisches 3D-Netz (σ xyz < 1.0 mm) IMAGER 5006h 11 Scanstationen im Außenbereich (21. April 2011) 23 Scanstationen im Innenbereich (02. August 2011) Nikon D40 Nodalpunktadapter für Farbpanoramen Nikon D90 Photogrammetrische Aufnahmen (div. Objektive) Canon IXUS 980 IS Aufnahmen vom Oktokopter

10 4. Objektaufnahme Totalstation Leica TM30 Geodätisches 3D-Netz 7 Standpunkte 21 Passpunkte Genauigkeit 3D-Netz & Passpunkte (σ xyz = ~ 1.0 mm)

11 4. Objektaufnahme Scanner IMAGER 5006h 11 Standpunkte außen 23 Standpunkte innen Auflösung high & Qualität normal = m Registrierung außen Ø Abweichung 2.4 mm Registrierung innen Ø Abweichung 8.1 mm

12 4. Objektaufnahme Photogrammetrische Aufnahme mit Nikon D90 (18, 20, 28 mm) Oktokopter-Aufnahmen mit Canon IXUS 980 IS 21 signalisierte Passpunkte am Gebäude Bildpunktmessung in Pictran mit ca. 4 µm Bildorientierung & Kamerakalibrierung durch Bündelblockausgleichung Passpunktresiduen 0.4 mm Bildpunktresiduen 3.5 µm

13 4. Objektaufnahme Fotographische Panoramaaufnahme mit Nikon D40 (10.5 mm) Kamera am Nodalpunktadapter auf Scannerstativ 9 Automatische Fotos 6x alle vollsphärische 60 Panoramaberechnung mit PTGui + 1x senkrecht oben + 2x senkrecht unten

14 5. Modellierung Modellierung in AutoCAD mit dem Plugin PointCloud (Kubit) Datengrundlage farbige 3D-Punktwolke außen, 3D-Punktwolke innen, diskrete photogrammetrische 3D-Punkte

15 5. Modellierung Registrierung der Punktwolken innen & außen in Geomagic Tool Objektverschieber Datenmenge 61.5 Mio. Punkte

16 5. Modellierung Drahtgittermodell Flächenmodell Volumenmodell CAD-Befehle (Boolesche Operatoren) für 3D-Volumenmodelle Vereinigung Subtraktion Schnittmenge

17 5. Modellierung Modellierung des Fachwerkes an der Außenwand des Alt-Segeberger Bürgerhaus farbige Punktwolke in AutoCAD/PointCloud

18 5. Modellierung Alt-Segeberger Bürgerhaus weitere Anpassung im CAD Innenzu Außenmodell

19 5. Modellierung Modellierung früherer Bauphasen anhand von Dokumenten, Fotos und Beschreibungen Alt-Segeberger Bürgerhaus von 1541

20 5. Modellierung Alt-Segeberger Bürgerhaus von 1607

21 5. Modellierung Alt-Segeberger Bürgerhaus von 1814

22 5. Modellierung Alt-Segeberger Bürgerhaus von 1890

23 5. Modellierung Alt-Segeberger Bürgerhaus von 1964

24 6. Visualisierung 3D-Punktwolke in Farbe (3.2 Mio Punkte) durch Dense Image Matching mit VisualSFM

25 6. Visualisierung Panoramen (Innen & Außen) mit PTGui Virtuelle Tour durch das Bürgerhaus 3D CAD-Modells je Bauphase (Innen & Außen) 3D CAD-Modelle als 3D-PDF oder in Autodesk Design Review Videosequenzen mit Cinema 4D & Maya Interaktives 3D-Modell aus Cinema4D für Visualisierung in Unity 3D-Druck eines Modells (Replikat) in Planung

26 6. Visualisierung Videos vom Alt-Segeberger Bürgerhaus mit Cinema4D & Maya Texturen 107 davon 74 Fotos (164 MB) Videos (3:01/3:44 min) in YouTube 26

27 6. Visualisierung Virtuelle Tour im Internet Zusammenstellung vollsphärischer Panoramen Navigation (2 Epochen) Übersichtskarte & Hotspots Anzeige des aktuellen Sichtfeldes Zusätzliche Navigationshilfen

28 6. Visualisierung Interaktives 3D-Modell aus Cinema4D in Unity (Spielengine) 3D-Visualisierung auf 3D-Monitor (Modell & Punktwolke) Navigation/Steuerung über Maus oder Playstation-Controller Betrachtungssystem Asus 3D-Monitor und Nvidea 3D Vision Shutter Brille

29 6. Visualisierung 3D-Modell aus Karton, Holz & Tonpapier Modellbauer Jürgen Kuntze (Kiel)

30 7. Fazit & Ausblick Arbeitsaufwand (geschätzt) 446 h = Projektleitung 3D-Netz Photogrammetrie Laserscanning 220 CAD-Modellierung Visualisierung

31 7. Fazit & Ausblick 3D-Aufnahme, Modellierung & Visualisierung Innen & Außen Detailliertes 3D-Modell vom Bürgerhaus (Innen & Außen) Integration des Projektes in Studiengänge Geomatik (B.Sc./M.Sc.) Videos & virtuelle Tour vom Bürgerhaus im Internet Interaktive Visualisierung des 3D-Modells auf 3D-Monitor Zukunft Ergebnisse als Grundlage für Ausstellung im Museum Zukunft Integration der Daten in 3D-Stadtmodell Bad Segeberg

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Prof. Thomas P. Kersten, Labor für Geomatik Photogrammetrie & Laserscanning Hebebrandstrasse 1, D-22297,