Algorithmische Aufbereitung von TLS-Punktwolken zur 3D-Lasergravur in Glas
Bachelorarbeit von Marcus Schink
B. Sc. der Geoinformatik und Vermessung
Bereits bei der dreidimensionalen Aufnahme der Brückenhäuser zu Bad Kreuznach wurde durch die Anfertigung eindrucksvoller Glas-Innengravuren eine Verbindung zwischen modernster Ingenieursleistung und beeindruckender Kunst geschaffen.
Dieses Ergebnis, welches bisher viele Menschen begeisterte, steht zudem als unvergängliches Andenken an eines der bedeutensten Wahrzeichen der Stadt Bad Kreuznach. Um an diese Erfolge anzuschließen, bot sich als Thema meiner Bachelorarbeit des Studiums der Geoinformatik und Vermessung an der Fachhochschule Mainz die „Algorithmische Aufbereitung von TLS-Punktwolken zur 3D-Lasergravur in Glas“ an. In dieser wissenschaftlichen Arbeit beschäftigte ich mich mit der Optimierung einer Glas-Innengravur, welche aus einer 3D-Aufnahme im Maßstab 1:1 angefertigt werden soll. Durch die Entwicklung spezieller Algorithmen und der anschließenden Anfertigung eines Softwareprodukts, konnte eine bestmögliche Optimierung dieser Glaskunstwerke erzielt werden.
Zur Durchführung dieser Arbeiten wählte ich ein weiteres Denkmal der Stadt – Die St. Nikolauskirche zu Bad Kreuznach.
Die Messmethode
Zur Aufnahme der St. Nikolauskirche wurde das terrestrische Laserscanning gewählt. Mit dieser Messmethode lassen sich innerhalb einer Sekunde mehr als 1000 Messpunkte erfassen, welche in Ihrer Gesamtheit ein dreidimensionales Abbild des Messobjekts liefern. Durch über 30 Standpunkte und mehr als 80 Teilscans konnte das älteste Gotteshaus der Stadt digital erfasst werden. Etwa 10 Mio. Punkte mit entsprechenden 3D-Koordinaten bilden somit den Grundstein zur Erzeugung einer anschaulichen und originalgetreuen Innengravur.
Der Algorithmus
Bei einer Glas-Innengravur ist es nötig, Minimalabstände der einzelnen Punkte nicht zu unterschreiten, um ein Bersten des Glaskörpers zu vermeiden. Aus diesem Grund müssen die erfassten Punkte so gefiltert werden, dass überschüssige Punkte entfernt werden und dennoch wichtige Details erhalten bleiben. Der entwickelte Rechenalgorithmus erkennt automatisch Bereiche, in welchen eine Anhäufung von Messpunkten vorliegt, welche z. B. durch einen Überlappungsbereich mehrerer Teilscans entstanden sind. Da diese Bereiche einen geringeren Lichtdurchlass vorweisen, als Bereiche mit einer geringeren Punktdichte, wird für eine gleichmäßige Punktverteilung gesorgt. Eine Besonderheit dieser Entwicklung ist die Betonung von Kanten, welche für eine besondere Schärfe der Gravur sorgt.
Der Erlös dieser eindrucksvollen Sammlerstücke dient dem Erhalt der St. Nikolauskirche.
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