Diplomarbeit von Stefan Sitterle

Diplomarbeit
von Stefan Sitterle
Erstellung eines virtuellen 3D-Modells des Industriedenkmals
„Deilbachhammer“, Essen-Kupferdreh, auf Basis von
Terrestrischem Laserscanning
Referent: Prof. Dr.-Ing. H.-J. Przybilla
Korreferent: Prof. Dr.-Ing R. Staiger
Hochschule Bochum
Fachbereich Vermessung und Geoinformatik
Bochum, Februar 2009
I
II
Erklärung
Hiermit erkläre ich, Stefan Sitterle, die vorliegende Diplomarbeit selbstständig und nur
unter Verwendung der von mir angegebenen Literatur verfasst zu haben.
Diese Arbeit hat in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungsbehörde
vorgelegen.
18.02.2009
_______________________
___________________________
Ort und Datum
Stefan Sitterle
III
Danksagung
Mein Dank geht an all jene, die mich bei der Anfertigung dieser Arbeit unterstützt
haben.
Ich danke Herrn Prof. Dr.-Ing Heinz Jürgen Przybilla für das Ermöglichen dieser
Diplomarbeit sowie für die gute Betreuung. Auch möchte ich Herrn Prof. Dr.-Ing Rudolf
Staiger für die Übernahme der Korreferenz danken.
Für die Unterstützung beim Laserscanning möchte ich Dipl.-Ing Antje Grünkemeier und
Dipl.-Ing Rainer Brechtken danken. Weiterer Dank geht an Dipl.-Ing Thomas Jedrzejas
für die Hilfe bei Fragen der Modellierung und Informatik.
Abschließend Danke ich noch meiner Familie für die Unterstützung während meines
Studiums.
IV
Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung .......................................................................................................... 1
1.1
Deilbachhammer Objekt................................................................................ 1
1.2
Zielsetzung der Diplomarbeit ......................................................................... 2
2
2.1
2.2
3
Instrumentarium ............................................................................................... 3
Z+F Imager 5006 ............................................................................................ 3
2.1.1
Scanprinzip ............................................................................................. 3
2.1.2
Gerätebeschreibung ............................................................................... 5
Canon EOS 400D ............................................................................................ 6
Die Aufnahme ................................................................................................... 7
3.1
Struktur der Messung .................................................................................... 7
3.2
Die Grundregeln für eine erfolgreiche Messung ............................................ 7
3.3
3.4
3.2.1
Außen .................................................................................................... 7
3.2.2
Innen ...................................................................................................... 8
Targets .......................................................................................................... 8
3.3.1
Papier Klebe Targets............................................................................... 8
3.3.2
Tilt- and Turntargets ............................................................................... 9
Besonderheiten ............................................................................................. 9
3.4.1
4
4.1
4.2
Abschattungen ....................................................................................... 9
Auswertung .................................................................................................... 10
Registrierung mit Z+F LaserControl .............................................................. 10
4.1.1
Scandaten herunterladen ..................................................................... 10
4.1.2
Filterung ............................................................................................... 10
4.1.3
Targets messen .................................................................................... 11
4.1.4
Registrieren der Scans .......................................................................... 12
4.1.5
Überprüfen der Qualität der Verknüpfung ........................................... 14
Cyclone 6.0 .................................................................................................. 18
4.2.1
Einlesen der Scans in eine Datenbank................................................... 18
4.2.1.1 Erstellen einer Datenbank ............................................................. 18
4.2.1.2 Importieren der registrierten Scans ............................................... 20
4.3
4.2.2
Registrierung übernehmen ................................................................... 22
4.2.3
Erstellen von Modelspace-Ansichten zur Darstellung im CAD ............... 25
CloudWorx 4.0 ............................................................................................ 27
4.3.1
Das Grundprinzip der Punktwolken im CAD .......................................... 27
V
4.4
4.3.2
Installation des CloudWorx Plugin ........................................................ 27
4.3.3
Übersicht der Menü- und Befehlsstruktur ............................................ 28
Konstruktion in Auto CAD Civil 3D mit dem CloudWorx Plugin..................... 40
4.4.1
Konstruktionsumgebung (Layout, Vorlagen) ......................................... 40
4.4.2
Wichtige Konstruktionselemente mit ihren Befehlen ........................... 42
4.4.2.1 Linienhafte Objekte ....................................................................... 42
4.4.2.2 Oberflächen und 3D-Volumenkörper ............................................. 42
4.5
5
4.4.3
Windows XP (3GB-Switch) .................................................................... 48
4.4.4
Beispiele für die Modellierung in AutoCAD ........................................... 49
4.4.5
Texturieren mit AutoCAD ..................................................................... 58
4.4.6
DGM Erstellung in AutoCAD ................................................................. 61
SketchUp ..................................................................................................... 65
4.5.1
Erstellen eines DGM aus Airbornelaserscandaten................................. 65
4.5.2
Texturierung......................................................................................... 67
4.5.3
Export und Vereinigung der Teilmodelle............................................... 68
Fazit ................................................................................................................ 69
Literaturverzeichnis ................................................................................................ 72
Abbildungsverzeichnis ............................................................................................ 73
Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................... 78
Anhang ................................................................................................................... 79
VI
1
Einleitung
1.1 Deilbachhammer Objekt
Abb. 1-1 Deilbachhammer von Westen
Der Deilbachhammer wird erstmals 1788 ausdrücklich erwähnt, aber seine Gründung
geht wohl schon auf das 16. Jahrhundert zurück (Sölter, 1978). Er gehört zur Gruppe der
Schwanzhämmer deren schwerer Hammerkopf nur durch die Schwerkraft beschleunigt
zum Schmieden genutzt wird. Der Antrieb erfolgt in den meisten Fällen über ein
Wasserrad, dessen Drehbewegung die Hammerwelle auf der sich der Nockenring
befindet in Rotation versetzt. Die Nocken drücken nun den mit Eisen verstärkten
Hammerstiel nach unten, dieser ist bei einem Drittel seiner Länge, ausgehend von der
Welle, gelagert. Dies ermöglicht einen ausreichend hohen Hub des Hammerkopfes,
ohne den Durchmesser der Antriebwelle zu vergrößern.
Heute wird der Deilbachhammer als Museum genutzt. Er fügt sich ein in die
Kulturlandschaft Deilbachtal und ist eine Außenstelle des Ruhrlandmuseum. Zu dieser
gehören auch der Deilmannsche Bauernhof mit der Deiler Mühle, Reste einer
Ringofenziegelei und die Huntebrücke der 1830/31 gebauten Prinz-Wilhelm-Eisenbahn.
1
Abb. 1-2 Deilbachhammer von Osten
1.2 Zielsetzung der Diplomarbeit
Um Museumsobjekte wie den Deilbachhammer zeitgemäß über das Internet zu
präsentieren, wird heute meist der Weg über eine 3-dimensionale interaktive
Visualisierung gewählt.
Die Zielsetzung dieser Arbeit ist den Weg aufzuzeigen vom Terrestrischen Laserscan,
über die Modellierung im CAD bis hin zur Darstellung in Google Earth. Die eingesetzten
Werkzeuge, insbesondere das als Plug-in in das Systeme AutoCAD integrierte Tool
CloudWorx, sollen dabei bzgl. ihrer Funktionalität und Leistungsfähigkeit bewertet
werden.
2
2
Instrumentarium
Laserscanning ist ein Verfahren mit dem große geometrische Datenmengen in kurzer
Zeit erzeugt werden. Es werden keine Messungen wie in der Geodäsie sonst üblich zu
ausgewählten Einzelpunkten ausgeführt, sondern in den meisten Fällen Rundumscans
mit einem festen Winkelinkrement. Da bei diesem Vorgehen Punktmengen von zirka 50
Millionen Punkten entstehen, ist dieses erst seit zirka 10 Jahren sinnvoll einsetzbar. Mit
den aktuellen Arbeitsplatz Rechnern mit Mehrkernprozessoren sowie Arbeitsspeicher
im Bereich mehrerer Gigabyte und natürlich auch günstigen Festplattenspeicher von
einigen Terabyte, sind derartige Datenvolumina zwischenzeitlich weitestgehend
problemlos zu verarbeiten.
2.1 Z+F Imager 5006
2.1.1 Scanprinzip
Bei Laserscannern wird zwischen 3 Geräte- oder Sensortypen unterschieden.
Kamerascannern (Abb. 2-1) die nur einen Ausschnitt
aufnehmen, beispielsweise mit einem Öffnungswinkel von
40° horizontal und 40° vertikal, ihr Gehäuse dreht sich in
der Regel nicht mit dem Scan sondern nur der Spiegel im
Inneren.
Abb. 2-1 Kamerascanner
Abb. 2-2 Hybridscanner
Hybridscanner (Abb. 2-2) scannen einen vertikalen Bereich.
Besteht dieser nur aus einer Linie wird der Scanner, als
Profilscanner bezeichnet. Er wird zur Aufnahme bewegter
Objekte eingesetzt oder selbst bewegt beispielsweise
entlang einer Tunnelachse und erstellt so räumliche
Scandaten. Da bei der letzteren Einsatzmöglichkeit der
Scanner konstant bewegt wird sind hier meist Zusatzinformationen über die Orientierung, die Position sowie ein
exaktes Timing bezogen auf die Scandaten notwendig.
Ein Panoramascanner (Abb. 2-3) erzeugt 3-dimensionale
Punktwolken auf einem Standpunkt. Hierzu werden
vertikale Linien mit Hilfe eines rotierenden Spiegels
aufgezeichnet, während sich das Gehäuse um die
Stehachse dreht. Der Z+F Imager 5006 gehört zu dieser
Kategorie.
Abb. 2-3 Panoramascanner
3
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist das Streckenmessverfahren des Scanners.Hier
stehen wie in der Tachymetrie zwei Methoden mit ihren Vor- und Nachteilen zur
Verfügung: Zum einen das Pulslaufzeit-, zum anderen das Phasenvergleichsverfahren.
Die folgende Übersicht bezieht sich auf den Fall des TLS (Terrestrischen Laserscaning).
Triangulationsscanner werden hier nicht berücksichtig, da diese nur im Bereich weniger
Meter arbeiten und ein an die Photogrammetrie angelehntes Messverfahren nutzen.
Das Pulslaufzeitverfahren (Abb. 2-4) arbeitet mit einem kurzen Laserimpuls der
gesendet und nach der Reflexion durch die Empfangseinheit detektiert wird. Die
eigentliche Messung besteht darin den Zeitunterschied zwischen aus- und eingehendem
Puls zumessen und mit der Lichtgeschwindigkeit zu multiplizieren. Hieraus ergibt sich
die doppelte Distanz.
Vorteile:
Große Reichweite (durch kurze Impulszeit hohe Leistung möglich)
Multipulse Analyse (First and Last Pulse, sowie Zwischenimpulse)
Nachteile:
Geringere Genauigkeit (durch veränderte Impulsformen, 10 Pikosekunden
Ungenauigkeit entsprechen 3mm, also 1,5mm Streckendifferenz)
Längere Scanzeiten (abhängig vom Eindeutigkeitsbereich)
Das Phasendifferenzverfahren (Abb. 2-5) nutzt eine auf das Lasersignal aufmodellierte
konstante Frequenz, zur Messung der Entfernung. Es wird der Phasenunterschied
zwischen gesendeter und empfangener Welle bestimmt. Der Eindeutigkeitsbereich
befindet sich innerhalb der halben Wellenlänge, da bei Strecken die länger als die halbe
Wellenlänge sind nicht bekannt ist in welchem Vielfachen dieser Wellenlänge der
Messwert liegt.
Vorteile:
Hohe Messgeschwindigkeit (da Messsignal ständig anliegt)
Hohe Genauigkeit (da Phasenmessungen mit bis zu 1/10.000 aufgelöst werden
können)
Nachteile:
Geringerer Reichweite (da die Leistung bei Dauersignalen kleiner sein muss)
keine getrennte Messung von Objekten die nur teilweise in den Messstrahl
herein ragen
Pulslaufzeitverfahren
Abb. 2-4 Pulslaufzeitverfahren
Phasendifferenzverfahren
Abb. 2-5 Phasendifferenzverfahren
4
2.1.2 Gerätebeschreibung
Der Laserscanner Zoller+Fröhlich Imager 5006 ist ein
bildgebendes Lasermesssystem der Firma Zoller + Fröhlich
GmbH. Als Zusatzinformation zu den gemessenen Punkten
wird noch ein Intensitätswert des reflektierten Messlaserstrahls gespeichert. Wenn diese Werte nun als Grauwerte
interpretiert werden entsteht der Eindruck eines Schwarzweiß Fotos. Der eigentliche Grauwert des einzelnen
Punktes ergibt sich aus dem Absorbtionsverhalten, des
Messlasersstrahls, von der zu scannenden Oberfläche,
bereinigt um den Intensitätsverlust bedingt durch die
Entfernung zum Objekt.
Abb. 2-6 Z+F Imager 5006
Der Z+F Imager 5006 kann autonom messen, benötig kein zusätzliches Notebook oder
anderes Steuergerät. Die Stromversorgung ist in das Gehäuse integriert und die
Scandaten werden direkt auf einer internen Festplatte gespeichert.
Die Messung erfolgt im Phasendifferenzverfahren mit einem Laser im sichtbaren
Bereich des elektromagnetischen Wellenspektrums der Lasersicherheitsklasse 3R, mit
einer maximalen Leistung von 29 mW (ISO EN 60825-1). Durch die schnelle Rotationsgeschwindigkeit des Ablenkspiegels kann auf zusätzliche Augenschutzmaßnahmen
verzichtet werden, wenn ein direkter Blick in den Laserstrahl vermieden wird.
Der Eindeutigkeitsbereich umfasst 79 m, die kleinste Messentfernung wird mit 1 m
angegeben und die Auflösung erfolgt im 0,1 mm Bereich.
Das Entfernungsrauschen (Tab. 2-1) wird laut Hersteller als Wert der einfachen
Standardabweichung (RMS) im sogenannten LowNoise Messmodus angegeben.
Reflektivität/Distanz
10 m
25 m
50 m
10% (schwarz)
1,2 mm
3,0 mm
7,5 mm
20% (dunkelgrau)
0,7 mm
2,0 mm
4,0 mm
100% (weiß)
0,4 mm
1,0 mm
2,5 mm
Tab. 2-1 Distanz abhängige Standardabweichungen des Z+F Imager 5006
5
Das Sichtfeld des IMAGER 5006 umfasst in vertikaler Achse 310°, sowie 360° in der
Horizontalen. Die Auflösung der Winkelencoder wird mit 0,0018° angegeben und deren
Genauigkeit mit 0,007° beziffert (Tab. 2-2).
Auflösungstufen:
Pixelzahl/360° (V, Hz)
Scandauer für 360°
preview
1.250
25 Sek
middle
5.000
1 Min 40 Sek
high
10.000
3 Min 22 Sek
super high
20.000
6 Min 44 Sek
ultra high
40.000
26 Min 40 Sek
Tab. 2-2 Auflösungsstufen Z+F Imager 5006
Üblicherweise wird die Auflösungsstufe high genutzt. Sie bietet einen guten
Kompromiss aus Datenmenge und Anzahl der nutzbaren Punkte im Scan. Da bei einer
Spiegelumdrehung ein komplettes Profil gescannt wird, benötigt der Scanner nur eine
180° Drehung für einen Rundumscan, was sich auf die Scandauer positiv auswirkt.
In der Auflösungsstufe high ergibt sich somit eine theoretische Punktmenge von 50 Mio.
(Millionen) Punkten aus 10.000 Pixeln vertikal x 5.000 Pixeln horizontal.
Aufgrund des vertikalen Sichtfeldes von 310° ergeben sich somit anteilig zirka 43 Mio.
nutzbare Punkte. In der Praxis ergeben sich nach Filterung der Scandaten im
Außenbereich (freier Himmel) rund 20 Mio. und in Gebäuden (nicht größer als der
Eindeutigkeitsbereich) bis zu 40 Mio. Punkte.
2.2 Canon EOS 400D
Die Canon EOS 400D ist eine digitale ConsumerKamera mit 10 MegaPixel CMOS Sensor. Sie liefert
gut aufgelöste Bilder mit guter Farbwiedergabe.
Eine Kalibrierung wurde mit dieser Kamera nicht
durchgeführt, da sie nur zur Texturierungs- und
Dokumentationszwecken genutzt wurde.
Abb. 2-7 Canon EOS 400D
6
3
Die Aufnahme
3.1 Struktur der Messung
Die Aufnahme des Deilbachhammers erfolgte mit dem Z+F Imager 5006 in 2 Etappen.
Als erstes wurden der Deilbachhammer und die zwei angrenzenden Wohngebäude von
außen erfasst, denn der Innenraum des Deilbachhammers war zum Zeitpunkt der ersten
Aufnahme noch nicht hergerichtet. Am Ende jedes Messtages wurden die Scans von der
Scannerfestplatte gesichert und registriert, um festzustellen ob das Erfasste auch
verknüpft werden konnte. Das Innere des Hammergebäudes konnte erst ein paar
Wochen später aufgenommen werden. Dies bedeutet natürlich, dass die Targets die zur
Verknüpfung der äußeren Scans genutzt wurden, nicht mehr zur Verfügung standen.
Das ist auch einer der Nachteile von Papiertargets, selbst wenn sie einlaminiert wurden.
Der zweite ist, dass sie auf feuchtem sandigem Natursteinuntergrund mit Klebeband nur
sehr schwer eine mehrere Stunden haltende Verbindung eingehen. Dies verlängert die
Zeit, die zum Anbringen benötigt wird und wirkt sich nachteilig auf die Verteilung der
Zielzeichen im Messraum aus.
3.2 Die Grundregeln für eine erfolgreiche Messung
In jedem Scan müssen mindesten 4 Targets sichtbar sein
Auf eine gleichmäßige Verteilung der Targets im Messraum ist zu achten
Die Targets sollten nicht weiter als 20 m vom Standpunkt entfernt sein
Die Schrägsicht sollte nicht mehr als 50 Grad betragen bezogen auf die
Targetebenennormale
3.2.1 Außen
Der Außenscan Vorgang dauerte 2 Messtage. Verknüpft werden die Scans mit DIN-A4
Targets und drehbaren mit Tilt- and Turntargets der Firma Leica, die möglichst
gleichmäßig über das Objekt verteilt wurden. Damit die einzelnen Scans orientiert
werden konnten, mussten mindestens 4 Targets in diesen vorhanden sein.
In der Praxis sollten pro Standpunkt mindestens 5 Targets angestrebt werden, abhängig
von der zu erreichenden Genauigkeit. Falls in einzelnen Scans zu wenig Zielzeichen
vorhanden sind können auch natürliche Punkte zur Verknüpfung herangezogen werden.
Bei guter Auswahl dieser Punkte ist nur mit einer geringen Verschlechterung der
Qualität der Orientierungsberechnung zu rechnen.
7
3.2.2 Innen
Der Inneraumscan wurde wie der Außenscan mit Papier-Targets beklebt, sowie einigen
Tilt- and Turntargets im Eingangsbereich, um die Stabilität der Verknüpfung zu erhöhen.
Zur Verknüpfung der alten mit den neuen Scans wurden ein zusätzlicher Innenhofscan,
sowie ein weiterer in der Tür zum Deilbachhammergebäude aufgenommen. In diesen
Scans wurden ergänzend zu den Targets noch markante natürliche Punkte gemessen,
die auch in den älteren Scans gut gemessen werden konnten. So wurden alle Scans in
ein einheitliches System gebracht und gemeinsam referenziert.
3.3 Targets
Grundlegend müssen Targets zwei wichtige Eigenschaften erfüllen, um eine genaue
Messung mit dem Imager 5006 möglich zu machen.
Zum einen sollten die Seiten der Dreiecke, die den Mittelpunkt definieren, um 45° zur Scanachse geneigt sein, um die
Lage des Mittelpunktes besser bestimmen zu können. Im
Vergleich zur senkrechten Anordnung (Abb. 3-1) kann auch
bei kleinen Punktdichten wesentlich feiner zwischen den
Scanzeilen interpoliert werden.
Zum anderen sollte als Schwarzwert des Targets das unter
Kapitel 2.1.2 beschriebene Dunkelgrau genutzt werden, da
sich bei höheren Intensitätswerten die Abweichungen des
Streckenmessteils um 25 % bis 50 % verringern.
Abb. 3-1 Vorgänger Target
3.3.1 Papier Klebe Targets
Die Papiertargets (Abb. 3-2) haben den Vorteil, dass sie sich
in großer Stückzahl kostengünstig auf einem handelsüblichen Drucker erstellen lassen.
Als Nachteile sind anzusehen, dass sie nur eine sehr
geringe Wetterfestigkeit besitzen und ebene Flächen zum
Anbringen benötigt werden. Weiterhin kann nur in einem
Sichtkegel von zirka 100° um die Targetnormale genau
gemessen werden.
Abb. 3-2 Z+F DIN A4 Target
8
3.3.2 Tilt- and Turntargets
Tilt- and Turntargets (Abb. 3-3) haben folgende Vorteile:
Sie können aus nahezu jeder Position gemessen werden,
da das Target um die vertikale- und horizontale Achse
gedreht werden kann.
Das Aufstellen im Messraum kann durch Stative,
Magnetische Standfüße oder auch durch
Klebeverbindungen realisiert werden.
Dieser Targettyp ist Witterungsbeständig.
Von Nachteil sind die hohen Anschaffungskosten für Targets und
Stative. Weiterhin sind keine Nummern angebracht.
Abb. 3-3 Tilt and Turn Target
3.4 Besonderheiten
3.4.1 Abschattungen
Abschattungen entstanden bei dieser Aufnahme durch zu geringe Abstände zu den
Gebäuden.
Am Wohnhaus beispielsweise war durch die Bahnstrecke nur ein Messabstand von 4 m
möglich. Ein erhöhter Standpunkt konnte nicht genutzt werden, somit wurde das Dach
nur teilweise gemessen.
Am Hammergebäude lag, auf der dem Deilbach zu gewandten Seite, die
Messentfernung teilweise unter 1 m. Hier war zwar ein Ausweichen auf die andere Seite
möglich, aber durch den dichten Bewuchs kam es auch zu deutlich reduzierten
Punktdichten und vielen Punktfehlern durch Mischphasenmessungen (Kometenschweif)
an den dünnen Ästen.
Im Innenraum sind die Oberseiten des Dachstuhls gar nicht aufgenommen. Auch der
Boden unterhalb der Hammeranlage und die Zwischenräume des Hammers konnten
teilweise nicht erfasst werden, da nicht genug Aufstellfläche für den Scanner vorhanden
war.
9
4
Auswertung
4.1 Registrierung mit Z+F LaserControl
4.1.1 Scandaten herunterladen
Das Herunterladen der Scandaten erfolgt über eine Ethernetverbindung mit Hilfe des
TCP/IP Protokolls, entweder über LaserControl oder mit Hilfe eines FTP-Programms. Da
die meisten Internetbrowser neben dem Hypertext Transfer Protocol auch das File
Transfer Protocol unterstützen, wird durch die Eingabe der am Scanner eingestellten IPAdresse ftp://172.20.0.100 eine Verbindung aufgebaut. Aus der angezeigten
Verzeichnisstruktur der Festplatte können die benötigten Scans heruntergeladen
werden.
4.1.2 Filterung
Als nächster Schritt folgt die Filterung der Rohdaten. Diese sollte immer vor einer
weiteren Nutzung der Daten geschehen.
Als Filter stehen zur Verfügung:
Der Range-Filter entfernt die Punkte die außerhalb eines bestimmten Bereichs
liegen, üblicherweise ab 79 m (dies entspricht dem Eindeutigkeitsbereich des
Imagers).
Der Intensity-Filter entfernt Punkte deren Intensitätswert einen Mindestwert
unterschreitet und einen Maximalwert überschreitet.
Der SingelPixel-Filter entfernt Punkte in deren direkter Nachbarschaft keine
ähnlichen Punkte vorhanden sind, z.B. Staubkörner.
MixedPixel-Filter entfernt Punkte die an Kanten entstehen, wenn der Laserstrahl
auf Grund seines Durchmessers teilweise auf dahinter liegende Objekte trifft. Die
gemessene Mischentfernung lässt Punkte mit falscher räumlicher Lage
entstehen, den sogenannten Kometenschweif.
Der Smoothing- und der Median-Filter glätten die Punktwolke, aber sie
verfälschen die Punktinformationen.
10
4.1.3 Targets messen
Der erste Schritt zur Verknüpfung der Einzelscans ist die Registrierung. Hierzu werden
identische Targets (Punkte) in verschiedenen Scans gemessen. Im linken Fenster wird
der Scan ausgewählt und im rechten Fenster als Gray View geladen. Die Gray View ist
eine zweidimensionale Darstellung der gescannten Zeilen und Spalten. Die Punkte
werden mit dem Intensitätswert des reflektierten Laserstrahls eingefärbt.
Abb. 4-1 Z+F Lasercontrol Gray View Ansicht
Punkte können über den Button Fit target (Abb. 4-1) gemessen werden, wobei eine
Näherungsposition vorgegeben wird, der Rest wird automatisch angepasst. Es können
auch manuell Targets sowie natürliche Punkte gemessen werden, mit dem Button
rechts neben dem Fit target Button.
In dem sich nun öffnenden Fenster Add Target to Scan (Abb. 4-2) kann die Punktnummer eingegeben werden, eine manuelle Anpassung des Mittelpunktes vorgenommen
werden, sowie die Position 3-dimensional in der Punktwolke überprüft werden.
Abb. 4-2 Fenster zur Targetmessung
11
4.1.4 Registrieren der Scans
Über den Menüpunkt Register all scans (Abb. 4-3) können nun alle Scans, in denen
ausreichend Targets gemessen wurden, in ein einheitliches System überführt werden.
Abb. 4-3 Screenshot Lasercontrol Registrieren der Scans
Daraufhin öffnet sich das Fenster Register project (Abb. 4-4) mit dessen Hilfe die
nötigen Parameter eingestellt werden können.
Im ersten Fenster Additional register data (Abb. 4-4) können zusätzliche
Registriereingaben getätigt werden. Hier stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung.
Es können Tachymetriedaten der Targets und Scannerstandpunkte hinzugefügt werden,
sowie eine externe Registrierung aus einer Scandatei geladen werden.
Abb. 4-4 Additional register data
12
Unter Use following scans and targets for registration (Abb. 4-5) kann eingestellt
werden, welche Scannerstandpunkte und die darin gemessenen Targets zur
Registrierung genutzt werden sollen. Die Farbcodierung im linken Fenster gibt eine
schnelle Übersicht über den aktuellen Status der Registrierung der Scans:
Rot: nicht registriert
Schwarz: vorregistriert
Grün: Registrierung ist vorhanden.
Abb. 4-5 Fenster zur Auswahl von Scans und Targets für die Registrierung
Im nächsten Schritt Param (Abb. 4-6) kann der Scannerstandpunkt gewählt werden, der
als Orientierung für die folgenden dient. Mit einem Haken bei Zero wird diese bei
bestehender Orientierung zu Null gesetzt.
Der Punkt Optimize registration ermöglicht ein Orientieren der Scans, auch wenn die
Mindestanzahl der Targets in einzeln Scans kleiner vier ist. Es können auch grobe Fehler
erkannt werden, die im anschließenden Ausgleichungsverfahren zu Fehlern führen können.
Der nächste Punkt Use existing registration
Registrierungsdaten genutzt werden sollen.
gibt
vor,
ob
bestehende
Abb. 4-6 Fenster zur Wahl des Registrierungsmethode
13
Bei der Auswahl Bundleadjustment wird eine Ausgleichung mit unabhängigen Modellen
ausgeführt, auf Basis der Software NEPTAN (Abb. 4-7).
Abb. 4-7 Neptansoftware ausgeführt in der Kommandozeile
4.1.5 Überprüfen der Qualität der Verknüpfung
Wenn der Registrierungsprozess durchlaufen ist, erscheint ein Fenster mit dem
detaillierten Ergebnis der Registrierung.
Unter dem Reiter Result (Abb. 4-8) wird aufgeführt wie viele der Scans registriert oder
vorregistriert wurden. Zusätzlich werden Fehlermeldungen ausgegeben, die während
des Prozesses aufgetreten sind.
Abb. 4-8 Reiter Result
14
Im Reiter Report (Abb. 4-9) werden die Standardabweichungen der Targets ausgegeben.
Diese bezieht sich auf gemeinsame Punkte in zwei überlappenden Scans. Hierzu wird
zusätzlich noch eine zusammengefasste Übersicht am Ende des Reports abgebildet.
Abb. 4-9 Reiter Report
Unter dem Reiter Logging (Abb. 4-10) wird das Protokoll der Registrierung angezeigt.
Hier sind alle Projektparameter und die Orientierungen der Scans angeführt.
Abb. 4-10 Reiter Logging
15
Unter dem Reiter Targets (Abb. 4-11) können ähnlich wie im Report Standardabweichungen der Targets betrachtet werden, zusätzlich kann hier noch der Schwellwert für die
Codierung in good und bad Targets und die Sortierung der Spalten verändert werden.
Abb. 4-11 Reiter Target
Der letzte Punkt Viewer (Abb. 4-12) erlaubt die Darstellung der Scans in die 3D Ansicht,
um die Registrierung auf grobe Fehler und Plausibilität zu prüfen.
Abb. 4-12 Reiter Viewer
16
Weitere Ansichten in Lasercontrol sind der 3D View (Abb. 4-13) in der die registrierten
Scans mit unterschiedlichen Farben pro Standpunkt eingeladen werden können.
Desweiteren besteht die Möglichkeit einzelne Scans oder Ausschnitte mit höchster
Punktdichte in den 3D View einzuladen.
Abb. 4-13 LaserControl 3D View
Die Bubble View (Abb. 4-14) auch als 2,5D View bezeichnet, ist eine um den Scannerstandpunkt drehbare Kugelpanoramaansicht. Sie ist weniger verzerrt als der Gray View.
Abb. 4-14 LaserControl Bubble View, 2.5D View
17
4.2 Cyclone 6.0
4.2.1 Einlesen der Scans in eine Datenbank
Nachdem die Scans erfolgreich in Z+F Lasercontrol registriert worden sind, können diese
direkt ohne weitere Konvertierung im Z+F Format (*.zfs) in Cyclone importiert werden.
4.2.1.1 Erstellen einer Datenbank
Die in Cyclone geladenen Punkte werden in einer Datenbank organisiert. Somit muss
vor dem Import der gescannten Punkte eine solche erstellt werden.
Die Vorgehensweise ist hier im Cyclone-Navigator (Abb. 4-15) dargestellt. Mit einem
Rechtsklick auf das Symbol des „eigenen Rechners“ wird der Menüpunkt Databases
aufgerufen.
Abb. 4-15 Cyclone-Navigator
18
Daraufhin öffnet sich das Fenster Configure Databases (Abb. 4-16). Mit diesem können
vorhandene Datenbanken bearbeitet werden sowie neue erstellt werden.
Über den Button Add (Abb. 4-16) öffnet
sich nun das Fenster Add Database (Abb.
4-17), mit dessen Hilfe kann eine neue
Cyclone-Datenbank erstellt, aber auch
eine vorhandene hinzugefügt werden.
Ein Explorerfenster zur Auswahl von
Datei und Speicherpfad öffnet sich mit
dem Button neben Database Filename.
Abb. 4-16 Fenster Configure Databases
Abb. 4-17 Fenster Add Database
Bei vorhandene Datenbanken können, wenn sie markiert sind, folgen Aktionen
ausgeführt werden. (Abb. 4-18)
Mit Remove kann die DB aus Cyclone
entfernt werden ohne sie jedoch zu
löschen.
Destroy hingegen löscht die
hingegen von der Festplatte.
DB
Compact komprimiert die DB.
Optimize kann ältere DB nutzbar
machen, aber auch bei neueren
angewandt werden.
Mit
den
Haken
hinter
den
Datenbanken wird ihre Sichtbarkeit im
Cyclone-Navigator gesteuert, ohne
dass diese entfernt werden müssen.
Abb. 4-18 Fenster Configure Databases DB ausgewählt
19
4.2.1.2 Importieren der registrierten Scans
Der neu erstellten Datenbank können nun Scandaten hinzugefügt werden. Hierzu wird
mit einem Rechtsklick auf das Symbol der Datenbank ein Kontextmenü (Abb. 4-19)
geöffnet, dort auf Import klicken und es öffnet sich das Import from File Fenster (Abb.
4-20). Die Dateien markieren die importiert werden sollen, alle Scans können über
STRG + A ausgewählt werden.
Abb. 4-19 Cyclone-Navigator Kontextmenü
Abb. 4-20 Import from File Fenster
20
Mit Öffnen bestätigen und es erscheint ein Fenster Import Point Cloud (Abb. 4-21). Hier
kann ein Subsampling eingestellt werden. Die Samplingeinstellung gibt an wie viele
Punkte der Datenbank hinzugefügt werden. Sie
nimmt somit direkten Einfluss auf Dateigröße und
Zeit die der Import genötigt.
Die Einstellung 100% deaktiviert das Subsampling.
Die weiteren Auswahlmöglichkeiten geben den
Quotienten an, um den die Punktewolke reduziert
wird.
Mit einem Haken bei Apply to All muss die
Einstellung nicht für jeden Scan bestätigt werden.
Abb. 4-21 Import Point Cloud Subsampling
Danach öffnet sich ein Fenster an dem der Fortschritt des Importvorgangs der einzelnen
Scans abgelesen werden kann. Pro Scan werden zwei Prozessfortschritte angezeigt, zum
einen der Lesevorgang der Scandaten (Abb. 4-22) zum anderen das Ablegen der Punkte
in der Datenbank (Abb. 4-23). Da es sich hier um große Datenmengen handelt kann man
auch bei aktueller Rechnerhardware mit einigen Stunden für 30 – 50 Scans rechnen.
Abb. 4-22 Construction Progress Reading Files
Abb. 4-23 Construction Progress Processing Points
21
4.2.2 Registrierung übernehmen
Nachdem die Scans erfolgreich importiert wurden, werden diese registriert, um sie in
Cyclone nutzbar zu machen. Eine neue Registrierung wird mit einem Rechtklick auf den
Datenbank Menüpunkt Create -> Registration erstellt (Abb. 4-24).
Abb. 4-24 Cyclone-Navigator Create Registration
Anschließend wird diese konfiguriert; dies geschieht in dem die neu erstellte
Registrierung geöffnet wird (Abb. 4-25).
Abb. 4-25 Cyclone-Navigator Open Registration
22
Im nun geöffneten Fenster Registration wird über Add ScanWorld ein Fenster Select
ScanWorlds for Registration geöffnet (Abb. 4-26).
Abb. 4-26 Select ScanWorlds for Registration
Die benötigen Scans lassen sich mit
Hilfe der Pfeiltasten hinzufügen und
entfernen. Falls alle markiert werden
sollen STRG-A drücken.
(Abb. 4-27)
Abb. 4-27 Registration Fenster
Um nun eine vereinigte Scanworld zu erstellen, werden alle Scans markiert und die vorhandene Registrierung eingefroren (Create ScanWorld/Freeze Registration) (Abb. 4-28).
Das nachfolgende Fenster Register Without Constraints? (Abb. 4-29) mit Yes
bestätigen.
Abb. 4-28 Register Without Constraints?
Abb. 4-29 Create ScanWorld/Freeze Registration
23
Unter der neuen Scanworld erstellte ModelSpaces (Abb. 4-30) beinhalten nun die
Punktdaten aller registrierten Scans.
Abb. 4-30 ModelSpace View
24
4.2.3 Erstellen von Modelspace-Ansichten zur Darstellung im CAD
In der neu erstellten Scanworld können nun verschieden ModelSpaces, sowie
ModelSpace Ansichten erzeugt und bearbeitet werden (Abb. 4-31).
Es können Punkte aus der ModelSpace Ansicht entfernt und ausgeblendet werden, dies
reduziert die Datenmenge die später im System AutoCAD zu verarbeiten ist.
Abb. 4-31 Create ModelSpace
Bevor ein Ausschneiden von Punkten geschehen kann, sollte erst von Perspective- auf
Orthographic Projection umgeschaltet werden. Die Orthographic View ist nicht verzerrt,
parallele Linien bleiben parallel. Sie ist besonders gut zur Konstruktion geeignet
(Abb. 4-32).
Abb. 4-32 ModelSpace Ansichtssteuerung
25
Links neben den Projektionseinstellungen befinden sich die Fencebutton Polygon,
Rechteck und Kreis (Abb. 4-32). Zum Ausschneiden erdgebundener Objekte eignet sich
besonders der TopView. Als Beispiel wird hier der Polygonzaun angeführt. Er umgibt das
Gebäude und mit einem Rechtsklick und der Auswahl Fence -> Delete Outside werden
sämtliche Punkte außerhalb des Zauns entfernt (Abb. 4-33).
Abb. 4-33 Fence Ausschnitt in verschieden Perspektiven
26
4.3 CloudWorx 4.0
4.3.1 Das Grundprinzip der Punktwolken im CAD
CloudWorx ist ein Plugin, mit dessen Hilfe 3-dimensionale Punktwolken in einem CAD
Programm eingeblendet werden können. Dies ist notwendig da dort meist nur ein paar
Tausend Punkte dargestellt werden können, ohne dass während der Bearbeitung die
Systemlast so stark zunimmt, dass die Reaktionszeiten kein wirtschaftliches Arbeiten
mehr zulassen.
Der weitere Nutzen besteht darin direkt im CAD konstruieren, modellieren und
Messdaten mit Planungsdaten vergleichen zu können. Mit Hilfe von CloudWorx
Funktionen lassen sich auch einfache geometrische Primitive ableiten. Es können Rohre
erstellt, Rohre verbunden, Flansche, Ebenen, sowie linienhafte ebene Objekte in
Schnitte eingepasst werden.
Ein weiterer Vorteil in der Verbindung beider System besteht darin, dass die aus den
Scandaten erstellten Objekte nicht erst in das CAD-System importiert werden müssen,
sondern direkt weiter verarbeitet werden können, mit den in der Regel umfangreicheren Zeichenwerkzeugen des genutzten Programms. Ein zusätzlicher Aspekt liegt in der
kürzeren Einarbeitungszeit da Kenntnisse im Umgang im dem jeweiligen CAD-Programm
schon vorhanden sind und nicht in einem völlig neuen zu erlernen sind.
4.3.2 Installation des CloudWorx Plugin
Voraussetzung für die Installation ist eine AutoCAD Version ab 2004, sowie eine Leica
Cyclone Version ab 5.6. Wenn diese Programme auf dem Computer vorhanden sind,
kann CloudWorx 4.0 eingerichtet werden. Hierzu wird ein Setup Programm gestartet
welches die benötigten Dateien sowie Einstellungen überträgt. Beim nächsten Start von
AutoCAD wird CloudWorx nun mit geladen und erscheint in der Menüleiste als neuer
Eintrag.
Die System Anforderungen sind sicher stark von der verwendeten Punktmenge und der
Komplexität der CAD Zeichnung abhängig. Die Firma Leica gibt in ihrem Datenblatt diese
Mindestanforderungen in (Tab. 4-1) an:
Processor
2 GHz Pentium 4 or higher
RAM
1 GB (2 GB for Vista)
Hard Disk
2 GB
Network card
Ethernet (required for licensing)
Display
SVGA or OpenGL accelerated graphics card (with latest drivers)
Operating system
Microsoft Vista (32 or 64), or Microsoft Windows XP (SP2 or higher) (32 or 64), or
Windows 2000 (SP3 or higher with up-to-date patches)
File System
NTFS
Tab. 4-1 Systemanforderungen Leica CloudWorx
27
4.3.3 Übersicht der Menü- und Befehlsstruktur
Die CloudWorx Befehle können sowohl über das Menü als auch über die Befehlszeile
von AutoCAD aufgerufen werden. Im folgenden Abschnitt werden die Menüpunkte mit
ihren Namen aufgeführt und beschrieben. (Abb. 4-34)
CWLOADMAX
Mit dem Menüpunkt Ladegrenze setzen kann die
Anzahl der Punkte bestimmt werden, die aus der
aktuellen Modelspace-Ansicht geladen werden
sollen.
Auch die maximale Menge der darzustellenden
Punkte wird hiermit gesetzt. Diese Grenze liegt bei
5 Millionen.
CWSETREGEN
Die Eingabe des Regenierungsfaktors steuert ob
mehr Punkte im Hintergrund geladen werden, als
für die aktuelle Ansicht benötig werden. Seine
Standardeinstellung ist der Wert „1“. Das bedeutet
dass nur die für die Ansicht benötigten Punkte
beim Regenerieren geladen werden. Ein höherer
Faktor lädt einen X-mal größeren Bereich. Dies
trägt dazu bei den Befehl CWREGEN (Punktwolke
Regenerieren) nicht so häufig ausführen zu
müssen, nachdem gezoomt, verschoben oder
gedreht wurde.
Abb. 4-34 CloudWorx Menü
CWREF
Ermöglich die gleichzeitige Anzeige von mehr als einer Modelspace-Ansicht, diese wird
als externe Referenz an die Master Modelspace-Ansicht (geöffnet mit CWOPEN)
angehängt. Es ist mögliche diese wieder zu entfernen, aber auch nur deren Sichtbarkeit
einzustellen. Bearbeitet und gespeichert werden kann aber weiterhin nur die Master
Modelspace-Ansicht.
CWCLOSE
Dieser Befehl schließt die aktuelle Modelspace-Ansicht, so dass wieder eine neue
geöffnet werden kann. Bei dieser Aktion wird auch wieder Arbeitsspeicher frei, anders
als beim Ausblenden der Punktwolke.
28
CWPURGE
Mit dem Befehl Bereinigen werden sämtliche CloudWorx Daten aus der aktiven
Zeichnung entfernt, und der aktive Modelspace geschlossen. Danach kann die AutoCAD
Zeichnung gespeichert werden, ohne dass bei AutoCAD Installationen ohne CloudWorx
eine Warnung ausgegeben wird.
CWOPEN
Dieser Befehl öffnet ein Dialogfenster mit dessen Hilfe eine Modelspace-Ansicht
(Abb. 4-35) geöffnet werden kann. Hierzu muss der Server sowie die passende Cyclone
Datenbank gewählt werden (Abb. 4-36), desweiteren kann noch die Skalierung der
Punktwolke im CAD angegeben werden. Über das Feld Koordinatensystem kann gewählt
werden, ob die Punktwolke in das zurzeit in AutoCAD gewählte Koordinatensystem
eingeblendet wird oder in ein anderes vorher angelegtes BenutzerKoordinatenSystem.
Abb. 4-35 CloudWorx öffnet ModelSpace Ansicht
Abb. 4-36 CloudWorx ModelSpace Ansicht wählen
29
CWSCANWORLD
Der Befehl ScanWorld-Explorer öffnet ein Dialogfenster mit dessen Hilfe Informationen
über ScanWorld sowie Einzelscans abgerufen werden können. Hier werden Bezeichnung,
Position, Punktmenge werden angezeigt, und die Sichtbarkeit einzelner Scans eingestellt.
CWSNAP / CWVISIBLE
Öffnet des Fenster Punktwolke Fang/Sichtbarkeit
(Abb. 4-37) über das alle Punkte ausgeblendet
werden können und das Ausrichten an Punktwolken Punkten aktiviert oder deaktiviert wird.
Abb. 4-37 CloudWorx Punktwolken Fang/Sichtbarkeit
Abb. 4-38 CloudWorx Punktwolke einpassen
Einpassen Geometrischer Objekte in die Punktwolke (Abb. 4-38)
CWFITPIPE
Dieser Befehl passt Rohre in die Punktwolke ein. Dies geschieht durch Auswahl eines
Punktes auf einem Rohr oder Umzäunen eines Bereichs in der Punktwolke, falls die
vorgegebene Maximale Abweichung eingehalten wurde. Desweiteren ist es möglich
auszuwählen welche Objekte erzeugt werden folgenende Objekte (Abb. 4-39) können
erzeugt werden:
Zylinder
Mittellinie die zum Verbinden von
Rohrteilen benötigt wird
sowie eine Beschriftung mit dem
Durchmesser des Zylinders hier als
Anmerkung bezeichnet
Abb. 4-39 Rohre einpassen
30
CWCONNECTPIPES
Das Fenster Rohre verbinden (Abb. 4-40) dient der Verbindung von Rohren ähnlicher
Durchmesser, die zulässige maximale Abweichung beträgt 10% des Durchmessers.
Abb. 4-40 Rohre verbinden
CWFITPATCH
Ebenen können mit dem Befehl Ebene anpassen (Abb. 4-41) eingepasst werden. Eine
Ebene wird erzeugt durch Picken eines Einzelpunkts oder Auswahl mit einem Zaun. Die
Ebene wird nur erzeugt, wenn die maximale Standardabweichung nicht überschritten
wird. Das Ergebnis kann ein minimales Rechteck (Rechteck mit kleinstmöglicher
Oberfläche, das die Passpunkte umgibt) sein oder eine konvexe Hülle.
Abb. 4-41 Ebene einpassen
CWFITFLANGE
Dient zur Einpassung von Flanschen in die Punktwolke (erzeugt wird ein Einbindepunkt
mit einem Kreis rechtwinklig zur Rohrachse).
31
CWFITSECTION
Der Menüpunkt Schnitt öffnet das Fenster Best Fit Schnitt-Linie (Abb. 4-42). Es dient der
bestmöglichen Anpassung von Linien, Bögen, Kreisen, 2-D -, 3-D Polylinien an einen
voreinstellten Punktwolkenschnitt. Über Auswählen werden die anzupassenden Objekte
ausgewählt.
Formsperre (starr) gibt an ob das einzupassende Objekt nur verschoben wird oder
beispielsweise im Falle einer Polylinie deren Knickpunkte an die Schnittansicht
bestmöglich angepasst werden.
Raster Sperre aktiviert und deaktiviert AutoCAD Funktionen. Zum einen werden
durch Fang an einem 10 m * 10 m Raster, zum anderen Polar-Fang, das Linien die
nahezu parallel zur X-Achse oder Y-Achse des aktuellen BKS verlaufen parallel zur
Achse ausrichtet.
Mit der Funktion Verschneidungstoleranz kann eingestellt werden mit welcher
Toleranz offene Kurven mit anderen verschnitten werden. Kleine Werte sollten bei
dicht zusammen liegenden Enden gewählt werden wenn diese getrennt bleiben
sollen.
Senkrechttoleranz erlaubt Werte zwischen 0,0° und 45,0° als Schwellwert, um
senkrechte oder tangentielle Beziehungen herzustellen.
Max. Punktabstand, intern auch als Curve Accuracy (Kurvengenauigkeit)
bezeichnet, legt fest wie weit Kurven von den Punkten entfernt seine dürfen, an
die sie angepasst werden.
Punktgenauigkeit gibt die Samplingabweichung der Originalpunktwolke an.
Abb. 4-42 Best Fit Schnitt-Linie
32
CWDBCFG
Über das Dialogfeld Datenbankkonfiguration (Abb. 4-43) können Server hinzugefügt
und entfernt werden. Außerdem können Datenbanken hinzugefügt, entfernt und
zerstört werden. Falls in Cyclone noch keine Modelspace-Ansicht erstellt wurde, kann
mit einem Klick auf Erzeuge Ansicht eine derartige Ansicht im Modelspace erzeugt
werden.
Abb. 4-43 Fenster Datenbankkonfiguration
33
Punktwolken begrenzen
Abb. 4-44 CloudWorx Menü Punktwolke begrenzen
Ein weiterer wichtiger Abschnitt in der Modellierung mit AutoCAD sind die Befehle zur
Punktwolkenbegrenzung; es stehen hier 3 Methoden zur Verfügung. (Abb. 4-44)
Die Limit Box
Abb. 4-45 CloudWorx Menü Limit Box
Eine Limit Box (Abb. 4-45 - 4-47) besteht aus einem rechteckigen, dreidimensionalen
Feld. Außerhalb der Limit Box werden weder Punkte angezeigt noch verarbeitet.
Abb. 4-46 Limit Box Screenshot Anbau
Abb. 4-47 Limit Box Screenshot Dachgaube
34
CWLIMITBOX
Eine neue Limit Box wird über 2 Eckpunkte eines Rechtecks definiert. Die Limit Box kann
nur parallel zur der X, Y-Achse des aktiven BKS aufgezogen werden. Nachdem die
Grundebene der Limit Box erstellt wurde, kann diese mit einer Objekthöhe versehen
werden.
CWLIMITBOXOFF
Mit diesem Befehl wird die aktuelle Box deaktiviert.
CWLIMITBOXES
Mit Hilfe des Limit-Box-Managers (Abb. 4-48) können Limitboxen erstellt, bearbeitet
sowie gelöscht werden. Es ist auch möglich gespeicherte Limitboxen aktuell zu setzen.
Folgende Informationen werden dort angezeigt:
der Name,
die X,Y,Z Koordinaten,
Breite, Höhe, Tiefe der Limitbox
die Angabe (ja oder nein) gibt an ob die Limitbox am aktuellen
Benutzerkoordinatensystem ausgerichtet ist
Abb. 4-48 Limit-Box-Manager
35
Schnitte
CWCUTPLANES
Mit dem Menüpunkt Schnittebenenmanager (Abb. 4-49) öffnet sich ein Dialogfeld mit
dessen Hilfe Schnittebene erstellt, bearbeitet und gelöscht werden können.
Die folgenden Spalten zeigen Eigenschaften der Schnittebenen und Schnitte (Scheibe)
In der Spalte Schnittebene stehen die Namen der in CloudWorx vorhandenen
Schnittebenen. Wenn diese fettgedruckt dargestellt wird ist sie aktuell gesetzt.
Zeigt den aktuellen Typ an, ob Schnittebene oder Scheibe.
Dicke enthält die Ausdehnung der jeweiligen Schnittebene.
Zeige lässt die Sichtbarkeit der aktuellen Begrenzung einstellen.
Neu erstellt eine Kopie der aktuellen Schnittebene.
Löschen löscht die ausgewählte Schnittebene, nur die aktuell gesetzte Schnittebene
kann nicht gelöscht werden.
Richtung Ändern lässt die Richtung zwischen positiv und negativ der aktuell
gesetzten Schnittebenen umschalten, wenn im Feld Typ Schnittansicht steht.
Aktuell setzen wendet die ausgewählte Begrenzung an, wenn Schnittansicht oder
Scheibe unter Typ steht sowie ein Haken bei Zeige.
Ansicht ausrichten richtet die Ansicht passend zur aktuellen Schnittebene aus.
Durch Klick auf OK werden die Änderungen gespeichert.
Abb. 4-49 Schnittebenenmanager
36
CWSECTION
Erzeugt eine Schnittansicht (Abb. 4-50), abhängig vom aktuellen BKS. Eine Schnittansicht
ist eine Ausgabe von Punkten die sich ober- oder unterhalb einer im Raum liegenden
Ebene befinden, es kann immer nur ein Bereich gewählt werden ( X, Y, Z, Positiv oder
Negativ).
Abb. 4-50 Schnittansicht Menü
CWSLICE
Erstellt aus zwei parallelen Ebenen mit variablem Abstand eine Scheibe (Schnitt). Alle
Punkte außerhalb der Schiebe werden ausgeblendet. Die Scheibe kann entlang einer der
3 Achsen verschoben werden. (Abb. 4-51)
CWSLICEB
Verschiebt die Scheibe entlang seiner
Achse in negativer Richtung, um die
Schrittweite entspricht der Dicke der
Scheibe.
Abb. 4-51 Scheibe Menü
CWSLICEF
Verschiebt die Scheibe entlang seiner
Achse in positiver Richtung, um die
Schrittweite entspricht der Dicke der
Scheibe.
CWSECTION OFF
Schaltet die aktuelle Schnittansicht aus.
37
Ausblenden/Einblenden von Punkten durch einen Zaun
CWHIDERGNS
Der Regionausblendmanager (Abb. 4-52) dient zur Verwaltung der ein- und
ausgeblendeten Bereiche. Dies umfasst auch das Löschen und das Anzeigen der
umzäunten Bereiche.
Abb. 4-52 Regionausblendmanager
Es wird unterschieden zwischen Punkten inner- und außerhalb des Zauns, sowie der
Möglichkeit Punkte ein- und auszublenden (dies kann aus mehreren Perspektiven und
mit vielfacher Überlagerung erfolgen).
CWHIDEIN / CWHIDEOUT
Blendet alle Punkte innerhalb/außerhalb des gewählten Zauns aus. Der Zaun kann als
Polygon, Kreis oder Rechteck erfolgen. Der Standardzauntyp kann durch Eingabe von
POLYGON, CIRCLE oder RECTANGLE, nach Eingabe eines Ein- oder Ausblendebefehls,
geändert werden. (Abb. 4-53)
CWSHOWIN / CWSHOWOUT
Blendet alle Punkte innerhalb/außerhalb des gewählten Zauns ein. (Abb. 4-53)
CWHIDEOFF
Dieser Befehl blendet alle regional ausgeblendeten Punkte wieder ein. (Abb. 4-53)
Abb. 4-53 PW Ausblenden/Einblenden Menü
38
CWPOINTSPACING
Die Punkt Rendering Einstellung reduziert die Punktdichte und ermöglicht so ein
schnelleres Rendern der angezeigten Punkte. Der Befehl umfasst 4
Reduktionsstufen (Abb. 4-54) um die Ladezeiten zu verringern (der
Arbeitsspeicher wird entlastet). Nach dem Ausschalten werden wieder alle
Punkte angezeigt.
Abb. 4-54 Punkt Rendering Menü
CWCOLORMODE
Dient zum Wechseln des Farbbildmodus zwischen Regenbogenfarbenintensitätsbild,
RGB Farben vom Scanner sowie Graustufenbild.
CWCOLORMAP
Lässt noch weitere Einstellung der Punktwolkeneinfärbung zu. Zusätzlich zu den oben
genannten, besteht die Möglichkeit die Graustufenansicht (weiß bis schwarz) mit einer
anderen Farbe zu überlagern, was die Ansicht von Geometrien erleichtern kann.
39
4.4 Konstruktion in Auto CAD Civil 3D mit dem CloudWorx Plugin
AutoCAD Civil 3D ist ein Programm der Firma Autodesk, zur rechnerunterstützten
Konstruktion (Computer Aided Design). Es basiert auf einer aktuellen AutoCAD Version,
erweitert um Programmteile die den Bereich der Vermessung und des Tiefbaus
umfassen. Es werden auch Versionen speziell für Architekten und Autodesk Inventor für
Maschinenbauer bereitgestellt.
4.4.1 Konstruktionsumgebung (Layout, Vorlagen)
Es stehen mehrere Konstruktionsumgebungen und Vorlagen zur Verfügung, der
klassische 2-D, sowie der 3-D Modus. Als Bemaßungssystem kann sowohl das imperialoder das metric System gewählt werden.
8
8
Abb. 4-55 AutoCAD Civil 3D Benutzeroberfläche
Abb. 4-56 Menü-Browser
40
Die AutoCAD Civil 3D Benutzeroberfläche (Abb. 4-55) gliedert sich in folgende
Hauptbereiche:
1. Die Menüleiste am oberen Rand enthält Pulldown-Menüs der wichtigsten
AutoCAD Funktionen. Diese Menüleiste ist ausblendbar.
2. Ergänzend befindet sich noch oben links der Menü-Browser der die Befehle des
aktuellen Arbeitsbereichs enthält. (Abb. 4-56)
3. Das Konzept der Multifunktionsleiste (Abb. 4-57) besteht darin, dass diejenigen
Werkzeuge auf die häufig während bestimmter Bearbeitungsphasen zugriffen
werden muss, in Gruppen eingeteilt werden. So wird Platz in der Darstellung
gespart und die Menge an Symbolen bleibt überschaubar.
Abb. 4-57 Multifunktionsleiste
4. Mit den Civil 3D-Werkzeugkästen kann auf die häufig benutzten Befehle schnell
zugegriffen werden.
5. Über die Befehlzeile können Befehle durch Eingabe ihres Namens aufgerufen und
konfiguriert werden.
6. Die Statusleiste unten links zeigt die Koordinaten des Cursors an und lässt über
mehrere Schaltflächen das Aktivieren und Deaktivieren von Zeichenhilfen zu. Zu
denen gehören Objektfangparameter, Fangen am Raster und von Objekt-punkten,
orthogonales Ausrichten an den Koordinaten Achsen, Spurverfolgung von
linienhaften Objekten.
7. Die Arbeitsbereichsauswahl befindet sich unten rechts. Die Auswahl verschiedener Arbeitsbereiche lässt auf der Oberfläche nur die Menüs, Werkzeugkästen
und Elemente in der Multifunktionsleiste anzeigen, die für den jeweiligen Bereich
angegeben sind.
8. Der ViewCube (Abb. 4-58) lässt ein Ausrichten der aktuellen Ansicht zum aktuellen
Koordinatensystem zu. Außerdem kann das Welt Koordinaten System mit
verschiedenen Benutzer Koordinaten Systemen ergänzt werden. (Abb. 4-58)
Abb. 4-58 ViewCube
41
4.4.2 Wichtige Konstruktionselemente mit ihren Befehlen
4.4.2.1 Linienhafte Objekte
Übersicht linienhafter Objekte mit ihren Befehlen:
LINIE erzeugt geradlinige Segmente zwischen zwei Punkten.
PLINIE ist eine 2D Polylinie. Sie besteht aus mehreren Liniensegment die räumlich
verbunden sind und sich immer in einer Ebene befinden (einer Ebene parallel
verschoben zur aktuellen X,Y- Achse).
3DPOLY ist eine 3D Polylinie sie besteht aus mehreren Liniensegment die räumlich
verbunden aber nicht verebnet sind. Polylinien lassen sich mit PEDIT bearbeiten.
RECHTECK erzeugt eine rechteckige Polylinie.
KREIS erzeugt Kreise über Angabe von Mittelpunkt Radius, 3 Punkte, 2 Endpunkte des
Durchmessers sowie 2 Tangenten und den Radius.
BOGEN erzeugt einen Kreisbogen in dem die Werte für Mittelpunkt, Endpunkt,
Startpunkt, Radius, Winkel, Sehnenlänge und Richtung miteinander kombiniert werden.
Es ist auch möglich Zeichen über Start-, End- und einen dritten Punkt auf dem Kreis
zusetzen.
4.4.2.2 Oberflächen und 3D-Volumenkörper
Übersicht flächenhafter Objekte mit ihren Befehlen:
3DFLÄCHE dient zur Erstellung von 3-eckigen oder 4-eckigen Flächen. Es ist nicht
notwendig, dass bei einer Definition über 4 Eckpunkte alle Punkte in einer Ebene liegen.
REGION erstellt Flächenfüllungen für ebene abgeschlossene Bereiche einer Vielzahl von
Linientypen (Linien, Polylinien, Bögen, Ellipsen, Splines).
Die
folgenden
Flächen
gehören
KANTOB erzeugt eine Kantendefinierte Fläche
(Abb. 4-59). Die Kanten könne aus Linien,
Bögen, offenen 2D-, 3D-Polylinien bestehen.
Aus den 4 Kanten wird ein CoonsOberflächensegmentnetz Interpoliert.
zur
Gruppe
der
Netzflächen:
Abb. 4-59 Kantendefinierte Fläche
42
TABOB erzeugt eine tabellarische Oberfläche aus einer
Grundlinie und einem Richtungsvektor. (Abb. 4-60)
Abb. 4-60 Tabellarische Fläche
REGELOB erstellt ein Regelfläche zwischen 2 Objekten,
Beispielsweise Linien oder alle Arten von Bögen.
(Abb. 4-61)
Abb. 4-61 Regelflächen zwischen Kurven
ROTOB ist eine Netzoberfläche die sich aus einem Querprofil, das um eine
Rotationsachse gedreht wird, zusammensetzt als Rotationsnetz (Abb. 4-62).
Abb. 4-62 Rotationsnetz
3D erstellt 3D-Netzflächen aus einer Auswahl an üblichen Geometrischen Primitiven wie
Quader, Kegel, Netz, Schale, Kuppel, Torus (Ring), Kugel, Pyramide und Keil. (Abb. 4-63)
Abb. 4-63 Vordefinierte 3D-Netzflächen
43
Übersicht der 3D-Volumenkörper mit ihren Befehlen:
Das nächste Modellierobjekt ist der 3D-Volumenkörper zu dem auch geschlossene
Flächennetze gehören, wie zum Beispiel Kugel, Quader, Pyramide, Kegel, Keil, Zylinder,
sowie Freiformnetze wie TABOB wenn die Oberfläche „wasserdicht“ (durchgängig
geschlossen) ist.
EXTRUSION
Als Extrudieren wird das Versehen eines ebenen Objektes mit einer Höhe verstanden.
Üblicherweise erfolgt die Extrusion in Richtung des Normalenvektors der Ebene.
AutoCAD erlaubt hier auch das Verwenden von Pfadinformationen, allerdings werden
bessere Ergebnisse mit dem nachfolgenden SWEEP Befehl erzielt. (Abb. 4-64)
Abb. 4-64 Extrusion
SWEEP
Als Sweeping (Abb. 4-65) bezeichnet wird der Vorgang, bei dem ein ebenes Objekt
entlang eines Pfads extrudiert wird. Als Pfade können Linien, Bögen aber auch 3D-Spline
und eine Helix genutzt werden. (Abb. 4-66 – 4-68)
Abb. 4-65 Volumenkörper erstellt durch Sweeping
Abb. 4-66 Sweeping Ergebnis
44
Abb. 4-67 Renderansicht Fenstergitter
Abb. 4-68 Sweeping Profil und Pfad
Weitere Modellierwerkzeuge die auf Volumenkörper angewandt werden können, sind
die Booleschen Operationen (Vereinigung, Differenz und Schnittmenge).
VEREINIG
Mit Hilfe des Befehls VEREINIG werden auswählte Objekte zusammengeführt und
gleichzeitig werden Redundanzen (überlagerte Bereiche) entfernt (Abb. 4-69).
Abb. 4-69 Vereinigung von Volumenkörpern
DIFFERENZ
Der Befehl DIFFERENZ verlangt zwei Eingaben: Auswahl der Objekte die beibehalten
werden und die Objekte, die subtrahiert werden (Abb. 4-70).
Abb. 4-70 Differenzbildung aus Volumenkörpern
45
SCHNITTMENGE
Die Schnittmenge ergibt sich aus den überlappenden Bereichen zweier oder mehrerer
Volumenkörper. Das Ergebnis ist ein vereinigter Volumenkörper (Abb. 4-71).
Abb. 4-71 Schnittmengenbildung aus Volumenkörpern
ROTATION
Erzeugt Rotationsvolumen durch Auswahl eines planaren Profils und einer
Rotationsachse (Abb. 4-72, 4-73).
Abb. 4-73 Rotationsvolumen Ausschnitt
Abb. 4-72 Volumenkörper Erstellen durch Rotation
um eine Achse
46
ANHEBEN
Erstellt einen Volumenkörper durch Erhebung zwischen 2-dimensionalen Querschnitten
(Abb. 4-74, 4-75).
Abb. 4-74 ANHEBEN Beispiele
Abb. 4-75 Fußboden des Hammerraums
47
4.4.3 Windows XP (3GB-Switch)
Das Betriebssystem Microsoft Windows XP (32-bit Version) startet standardmäßig in
einem Modus der nur 2 GB Arbeitsspeicher pro Anwendung zulässt. Der Rechner, der
zur Modellierung genutzt wurde, war jedoch mit 4 GB Arbeitsspeicher ausgestattet. Die
32-Bit Windows Version kann allerdings nur 3,25 GB davon nutzen. Die Stabilität und
Performance der Anwendung AutoCAD wird verbessert, wenn mehr als 2 GB für diese
zur Verfügung stehen. Hierzu lässt sich in der boot.ini Datei der 3GB-Switch aktivieren.
Damit beim Systemstart zwischen dem Standard- oder 3 GB-Modus gewählt werden
kann, wird die Zeile unter [operating systems] kopiert und in einer neuen Zeile wieder
eingefügt. Der Zeile werden dann die Befehlszeilenoptionen /PAE, /3GB und
/USERVA=2990 hinzugefügt. Der Eintrag /PAE aktiviert den Modus zur Erweiterung der
physischen Adressierung, Speicherbusbreiten von 36-bit sind somit möglich. Der Eintrag
/3GB schaltet bis zu 3 GB Arbeitsspeicher für eine Anwendung frei. Mit /USERVA=2990
wird die nutzbare Speichermenge anpasst. In diesem Fall erfolgte die Anpassung auf
knapp unter 3 GB, um einen Systemabsturz zu vermeiden. Danach kann bei jedem
Systemstart zwischen Standard- und 3 GB-Modus gewählt werden.
[boot loader]
timeout=30
default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS
[operating systems]
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS="Microsoft Windows XP
Professional 2GB" /fastdetect
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS="Microsoft Windows XP
Professional 3GB" /fastdetect /PAE /3GB /USERVA=2990
48
4.4.4 Beispiele für die Modellierung in AutoCAD
Das Bilden von Schnitten die in Punktwolke eingepasst werden, ist eine weitere Methode,
um 3D-Körper oder Oberflächen zu erstellen. Hierbei ist der Detailierungsgrad stark von
der Schnittdicke und von den in die Polylinie eingefügten Knickpunkten abhängig.
Um Schnitte an der richtigen Stelle einfügen zu können, muss als erstes ein passendes
BKS erzeugt werden. Da Polylinien und andere Objekt in der X, Y-Ebene gezeichnet
werden, muss die Schnittebene an der Z-Achse entlang laufen.
Wenn der erste Schnitt eine Ebene ergibt, orientiert man das BKS an dieser Ebene,
indem eine Ebene mit CWFITPATCH erstellt wird. Zum Einpassen der Polylinien sollten
diese möglichst in der Draufsicht des aktuellen Schnittes erstellt werden, da bei zu
großen Abweichungen keine Einpassung erfolgt. (Abb. 4-76)
Abb. 4-76 Schnitt Einpassung von Polylinien
49
Die erzeugten Schnitte werden anschließend mit Flächen versehen. Bei Fensterbögen
aber auch bei den Dachflächen (Abb. 4-77) bot sich die Regelfläche an, da diese gute
Ergebnisse mit wenig manueller Nacharbeit liefert.
Abb. 4-77 Regelfläche als Dachfläche
Die Dachsparren (Abb. 4-78, 4-79), der Hammer und die Hammerwelle werden als
Volumenkörper modelliert mit dem Befehl ANHEBEN.
Abb. 4-78 Anheben Profile auswählen
Abb. 4-79 Anheben Ergebnis
50
Zur Erstellung von Wandteilen eignet sich das Anheben zwischen Querschnitten (Abb. 480) da komplexe, detaillierte Oberflächen ohne viel Aufwand erzeugt werden können.
Ein Import dieser Flächen in SketchUp funktioniert nicht, da nur Volumenkörper sowie
geschlossen Flächen erfolgreich importiert werden können.
Abb. 4-80 Wand erstellen durch Anheben aus Profilen
51
Der Hammer und die Welle werden ausschließlich als Volumenkörper aus Profilen
erstellt, um diese mit Mengenoperationen bearbeiten zu können. (Abb. 4-81, 4-82)
Abb. 4-81 Hammersäule ohne Hohlraum
Abb. 4-82 Hammersäule nach Differenzbildung
Es können komplexe Körperformen erstellt werden, wie hier am Beispiel des
Hammerkopfes (Abb. 4-83) und der Exzenterscheibe (Abb. 4-84) gezeigt wird. Solche
komplexen Körperformen können mit den anderen vorhandenen Modellierwerkzeugen
nicht konstruiert werden.
52
Abb. 4-83 Hammerkopf Modellierung durch Differenz
Abb. 4-84 Modellierung der Exzenterscheibe
53
Ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Modellierung ist das automatische Anordnen
und Vervielfältigen von Objekten. Mit dem Befehl REIHE kann eine Radiale/Polare- oder
Rechteckige Anordnung erfolgen. (Abb. 4-85)
Für die Polare Anordnung ist die Auswahl des Mittelpunkts sowie des zu kopierenden
Objektes nötig. Als Methoden stehen zur Verfügung:
Gesamtzahl der Objekte & Auszufüllender Winkel
Gesamtzahl der Objekte & Winkel zwischen den Objekten
Auszufüllender Winkel & Winkel zwischen den Objekten
Es muss noch angegeben werden, ob die Objekte beim Kopieren gedreht werden sollen.
Eingaben wie Mittelpunkt, Auszufüllender Winkel und Winkel zwischen den Objekten
können auch direkt in der Zeichnung anhand der angezeigten Punkte bestimmt werden.
Abb. 4-85 Polares Anordnen
54
Die Rechteckige Anordnung (Abb. 4-86) erfolgt über die Auswahl des zu kopierenden
Objektes und die Angabe der Anzahl von Zeilen und Spalten. Zusätzlich wird noch der
Zeilen- und Spaltenabstand sowie ein Drehwinkel gewählt. Diese Werte können wie bei
der Polaren Anordnung auch direkt in der Zeichnung abgegriffen werden.
Abb. 4-86 Rechteckige Anordnung
55
Die Linienkonstruktion der Fenstergitter am Deilbachhammer erfolgte, indem eine
Schnittansicht in der Ebene der Gitterstangen erstellt wurde. Danach wird die Ansicht so
ausgerichtet, dass der Punktwolkenschnitt in der Draufsicht betrachtet wird. Die
Punktwolkenpunkte der Gitterstangen werden mit dem Befehl BOGEN mit der Option
Zeichnen über 3 Punkte nachgezeichnet. Dies geschieht durch Markieren des
Bodenanfangspunkt, eines Punktes auf dem Bogen und des Bogenendpunkts (Abb. 4-87).
Abb. 4-87 Erstellen eines Bogens über 3 Punkte
Danach werden die Bögen über die CloudWorx Funktion „Schnitt in PW einpassen“
(CWFITSECTION) eingepasst. Der Bogen wird zwar in die PW eingepasst, bei diesem
Vorgang trat aber folgender Fehler auf. Der gezeichnete Bogen wird durch einen neuen
Bogen ersetzt, der sich auf demselben Kreis befindet und den vorher nicht sichtbaren
Restkreisbogen entspricht (Abb. 4-88).
Abb. 4-88 Falsch in den Schnitt eingepasste Bögen
56
Diese Fehlfunktion konnte mit Hilfe eines kurzen AutoLISP Programms behoben
werden. Die Programmiersprache LISP (List Processing) ist zeilenbasiert, das bedeutet
das der Code zeilenweise abgearbeitet wird. Mit AutoLISP wird ein Dialekt der Sprache
LISP bezeichnet, mit dessen Hilfe AutoCAD Zusatzfunktionen hinzugefügt werden.
Der folgende Quelltext steht in der Textdatei (swap-arc.lsp):
(defun c:swap-arc ( / ss z e)
(setq ss (ssget '((0 . "ARC"))) z -1)
(while (setq e (ssname ss (setq z (1+ z))))
(entmod (subst (cons 51 (cdr (assoc 50 (setq e (entget e)))))
(assoc 51 e) (subst (cons 50 (cdr(assoc 51 e))) (assoc 50 e) e)))
)
)
Die Datei kann mit dem Befehl
APPLOAD in AutoCAD geladen
werden. Nach der Eingabe öffnet
sich das Fenster Anwendungen
laden/entfernen (Abb. 4-89). In
diesem wird die Datei (swap-arc.lsp)
ausgewählt und mit dem LadenButton geladen. Anschließend wird
der Befehl SWAP-ARC eingeben, die
zu ändernden Bogenausschnitte
werden auswählt und die Auswahl
bestätigt. Das Ergebnis ist in (Abb. 490) zu sehen.
Abb. 4-89 Anwendungen laden/entfernen
Abb. 4-90 Bogenausschnitte nachdem diese mit SWAP-ARC invertiert wurden
57
4.4.5 Texturieren mit AutoCAD
Zur Texturierung einer Oberfläche muss als
erstes ein Material im Materialien Fenster
angelegt werden, dies geschieht mit Hilfe des
Materialienfensters (Abb. 4-91).
Im Material-Editor wird festgelegt:
Von welchem Typ das Material ist. (Realistisch,
Realistisches Metall, Erweitert, Erweitertes Metall.)
Mit Farbe wird das Objekt eingefärbt, im Erweiterten
Typ kann auch zwischen Farbe des Streulichts
(Hauptfarbe) und der Farbe der Schattenseite
unterschieden werden.
Glanz steuert die Rauheit des Materials, somit auch die
Größe und Intensität des Glanzpunktes.
Opazität gibt den Wert der Lichtdurchdringung eines
Objektes an, einstellbar von Transparent bis
Undurchsichtig.
Über den Wert Brechung kann die Dichte des Objekts
über den Lichtbrechungsindex eingestellt werden.
Transluzenz gibt an wie hell ein Objekt durch
Lichtstreuung im Objekt erscheint.
Selbstillumination gibt an, wie hell eine Oberfläche
ohne Beleuchtung ist. Es wird kein Licht an andere
Objekte abgegeben.
Abb. 4-91 Materialienfenster
Luminanz simuliert die Beleuchtung eines Objekts durch eine fotometrische
Lichtquelle, es wird kein Licht an andere Objekte abgegeben.
Die folgende Option steht nur im Typ Erweitert zur Verfügung:
Reflexion stellt die Reflexionseigenschaften ein und ist nicht beim Typ Metall vorhanden.
Mit Maps können realistisch wirkende Texturen den Materialien hinzugefügt werden.
Über Streufarben-Map werden Bilddateien (Muster oder Fotos) zur
Oberflächentexturierung angefügt.
Reflexions-Map lässt die Oberfläche an unterschiedlichen Stellen verschieden stark
reflektieren.
Opazitäts-Map überlagert die Streufarben-Map mit verscheiden
Transparenzwerten.
Mit Hilfe der Relief-Map kann ein räumlicher Eindruck, eine unebene oder
unregelmäßige Oberfläche erzeugt werden.
58
Anschließend wird das Material den Flächen zugewiesen (Abb. 4-92).
Abb. 4-92 Material auf Objekt anwenden
Um nun die Ausrichtung und Größe der Textur anzupassen, wird der Befehl MATMAP
genutzt.
Es gibt verschieden Mapping Methoden:
Ebenen-Mapping projiziert die Textur parallel von einer ausrichtbaren Ebene auf
das Objekt.
Quader-Mapping projiziert die Textur mit Hilfe eines Quaders von sechs Seiten
auf das Objekt.
Kugel-Mapping projiziert die Textur auf kugelförmige Objekte. Dabei wird die
Oberkante der Textur im Nordpol der Kugel und die Unterkante im Südpol
komprimiert.
Zylinder-Mapping eignet sich besonders für zylindrische Objekte. Skaliert wird
hier nur in Richtung der Zylinderachse.
59
Das Skalieren der Textur erfolgt über die Pfeile an den Eckpunkten, am Basispunkt wird
die Drehung der Textur angepasst dort kann auch der Verschiebemodus gewählt
werden. (Abb. 4-93)
Abb. 4-93 Mit MATMAP ein Material auf mehreren Flächen ausrichten
60
4.4.6 DGM Erstellung in AutoCAD
Im AutoCAD Civil 3D Werkzeugbereich finden sich unter anderem auch Tools mit denen
Vermessungsdaten verarbeitet werden können. Punktdaten und Vermessungsdaten
sind nicht mit den Konstruktionsdaten in der Zeichnung verbunden, sie werden über
den Arbeitsbereich Vermessung gesteuert und verändert. (Abb. 4-94)
Der erste Schritt in der DGM Erstellung ist das Hinzufügen von Punktdaten, hier
dargestellt durch den Import aus einer ASCII-Datei. Mit Erstellen… öffnet sich das
Fenster Punkte erstellen dort kann der Import aus Datei gewählt werden. Im sich nun
öffnenden Fenster kann das Format der Importdatei (RHZ) und die Ursprungsdatei
ausgewählt werden. Es ist für nachfolgende Bearbeitungsschritte vorteilhaft diese in
Punktgruppen zu organisieren, mit einem deutlichen Geschwindigkeitsunterschied bei
der anschließenden Darstellung und Bearbeitung.
Unter dem Ordner DGMs ein wird
neues DGM angelegt. Im neu erstellten
DGM muss nun unter Definitionen die
Datengrundlage angegeben werden.
Hier besteht die Möglichkeit die
Punktgruppen auszuwählen oder über
Punktdateien die Punkte direkt zu
importieren allerdings können mit
diesen Arbeitsschritten keine Punkte
mehr bearbeitet oder außerhalb des
DGM genutzt werden.
Abb. 4-94 Werkzeugbereich und Menüs zur DGM Erstellung
61
Zur Betrachtung des erstellten DGMs, kann dies mit Zoom auf in den Mittelpunkt der
aktuelle Ansicht zentriert werden. Es stehen verschieden Darstellungsformen zur
Verfügung die über DGM-Stil bearbeiten angezeigt werden können. (Abb. 4-95 – 4-98)
Abb. 4-95 DGM-Stil Punkte
Abb. 4-96 DGM-Stil Punkte
Abb. 4-97 DGM-Stil Dreiecke
Abb. 4-98 DGM-Stil Höhenlinien
62
Das erzeugte DGM kann anschließende über das Einfügen einer Pixelbild-Referenz
(Abb. 4-99) mit einer Textur überlagert werden. Hierzu wird eine Bilddatei gewählt
die anschließend positioniert wird. Dies geschieht über Einfügepunkt, Skalierung und
Drehung, die Werte können entweder eingegeben, oder in der Zeichnung selber
bestimmt werden.
Abb. 4-99 Pixelbildreferenz einfügen
63
Im Anschluss daran wird im Menü DGMs unter dem Punkt Dienstprogramme - Rasterbild
projizieren (Abb. 4-100) gewählt.
Abb. 4-100 Rasterbild auf DGM projizieren
64
4.5 SketchUp
SketchUp ist ein frei verfügbares Modellierprogramm, welches einen Export von
texturierten 3D-Modellen nach Google Earth ermöglicht. Es bietet die Möglichkeit
verschiedene fremde CAD-Formate, wie beispielsweise das DWG- und DXF-Format
importieren zu können. Dies ist jedoch nur ohne Texturinformationen möglich.
Das Programm wird eingesetzt als Brücke zwischen AutoCAD und Google Earth. Dies
wurde nötig, weil der von AutoDesk für Google Earth Export vorgesehen ist, aber kein
verwertbares Ergebnis lieferte. Leider konnte dieses Problem trotz des manuellen
Eingriffs in die ausgegebenen Dateien nicht gelöst werden, da die benötigten Texturen
beim Export nicht mit angehängt wurden.
Das Modellieren in SketchUp wird hier nicht näher ausgeführt, da dies schon vielfach im
Internet und in einigen Diplomarbeiten beschreiben wurde (Jedrzejas, 2008).
4.5.1 Erstellen eines DGM aus Airbornelaserscandaten
Es gibt zusätzliche PlugIns für SketchUp mit denen Punkte aus Dateien eingelesen,
dargestellt und auch trianguliert werden können. Die Punktdaten werden aus einer
ASCII kodierten Textdatei eingelesen im Format (RHZ). (Abb. 4-101)
Abb. 4-101 SketchUp Punkte einlesen und triangulieren
65
Da der Innenraum des Deilbachhammers teilweise unter dem Niveau der Umgebung
liegt, wurde es nötig ein detailliertes Geländemodell mit Aussparungen für den Graben
sowie das Hammergebäude einzuführen. Zu diesem Zweck wurden Airbornescandaten
herangezogen, die Aufgrund ihrer Genauigkeit und Punktdichte eine realistischere
Wiedergabe der Umgebung erlauben. Weiterhin kommt hinzu, dass die Geländedaten
im Google Earth grob gerastert (mit einer Rasterweite von mehreren Metern) und stark
geglättet sind. Durch den größeren Detailierungsgrad der Airbornescandaten (die
üblicherweise mit zirka 2 Punkten pro Quadratmeter vorliegen) ergibt sich ein weiteres
Problem. Es entstehen ungewollte Schnitte mit dem Google Terrain, die Details
verdecken. Dies wird verhindert durch Verschieben des Lokalen DGM in der Höhe bis
sich kein Schnitt mehr bildet (Abb. 4-103).
Anschließend werden die Randbereiche mit dem Google Untergrund verschnitten, dies
geschieht mit rechteckigen Ebenen die das DGM durchstoßen. Durch Markieren der
überstehenden Bereiche und Randdreiecke werden diese mit Hilfe eines Kontextmenüs
und der Option Auswahl verschneiden abgetrennt. Danach können die Überstände
entfernt werden (Abb. 4-102, 4-103).
Abb. 4-102 DGM Randanpassung durch Verschneidung
66
Abb. 4-103 Google Terrain und lokales DGM im Vergleich
4.5.2 Texturierung
Die Texturierung mit dem Programm SketchUp ist in vielen Punkten einfacher und in
ihrer Funktionsweise wesentlich stabiler als das Vorgehen im AutoCAD. Die Textur wird
hier allerdings nur als Ebene aufgebracht. Es stehen die üblichen Möglichkeiten
verschieben, rotieren, skalieren und verzerren zur Verfügung.
67
4.5.3 Export und Vereinigung der Teilmodelle
In der anschließenden Google Earth Präsentation ist die Anzeige verschiedener
Zeitepochen sowie Innen- und Außenansicht mit möglichst geringer Datenmenge und
kurzen Ladezeiten zu realisieren. Daher erfolgte ein Export der Teilmodelle in einzelnen
KMZ-Dateien die über eine KML-Datei eingeladen und gesteuert werden.
Die KML-Datei ist wie folgt aufgebaut (Abb. 4-104).
Unter dem Projektordner Deilbachhammer finden
sich 2 Ordner. Mit dem Ordner Info lassen sich die
Informationsmarken ein- oder ausschalten (Abb. 4105). Im Ordner Historie des Deilbachhammers
befinden sich die Ordner Heute, 1936/37, 1881 und
ab 1831. Diese laden die zum jeweiligen Zeitpunkt
passenden Objekte. Mit Hilfe der Unterordner Dach
und Dachsparren lassen sich wie hier bezeichnet das
Dach und die Dachsparren ein- oder ausblenden.
Abb. 4-104 KML-Datei angezeigt in der
Seitenleiste im Bereich Orte
Abb. 4-105 KML-Datei in Google Earth Übersicht
Die KMZ-Dateien wurden wie folgt angelegt:
Die Geländeoberfläche wurde mit dem Arbeiter-, dem Wohnhaus und dem Wassergraben
des Deilbachhammers vereinigt, so dass diese Daten als Grundlage für alle weiteren
Zeitepochen verwendet werden konnten. Das Hammergebäude wurde in die Teile Dach,
Dachsparren, sowie in das restliche Gebäude bestehend aus Außenwänden und
Innenraum mit Hammeranlage zerlegt. Damit ein ungehinderter Blick in das Innere
mögliche ist, sind Dach und Dachsparren einzeln exportiert worden. Diese Aufteilung
konnte von den Epochen heute – 1881 beibehalten werden. Die folgenden Änderungen
wurden durch Laden kleiner zusätzlicher KMZ-Dateien realisiert. Heute ist nur ein
Kontergewicht an der äußeren Hammerachse angebracht. 1936/37 war an dieser Stelle
noch das Wasserrad angebracht. Das Tor zur Schmiede und die Dachgaube an der
Südseite werden nur zum Zeitpunkt 1881 angezeigt. Für die Epoche ab 1831 musste eine
weitere KMZ-Datei des Hammergebäudes erstellt werden, da 1831 die Schmiede (der
westliche Teil des Hammergebäudes) noch nicht vorhanden war. Das aus der Verkürzung
des Gebäudes entstandene Loch in der Geländeoberfläche wurde mit zusätzlichen
Flächen geschlossen.
68
5
Fazit
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Prozess der Modellierung historischer
Gebäude aus terrestrischen Laserscandaten mit dem Programm AutoCAD und der
anschließenden Visualisierung des Modells in Google Earth.
Der Zoller+Fröhlich Imager 5006 war gut geeignet für die Messung. Seine hohe
Auflösung und schnelle Messrate lieferte eine detaillierte Erfassung des Objektes in 2
Tagen.
Die Modellierung erfolgte mit zirka 20 – 30 fach größerem Zeitaufwand. Zur Reduktion
der benötigten Modellierzeit und zur realistischeren Darstellung wäre es wünschenswert,
wenn CloudWorx eine Funktion zur 3-dimensionalen Vermaschung von Punkten besitzen
würde. Diese wäre besonders hilfreich, um raue und geschwungene Oberfläche detailliert
abzubilden zu können. Außerdem fehlt die Möglichkeit eingepasste Ebenen zu
verschneiden, um daraus eine Schnittkante zu erzeugen.
Die eingesetzte 32-bit Windowsversion konnte die Punktmengen zwar ausreichend
schnell verarbeiten, sie hat jedoch den Nachteil, dass der Arbeitsspeicher auf 3,25
Gigabyte begrenzt ist. Es bestand nicht die Möglichkeit die Modellierung mit einer 64bit Version zu testen, die mehr als die oben genannten 3,25 GB nutzen kann. Die
Modellierzeit wurde zudem durch die häufig auftretenden Programmabstürze
verlängert. Die Abstürze konnten nicht eindeutig zu geordnet werden. Ein Teil lässt sich
auf Programmfehler (sog. Bugs) zurück führen. In anderen Fällen wurde im
Taskmanager eine Vollauslastung des Arbeitsspeichers angezeigt. Dies legt die
Vermutung nahe, dass dieses Problem mit 4-5 GB nutzbarem Speicher gelöst werden
kann.
Die Bearbeitung der Photos nahm viel Zeit in Anspruch. Mit Adobe Photoshop konnten
die Entzerrung schnell ausgeführt werden. Die Vereinigung verschiedener Photos und
die notwendige Retusche von Bewuchs und Übergängen zwischen Bildteilen nahmen
hingegen bei komplexen Bildinformationen mehrere Stunden in Anspruch.
Der Export des mit AutoCAD erstellten Modells nach Google Earth war nicht möglich. In
der exportierten KMZ-Datei wurden Texturen und Oberflächen nicht angezeigt. Auch
durch anschließende Nachbearbeitung der enthaltenen Collada-Datei konnte dies nicht
behoben werden. Die Nutzung von SketchUp verlängerte die beanspruchte
Bearbeitungszeit durch die manuelle Bereinigung und Texturierung des importierten
Modells zusätzlich.
Im Vergleich mit den in Cyclone angezeigten Punkten sind die Punktdichten, die mit
CloudWorx dargestellt werden, gering. Während in Cyclone die Verarbeitung von 30
Millionen Punkten kein Problem darstellt, ist die Anzahl der Punkte in CloudWorx auf
maximal 5 Millionen begrenzt. Dies macht es nötig, dass zusätzlich zu den
Punktwolkeninformationen auf Dokumentationsphotos für detaillierte Objekte zurück
gegriffen werden muss.
69
Die Aufnahme des Deilbachhammer hätte auch mit anderen Messverfahren durch
geführt werden können.
Beispielweise mit einem Handaufmaß, das zur Verbesserung der geometrischen Bezüge
durch Tachymetrie gestützt werden könnte. Bei diesem Aufnahmeverfahren steigt mit
zunehmender Detaildichte die benötigte Aufnahmezeit exponentiell an.
Als weiteres Messverfahren könnte auch eine Photogrammetrische Aufnahme dienen.
Der Zeitwand der hier zur Aufnahme vor Ort benötigt wird, wäre ähnlich groß wie bei
der Aufnahme mit dem Laserscanner. Die anschließenden Bildmessungen nehmen
jedoch wesentlich mehr Zeit in Anspruch. Damit hier vergleichbare Punktmengen
erzeugt werden können, müssten Algorithmen zur automatischen Messung natürlicher
Punkte mit vorgegebener Rasterweite eingesetzt werden.
Zum oben beschrieben Auswerteprozess mit der Software CloudWorx, gibt es folgende
alternative Auswertestrategien die zum Ziel führen können.
Zu nennen wäre hier die Möglichkeit, mit Cyclone geometrische Primitive einzupassen.
Diese werden anschließen zur weiteren Verarbeitung in ein CAD-System importiert.
Zusätzliche manuelle Messungen in Cyclone könnte die anschließende Modellierung
unterstützen. Hier könnte sowohl der Weg über AutoCAD nach SketchUp, als auch der
direkte Import von einpassten Objekten nach SketchUp erfolgen.
Das Einblenden von Punktwolkeninformationen in AutoCAD ist auch mit anderen
Programmen möglich. Beispielsweise vertreibt die Firma kubit GmbH ein Programm
namens PointCloud. Die Unterschiede zwischen CloudWorx und PointCloud bestehen
darin, dass bei PointCloud Punkte durch den Import der Scannerhersteller eigenen
Datenformate eingeblendet werden. Es wird kein Datenbankkonzept wie bei Leica
verwendet. Die Eingeblendete Punktmenge kann wesentlich größer sein, je nach
Arbeitsspeichermenge um Faktor 5. Der Funktionsumfang ist größer und auch auf
Modellierung von Bauwerken ausgelegt. Es können automatisch Profile abgeleitet
werden, Punkte können gegriffen und an diese so direkt Linien gezeichnet werden. Mit
Hilfe eines Photogrammetrie Moduls können auch Punktmessungen in Photos, die über
Laserscandaten orientiert wurden, gemessen werden. Den Bildern können die
Parameter der inneren Orientierung vorgegeben werden, aber auch aus den Scandaten
bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Funktion ist auch ein Entzerren von Photos zur
Texturierung möglich.
70
Abschließend betrachtet gliedert sich der Gesamtauswerteprozess in 3 wesentliche
Abschnitte. Beginnend mit der Beurteilung des Prozessablaufs und dessen
Praktikabilität, zur Frage nach der Wirtschaftlichkeit, sowie der Beurteilung des zu
erzielenden Endergebnisses.
Der Gesamtprozess von der Punktwolke bis hin zum fertigen Modell ist als ein gutes
Mittel zur Umsetzung einer solchen Aufgabe zu sehen. Die Nutzung von
Punktinformationen im CAD unterstützt den Prozess der Generalisierung sowie den
kreativen Prozess der Modellierung. Die Betrachtung der Punktinformationen hilft bei
der Wahl der einzusetzenden Modellierwerkzeuge. Zwar wurde der Prozess durch den
fehlerhaften Export von AutoCAD nach Google Earth gestört. Der Einsatz von SketchUp
stellte aber durch die einfache Handhabung bei Import, Texturierung und Export keine
allzu große Hürde dar.
Bei dieser Art von Visualisierung könnte die Bearbeitungszeit noch reduziert werden,
indem die Detaillierung im gesamten Modell gering gehalten wird. Es ist daher sinnvoll,
nur markante Stellen mit hohem Wiedererkennungswert heraus zu arbeiten. Ein
primäres Objekt, wie zum Beispiel der Eisenhammer, der das Interesse des Betrachters
wecken soll, wird als Highlight fein modelliert. Es vermittelt hierdurch dem Betrachter
den Eindruck eines hoch detaillierten Modells LOD 4 (Level of Detail).
Bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit wird dieses Verfahren in absehbarer Zeit
noch als zu teuer gelten, da ein großer Aufwand für die Modellierung getrieben werden
muss. Damit wird so ein Prozess bei historischen Gebäuden für die öffentliche Hand
meist unerschwinglich.
Die Visualisierung ist nicht als archäologische Dokumentation und auch nicht als reines
Gebäudeaufmaß zu verstehen. Dieses 3D-Modell dient eher der Aufwertung und der
sich daraus ergebenden Möglichkeit zur besseren Internet Präsentation und damit der
Vermarktungsfähigkeit des Deilbachhammers. Somit richtet sich das Google Earth
Modell an den Internetnutzer, der archäologisch nicht vorgebildet ist. Dieser kann
interaktiv durch das Modell navigieren und es so auch aus Positionen betrachten, die für
ihn vor Ort nicht zu erschließen wären. Er kann Ansichten verschiedener Zeitpunkte der
Geschichte des Deilbachhammers aufrufen und bei einer Ansicht ohne Dach auch von
oben in das Gebäude sehen. Mit Informationsbuttons kann der Betrachter zusätzlich
weitere Informationen über dieses Objekt aufgerufen.
71
Literaturverzeichnis
AutoCAD (2009): Produktinformationen und Download.
http://www.autodesk.com, Seitenzugriff am 20.11.2009
Google Earth (2009): Google Earth Software und Dokumentation.
http://earth.google.com, Seitenzugriff am 02.12.2009
Jedrzejas Thomas (2008): Aufbau historischer städtischer 3D-Szenarien für eine Nutzung
unter Google Earth, basierend auf Daten von terrestrischem Laserscanning,
Photogrammetrie und Archivinformationen. Hochschule Bochum.
KML Reference (2010): KML Reference.
http://code.google.com/intl/de/apis/kml/documentation/kmlreference.html,
Seitenzugriff am 02.01.2010
Leica Geosystems (2009): CloudWorx 4.0 für AutoCAD.
http://www.leica-geosystems.de/de/Leica-CloudWorx-32-fuerAutoCAD_6517.htm,
Seitenzugriff am 02.12.2009
Leica Geosystems (2009): Leica Cyclone 6.0.
http://www.leica-geosystems.de/de/Leica-Cyclone_6515.htm,
Seitenzugriff am 02.12.2009
Microsoft (2009): Verfügbare Befehlszeilenoptionen für die Boot.ini-Datei.
http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;de;833721#XSLTH32451211
22120121120120, Seitenzugriff am 23.11.2009
Przybilla, H.-J. (2008): TLS Grundlagen und technische Aspekte marktgängiger Systeme.
Hochschule Bochum.
Ridder, Detlef (2008): AutoCAD 2009 für Architekten und Ingenieure.
mitp Verlag, Heidelberg 2008, ISBN 978-3-8266-5948-5
SketchUp (2009): Google SketchUp.
http://sketchup.google.com, Seitenzugriff am 28.12.2009
Sölter, Walter (1978): Die Essener Wasserhämmer.
Rheinland-Verlag GmbH, Köln 1978, ISBN 3-7927-0441-2
Wikipedia (2009): http://de.wikipedia.org
Zoller+Fröhlich (2009): IMAGER 5006 Datenblatt.
http://zf-laser.com/Z+F_IMAGER5006_D.pdf, Seitenzugriff am 30.11.2009
72
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1-1 Deilbachhammer von Westen ........................................................................... 1
Abb. 1-2 Deilbachhammer von Osten .............................................................................. 2
Abb. 2-1 Kamerascanner ................................................................................................. 3
Abb. 2-2 Hybridscanner ................................................................................................... 3
Abb. 2-3 Panoramascanner ............................................................................................. 3
Abb. 2-4 Pulslaufzeitverfahren ........................................................................................ 4
Abb. 2-5 Phasendifferenzverfahren ................................................................................. 4
Abb. 2-6 Z+F Imager 5006 ............................................................................................... 5
Abb. 2-7 Canon EOS 400D ............................................................................................... 6
Abb. 3-1 Vorgänger Target .............................................................................................. 8
Abb. 3-2 Z+F DIN A4 Target ............................................................................................. 8
Abb. 3-3 Tilt and Turn Target........................................................................................... 9
Abb. 4-1 Z+F Lasercontrol Gray View Ansicht ................................................................ 11
Abb. 4-2 Fenster zur Targetmessung ............................................................................. 11
Abb. 4-3 Screenshot Lasercontrol Registrieren der Scans .............................................. 12
Abb. 4-4 Additional register data .................................................................................. 12
Abb. 4-5 Fenster zur Auswahl von Scans und Targets für die Registrierung ................... 13
Abb. 4-6 Fenster zur Wahl des Registrierungsmethode ................................................. 13
Abb. 4-7 Neptansoftware ausgeführt in der Kommandozeile ........................................ 14
Abb. 4-8 Reiter Result ................................................................................................... 14
Abb. 4-9 Reiter Report .................................................................................................. 15
Abb. 4-10 Reiter Logging ............................................................................................... 15
Abb. 4-11 Reiter Target ................................................................................................. 16
Abb. 4-12 Reiter Viewer ................................................................................................ 16
Abb. 4-13 LaserControl 3D View .................................................................................... 17
Abb. 4-14 LaserControl Bubble View, 2.5D View ........................................................... 17
Abb. 4-15 Cyclone-Navigator ......................................................................................... 18
Abb. 4-16 Fenster Configure Databases ........................................................................ 19
Abb. 4-17 Fenster Add Database ................................................................................... 19
Abb. 4-18 Fenster Configure Databases DB ausgewählt ................................................ 19
Abb. 4-19 Cyclone-Navigator Kontextmenü................................................................... 20
73
Abb. 4-20 Import from File Fenster ............................................................................... 20
Abb. 4-21 Import Point Cloud Subsampling ................................................................... 21
Abb. 4-22 Construction Progress Reading Files .............................................................. 21
Abb. 4-23 Construction Progress Processing Points ....................................................... 21
Abb. 4-24 Cyclone-Navigator Create Registration .......................................................... 22
Abb. 4-25 Cyclone-Navigator Open Registration ........................................................... 22
Abb. 4-26 Select ScanWorlds for Registration ............................................................... 23
Abb. 4-27 Registration Fenster ...................................................................................... 23
Abb. 4-28 Register Without Constraints? ...................................................................... 23
Abb. 4-29 Create ScanWorld/Freeze Registration.......................................................... 23
Abb. 4-30 ModelSpace View ......................................................................................... 24
Abb. 4-31 Create ModelSpace ....................................................................................... 25
Abb. 4-32 ModelSpace Ansichtssteuerung .................................................................... 25
Abb. 4-33 Fence Ausschnitt in verschieden Perspektiven .............................................. 26
Abb. 4-34 CloudWorx Menü .......................................................................................... 28
Abb. 4-35 CloudWorx öffnet ModelSpace Ansicht ......................................................... 29
Abb. 4-36 CloudWorx ModelSpace Ansicht wählen ....................................................... 29
Abb. 4-37 CloudWorx Punktwolken Fang/Sichtbarkeit .................................................. 30
Abb. 4-38 CloudWorx Punktwolke einpassen ................................................................ 30
Abb. 4-39 Rohre einpassen ........................................................................................... 30
Abb. 4-40 Rohre verbinden ........................................................................................... 31
Abb. 4-41 Ebene einpassen ........................................................................................... 31
Abb. 4-42 Best Fit Schnitt-Linie ..................................................................................... 32
Abb. 4-43 Fenster Datenbankkonfiguration................................................................... 33
Abb. 4-44 CloudWorx Menü Punktwolke begrenzen ..................................................... 34
Abb. 4-45 CloudWorx Menü Limit Box .......................................................................... 34
Abb. 4-46 Limit Box Screenshot Anbau .......................................................................... 34
Abb. 4-47 Limit Box Screenshot Dachgaube .................................................................. 34
Abb. 4-48 Limit-Box-Manager ....................................................................................... 35
Abb. 4-49 Schnittebenenmanager ................................................................................. 36
Abb. 4-50 Schnittansicht Menü ..................................................................................... 37
Abb. 4-51 Scheibe Menü ............................................................................................... 37
Abb. 4-52 Regionausblendmanager............................................................................... 38
Abb. 4-53 PW Ausblenden/Einblenden Menü ............................................................... 38
74
Abb. 4-54 Punkt Rendering Menü ................................................................................. 39
Abb. 4-55 AutoCAD Civil 3D Benutzeroberfläche ........................................................... 40
Abb. 4-56 Menü-Browser .............................................................................................. 40
Abb. 4-57 Multifunktionsleiste ...................................................................................... 41
Abb. 4-58 ViewCube...................................................................................................... 41
Abb. 4-59 Kantendefinierte Fläche ................................................................................ 42
Abb. 4-60 Tabellarische Fläche ...................................................................................... 43
Abb. 4-61 Regelflächen zwischen Kurven ...................................................................... 43
Abb. 4-62 Rotationsnetz ................................................................................................ 43
Abb. 4-63 Vordefinierte 3D-Netzflächen ....................................................................... 43
Abb. 4-64 Extrusion ....................................................................................................... 44
Abb. 4-65 Volumenkörper erstellt durch Sweeping ....................................................... 44
Abb. 4-66 Sweeping Ergebnis ........................................................................................ 44
Abb. 4-67 Renderansicht Fenstergitter .......................................................................... 45
Abb. 4-68 Sweeping Profil und Pfad .............................................................................. 45
Abb. 4-69 Vereinigung von Volumenkörpern ................................................................ 45
Abb. 4-70 Differenzbildung aus Volumenkörpern .......................................................... 45
Abb. 4-71 Schnittmengenbildung aus Volumenkörpern ................................................ 46
Abb. 4-72 Volumenkörper Erstellen durch Rotation um eine Achse .............................. 46
Abb. 4-73 Rotationsvolumen Ausschnitt ....................................................................... 46
Abb. 4-74 ANHEBEN Beispiele ....................................................................................... 47
Abb. 4-75 Fußboden des Hammerraums ....................................................................... 47
Abb. 4-76 Schnitt Einpassung von Polylinien ................................................................. 49
Abb. 4-77 Regelfläche als Dachfläche ............................................................................ 50
Abb. 4-78 Anheben Profile auswählen .......................................................................... 50
Abb. 4-79 Anheben Ergebnis ......................................................................................... 50
Abb. 4-80 Wand erstellen durch Anheben aus Profilen ................................................. 51
Abb. 4-81 Hammersäule ohne Hohlraum ...................................................................... 52
Abb. 4-82 Hammersäule nach Differenzbildung ............................................................ 52
Abb. 4-83 Hammerkopf Modellierung durch Differenz .................................................. 52
Abb. 4-84 Modellierung der Exzenterscheibe ................................................................ 53
Abb. 4-85 Polares Anordnen ......................................................................................... 54
Abb. 4-86 Rechteckige Anordnung ................................................................................ 55
Abb. 4-87 Erstellen eines Bogens über 3 Punkte............................................................ 56
75
Abb. 4-88 Falsch in den Schnitt eingepasste Bögen ....................................................... 56
Abb. 4-89 Anwendungen laden/entfernen .................................................................... 57
Abb. 4-90 Bogenausschnitte nachdem diese mit SWAP-ARC invertiert wurden ............. 57
Abb. 4-91 Materialienfenster ........................................................................................ 58
Abb. 4-92 Material auf Objekt anwenden ..................................................................... 59
Abb. 4-93 Mit MATMAP ein Material auf mehreren Flächen ausrichten ........................ 60
Abb. 4-94 Werkzeugbereich und Menüs zur DGM Erstellung ........................................ 61
Abb. 4-95 DGM-Stil Punkte ........................................................................................... 62
Abb. 4-96 DGM-Stil Punkte ........................................................................................... 62
Abb. 4-97 DGM-Stil Dreiecke ......................................................................................... 62
Abb. 4-98 DGM-Stil Höhenlinien ................................................................................... 62
Abb. 4-99 Pixelbildreferenz einfügen ............................................................................ 63
Abb. 4-100 Rasterbild auf DGM projizieren ................................................................... 64
Abb. 4-101 SketchUp Punkte einlesen und triangulieren ............................................... 65
Abb. 4-102 DGM Randanpassung durch Verschneidung ................................................ 66
Abb. 4-103 Google Terrain und lokales DGM im Vergleich ............................................ 67
Abb. 4-104 KML-Datei angezeigt in der Seitenleiste im Bereich Orte ............................. 68
Abb. 4-105 KML-Datei in Google Earth Übersicht .......................................................... 68
Abb. A - 1 Deilbachhammer und Nebengebäude mit Infos (Süd-West Ansicht) ............. 79
Abb. A - 2 Deilbachhammers und Nebengebäude (Süd-West Ansicht)........................... 79
Abb. A - 3 Deilbachhammer (Nord-West Ansicht) .......................................................... 80
Abb. A - 4 Deilbachhammer (Süd-West Ansicht) ............................................................ 80
Abb. A - 5 Deilbachhammer (Süd-Ost Ansicht) .............................................................. 81
Abb. A - 6 Deilbachhammer (Nord Ansicht) ................................................................... 81
Abb. A - 7 Deilbachhammer ohne Dach (Nord-West Ansicht) ........................................ 82
Abb. A - 8 Deilbachhammer ohne Dach und Dachsparren (Nord-West Ansicht) ............ 82
Abb. A - 9 Deilbachhammer ohne Dach (Süd-West Ansicht) .......................................... 83
Abb. A - 10 Deilbachhammer ohne Dach (Süd-Ost Ansicht) ........................................... 83
Abb. A - 11 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (West Ansicht) ............... 84
Abb. A - 12 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (Süd-West Ansicht) ........ 84
Abb. A - 13 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (Ost Ansicht) ................. 85
Abb. A - 14 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (Ost Ansicht) ................. 85
Abb. A - 15 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere & Schatten (Ost Ansicht)86
76
Abb. A - 16 Detailansicht Innenraum Schmiede (West Ansicht) ..................................... 86
Abb. A - 17 Detailansicht Wassergraben (Ost Ansicht) ................................................... 87
Abb. A - 18 Hammerachse mit Wasserrad (Nord-West Ansicht) .................................... 87
Abb. A - 19 Hammerachse mit Kontergewicht (Nord-West Ansicht) ............................. 88
Abb. A - 20 Nebengebäude (Nord-West Ansicht) ........................................................... 88
Abb. A - 21 Nebengebäude (West Ansicht) .................................................................... 89
Abb. A - 22 Nebengebäude (Süd-West Ansicht) ............................................................. 89
Abb. A - 23 Nebengebäude (Süd-Ost Ansicht) ............................................................... 90
Abb. A - 24 Hammergebäude ohne Schmiede (ab 1831) ............................................... 90
Abb. A - 25 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Nord-Ost Ansicht) ....................... 91
Abb. A - 26 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Ost Ansicht) ............................... 91
Abb. A - 27 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Süd-Ost Ansicht) ........................ 92
Abb. A - 28 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Nord Ansicht)............................. 92
Abb. A - 29 Gray View Hammer Innenraum ................................................................... 93
Abb. A - 30 Gray View Hammer Außenansicht ............................................................... 93
Tabellenverzeichnis
Tab. 2-1 Distanz abhängige Standardabweichungen des Z+F Imager 5006 ...................... 5
Tab. 2-2 Auflösungsstufen Z+F Imager 5006 .................................................................... 6
Tab. 4-1 Systemanforderungen Leica CloudWorx .......................................................... 27
77
Abkürzungsverzeichnis
ASCII
American Standard Code for Information Interchange
AutoLISP
Dialekt der Programmiersprache LISP (List Processing) für AutoCAD
bit
binary digit
BKS
Benutzerkoordinatensystem
CAD
Computer Aided Design
CMOS
Complementary Metal Oxide Semiconductor
DGM
Digitales Geländemodell
DWG
Drawing (AutoCAD Datenformat)
DXF
Drawing Interchange Format (heute als Data Exchange Format bezeichnet)
FTP
File Transfer Protocol
HTTP
Hypertext Transfer Protocol
IP
Internet Protocol
KML
Keyhole Markup Language
KMZ
ist eine datenkomprimierte KML-Datei im Format ZIP
Laser
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
LOD
Level of Detail
PAE
Physical Address Extension
PW
Punktwolke
RGB
Rot, Grün, Blau
RHZ
Rechtswert, Hochwert, Z-Wert (Höhe)
RMS
Root Mean Square
TCP
Transmission Control Protocol
TLS
Terrestrisches Laserscanning
WKS
Weltkoordinatensystem
ZFS
Dateiendung und Speicherformat eines Zoller + Fröhlich Laserscan
78
Anhang: Ansichten des Deilbachhammers im Google Earth Browser
Ansicht 1936/37
Abb. A - 1 Deilbachhammer und Nebengebäude mit Infos (Süd-West Ansicht)
Ansichten 1881
Abb. A - 2 Deilbachhammers und Nebengebäude (Süd-West Ansicht)
79
Abb. A - 3 Deilbachhammer (Nord-West Ansicht)
Abb. A - 4 Deilbachhammer (Süd-West Ansicht)
80
Abb. A - 5 Deilbachhammer (Süd-Ost Ansicht)
Abb. A - 6 Deilbachhammer (Nord Ansicht)
81
Abb. A - 7 Deilbachhammer ohne Dach (Nord-West Ansicht)
Abb. A - 8 Deilbachhammer ohne Dach und Dachsparren (Nord-West Ansicht)
82
Abb. A - 9 Deilbachhammer ohne Dach (Süd-West Ansicht)
Abb. A - 10 Deilbachhammer ohne Dach (Süd-Ost Ansicht)
83
Detailansichten Innenraum
Abb. A - 11 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (West Ansicht)
Abb. A - 12 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (Süd-West Ansicht)
84
Abb. A - 13 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (Ost Ansicht)
Abb. A - 14 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere (Ost Ansicht)
85
Abb. A - 15 Detailansicht Hammeranlage und Exzenterschere & Schatten (Ost Ansicht)
Abb. A - 16 Detailansicht Innenraum Schmiede (West Ansicht)
86
Detailansichten Wassergraben
Abb. A - 17 Detailansicht Wassergraben (Ost Ansicht)
Abb. A - 18 Hammerachse mit Wasserrad (Nord-West Ansicht)
87
Abb. A - 19 Hammerachse mit Kontergewicht (Nord-West Ansicht)
Ansichten der Nebengebäude
Abb. A - 20 Nebengebäude (Nord-West Ansicht)
88
Abb. A - 21 Nebengebäude (West Ansicht)
Abb. A - 22 Nebengebäude (Süd-West Ansicht)
89
Abb. A - 23 Nebengebäude (Süd-Ost Ansicht)
Ansicht ab 1831
Abb. A - 24 Hammergebäude ohne Schmiede (ab 1831)
90
Renderansichten der Hammeranlage aus AutoCAD mit Lichtquellen und Schatten
Abb. A - 25 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Nord-Ost Ansicht)
Abb. A - 26 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Ost Ansicht)
91
Abb. A - 27 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Süd-Ost Ansicht)
Abb. A - 28 AutoCAD Renderansicht Hammeranlage (Nord Ansicht)
92
Abb. A - 29 Gray View Hammer Innenraum
93
Abb. A - 30 Gray View Hammer Außenansicht
94
Inhalt der beigelegten CD
Diplomarbeit als PDF-Dokument
Das Modell als:
AutoCAD DWG-Datei
SketchUp Datei
Google Earth KML/KMZ-Dateien
95