Mesh aus Punktwolke – Polygonmodell aus Laserscan
TitleVom Scan zur Punktwolke - Präzise Erfassung in 3D
Werden Objekte oder Umgebungen gescannt, werden diese Punkt für Punkt vom Laserscanner erfasst. Die Laserscans liefern digitale dreidimensionale Informationen über den gescannten Bereich. Werden die Laserscans erfolgreich verarbeitet und registriert, stehen die Scandaten, d. h. die Punktwolke, für weiterführende Arbeiten bereit.
TitleWie wird aus einem 3D-Scan ein Polygonmodell?
Für manche Anwendungen ist die Arbeit mit Punktwolken ungeeignet und ein Vermaschungsnetz (ein sog. Mesh) wird basierend auf den Scandaten erstellt.
Ein Vermaschungsnetz ist ein dreidimensionales Drahtgittermodell, in dem benachbarte Scanpunkte in der Art miteinander verbunden werden, dass sich dreieckige Flächen ergeben. Die Eckpunkte dieser Flächen entsprechen den Punkten der Punktwolke. Diese Darstellung in Form von zahlreichen Dreiecksvermaschungen wird als Polygonmodell bezeichnet.
Die Vermaschungsflächen werden ohne oder – anhand von Farbinformationen aus Scans oder Panoramaaufnahmen – mit Textur erstellt. Letztere Variante ermöglicht fotorealistische Mesh-Modelle.
TitleWozu dient die Erstellung einer Vermaschung (Mesh)?
Vermaschungen sind notwendig, um bestimmte Prozesse oder Berechnungen durchzuführen. Der Anwendungsbereich ist breit gefächert. Für einige Anwendungen eignet sich ein Mesh eher als eine Punktwolke.
Meshes bieten den großen Vorteil, dass Sie flächig und texturierbar sind. Dementsprechend lassen sich Werbe- oder Anwendungsvideos mit realistischen Objekten in Form von Vermaschungen versehen. Dadurch entsteht ein realistischer Eindruck der Messobjekte oder Örtlichkeiten.
Außerdem bietet ein Mesh den Vorteil der Normaleninformation: Die Polygonflächen sind mit Normalenvektoren versehen, wodurch Volumenberechnungen realisierbar sind. Geschlossene Vermaschungen lassen sich direkt hinsichtlich Oberfläche und Volumen auswerten. Darüber hinaus können Volumina über- und unterhalb vordefinierter Flächen berechnet werden.
Die Modellierung von Freiformen wie Gesteinen oder Skulpturen ist nur sehr aufwendig und zeitintensiv umsetzbar. Auch dort finden Vermaschungen ihren Einsatz. Die Punktwolke bildet die Geometrie dieser Freiformen sehr detailliert ab; mit Hilfe des Polygonnetzes werden die Geometrien in CAD-Modellen erhalten und dargestellt.
Bei der Vermessung von Geländeoberflächen ist es ebenfalls hilfreich, die Messpunkte zu vermaschen. Die gröbere Vermaschungsart, d. h. Konturen werden nicht natürlich wiedergegeben, beschreibt die Oberflächenverläufe und dient für weitere Auswerteverfahren. Wir sprechen von einem digitalen Oberflächenmodell oder digitalen Geländemodell.
TitleWie kann ich ein Mesh aus einer Punktwolke erstellen?
Ein Großteil der Software zur Auswertung von Punktwolken bietet die Möglichkeit der Vermaschung. Dabei werden grundlegende Einstellungen für die Mesh-Erstellung abgefragt.
Einer der wichtigsten Punkte ist die Größe der einzelnen Polygonflächen. Die Größe lässt sich in einigen Software-Lösungen über die Anzahl der Dreiecke oder über die maximale Kantenlänge der Dreiecke einstellen.
Je nach Einstellung wird die Datenmenge, aber auch die Detailreichheit, vergrößert oder verringert.
Größe der Dreiecksvermaschung
Für großvolumige Anwendungen (z. B. digitales Geländemodell (DGM)) mit einer niedrigeren Genauigkeitsanforderung sind Dreieckskantenlängen von Zentimetern bis hin zu Metern ausreichend. Dabei werden die Bereiche zwischen den Kanten und Eckpunkten bestpassend („best fit“) generalisiert. Für kleinvolumige Anwendungen (z. B. Bauteilvermessung) ist ein hoher Detailgrad wichtig. Insbesondere scharfe Kanten und feine Konturen sollen als solche dargestellt bleiben. Dementsprechend ist eine sehr kleine Kantenlänge von Millimetern bis in den tiefen Submillimeterbereich essentiell. Die Folge dessen ist, dass sich die Anzahl der Dreiecke und damit die Datenmenge des Mesh erhöht.
Einsatz von Meshes für den 3D-Druck
Die gängigen Lösungen für die Vermaschung bieten die Möglichkeit, das Mesh für den 3D-Druck vorzubereiten. Dabei werden Algorithmen angewendet, die Löcher füllen und somit ein geschlossenes Polygonnetz erstellen können.
Einfärbung von Meshes
Da Punktwolken häufig als kolorierter Datensatz weitergegeben werden, lassen sich diese Einfärbungen auf das Mesh übernehmen.
Die Einfärbung erfolgt auf Basis der RGB-Werte der Punktwolke. Dabei erhält jede Polygonfläche einen Farbwert (Vertexfarben).
Eine weitere Möglichkeit ist das Texturmapping. Dabei werden Informationen aus Fotos übernommen und auf das Maschennetz angepasst. Dieser Prozess ist zeitaufwendiger, bietet jedoch die realistischere Darstellung.
TitleFazit
Mesh-Modelle lassen sich folglich in vielerlei Hinsicht und auf verschiedenen Wegen erzeugen.
Unsere Experten verfügen über langjährige Erfahrung in verschiedenen Anwendungsbereichen. Lassen Sie sich jetzt beraten!