Fotogrammetrie-Ratgeber: Vom Drohnenfoto zum 3D-Druck gelangen

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Fotogrammetrie digitalisiert die Welt, beispielsweise für den neuen Microsoft Flight Simulator. Er nutzt Daten aus Satelliten- und Luftaufnahmen, um auf der ganzen virtuellen Welt realistisch aussehende Städte zu rendern. Teils geht das mit Algorithmen, die aus den Fotos auf die Höhe oder die Dachschräge von Millionen von Häusern schließen. Etwa 350 Städte aber brillieren mit wirklich exakten Gebäuderekonstruktionen. Solche digitalen Kopien kann man auch selbst herstellen und mit ihnen sogar Modelle zum Anfassen erschaffen. Voraussetzungen sind eine hochwertige Kameradrohne, Fotogrammetriesoftware und ein 3D-Drucker.

Fotogrammetrie existiert schon seit über 100 Jahren. Aber erst jetzt zeigt die Technik dank der Rechenpower moderner Computer und einer Flut verfügbarer Luftaufnahmen ihre volle Leistungsfähigkeit. Für die Rekonstruktion fotografiert man ein Objekt ziemlich oft so, dass sich die Fotos wie bei einem Panorama überlappen. Damit der Rechner auf die Form eines 3D-Modells schließen kann, muss jeder Punkt auf mindestens zwei Fotos zu sehen sein. Das Verfahren sucht auf unterschiedlichen Fotos markante gemeinsame Punkte, sogenannte Verknüpfungspunkte. Das sind beispielsweise Ecken oder markante Texturdetails wie Schmutzflecken. Sowohl die Position und Ausrichtung der Kamera, in der Fotogrammetrie als "äußere Orientierung" bezeichnet, als auch die Position der Verknüpfungspunkte berechnet der Algorithmus anhand der Winkel zueinander. Mit genug Punkten entsteht daraus eine Punktwolke. Die Mathematik entspricht der klassischen Vermessung per Triangulation, nur automatisch und mit viel mehr Verknüpfungspunkten. Aus der Punktwolke schließt ein Algorithmus ("Dreiecksvermaschung") auf ein Modell mit geschlossenen Flächen. Auf das lassen sich abschließend Texturen legen. Diese liegen im Unterschied zu konkurrierenden Verfahren wie dem Laserscanning dank der Fotos ja bereits vor.

Die Anwendungsgebiete für die Technik sind vielfältig. Sie kommt im Vermessungswesen, beispielsweise beim Anfertigen von topografischen Karten oder für Katastermessungen zum Einsatz. Im Baugewerbe werden mittels Fotogrammetrie Volumina etwa von Erdaushüben zur Ermittlung von Abfuhr- und Deponiekosten berechnet. Nützlich ist auch das Dokumentieren von Unfallorten in 3D oder die Rekonstruktion ganzer Städte für Filme oder eben Spiele. Wir zeigen, wie Sie selbst mithilfe dieser Technik und einer handelsüblichen Drohne ein 3D-Modell erstellen und daraus mit einem 3D-Drucker ein reales Modell produzieren. Als Beispiel dient der Turm einer Warte aus dem 12. Jahrhundert. Die Methode funktioniert für kleinere Objekte auch ohne Drohne, für ein 3D-Modell von Omas Erbstück genügt eine Smartphone-Kamera.

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