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3D - Stadtmodelle Input- und Outputverfahren für 3D-Stadtmodelle Ein Vortrag im Rahmen des Seminars Geoinformation von Markus Kosbab GIS-Seminar WS 2000/2001.

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1 3D - Stadtmodelle Input- und Outputverfahren für 3D-Stadtmodelle Ein Vortrag im Rahmen des Seminars Geoinformation von Markus Kosbab GIS-Seminar WS 2000/2001

2 Wofür benötigt man ein 3D-Stadtmodell bei Neuplanungen, Umstrukturierungen oder Sanierung größerer Stadtgebiete bei Neuplanungen, Umstrukturierungen oder Sanierung größerer Stadtgebiete als Arbeits- und Darstellungsmittel bei der Planung als Arbeits- und Darstellungsmittel bei der Planung zum Veranschaulichen der räumlich-funktionalen Anordnungen zum Veranschaulichen der räumlich-funktionalen Anordnungen Darstellung Darstellung des Planungsgebietes des Planungsgebietes der Umgebung der Umgebung

3 Die Planung Ideen werden skizziert Ideen werden skizziert aus Skizzen wird grobes Volumenmodell aus Skizzen wird grobes Volumenmodell Modell ist methodisches Mittel zur Gestaltsfindung Modell ist methodisches Mittel zur Gestaltsfindung Modell gleichberechtigt neben dem Zeichenstift Modell gleichberechtigt neben dem Zeichenstift Zeichnung und Modell treiben sich in der Entwicklung gegenseitig voran Zeichnung und Modell treiben sich in der Entwicklung gegenseitig voran

4 Welche Vorteile bieten 3D-Stadtmodelle die Modellsprache ist leicht verständlich die Modellsprache ist leicht verständlich kein gedankliches übersetzen einer Zeichnung in die dritte Dimension kein gedankliches übersetzen einer Zeichnung in die dritte Dimension räumliche Zusammenhänge werden sofort klar räumliche Zusammenhänge werden sofort klar Blickperspektive weitgehend frei wählbar Blickperspektive weitgehend frei wählbar Bewegungsabläufe sind realisierbar Bewegungsabläufe sind realisierbar dient zur räumlich-funktionalen Entwurfsprüfung dient zur räumlich-funktionalen Entwurfsprüfung Kommunikation zwischen Planern und Außenstehenden Kommunikation zwischen Planern und Außenstehenden

5 tatsächlich vorhandene, maßstabstreue Modelle tatsächlich vorhandene, maßstabstreue Modelle unterschieden in unterschieden in Ideen- oder Massenmodell Ideen- oder Massenmodell Arbeitsmodell Arbeitsmodell Ausführungs- oder Präsentationsmodell Ausführungs- oder Präsentationsmodell meist erstellt mit CAD/CAAD - Programmen meist erstellt mit CAD/CAAD - Programmen liegen als Daten im Rechner vor liegen als Daten im Rechner vor Welche Modelle gibt es physische Modelle physische Modelle Computermodelle Computermodelle

6 Ideen- oder Massemodell Zweck: Ideenfindung Inhalt: Grundstruktur Detaillierung: gering Änderungen: viele Verfügbarkeit: sofort

7 Arbeitsmodell Zweck: Optimierung Inhalt: Struktur und Details Detaillierung: mittel bis hoch Änderungen: viele Verfügbarkeit: sofort / kurzfristig (1 Tag)

8 Ausführungs- oder Präsentationsmodell Zweck: Präsentation Inhalt: endgültige Gestaltung Detaillierung: hoch Änderungen: keine Verfügbarkeit: mittelfristig (Tage / Wochen)

9 Eigenschaften des Materials Ideenmodell Ideenmodell einfach zu verarbeiten einfach zu verarbeiten in ausreichender Menge vorhanden in ausreichender Menge vorhanden kostengünstig kostengünstig Arbeitsmodell Arbeitsmodell einfach zu verarbeiten einfach zu verarbeiten genau zu verarbeiten genau zu verarbeiten in ausreichender Menge verfügbar in ausreichender Menge verfügbar kostengünstig kostengünstig Präsentationsmodell Präsentationsmodell genau zu verarbeiten genau zu verarbeiten in Farbe u. Oberflächenstruktur zum Bauteil passend in Farbe u. Oberflächenstruktur zum Bauteil passend Kosten weniger wichtig Kosten weniger wichtig

10 Muß das digitale Modell wirklich neu konstruiert werden? Das Problem physische Modelle liegen aus der Planungs- und Entwicklungsphase vor physische Modelle liegen aus der Planungs- und Entwicklungsphase vor digitale Modelle werden für weitere umfangreichere Planungen und Berechnungen benötigt digitale Modelle werden für weitere umfangreichere Planungen und Berechnungen benötigt

11 Das Problem INPUT-Verfahren OUTPUT-Verfahren Gibt es ein Verfahren, das vorhandene Modell zu digitalisieren? Gibt es auch Verfahren, aus dem digitalen Computermodell wieder ein physisches Modell herzustellen?

12 INPUT - Verfahren 3D - Digitizer 3D - Digitizer 3D - Laser Digitalisierung (Laserscanner) 3D - Laser Digitalisierung (Laserscanner) Computertomographie Computertomographie

13 3D - Digitizer (Am Beispiel MicroScribe-3DX / 3DLX) Gerät zur dreidimensionalen Koordinatenbestimmung Gerät zur dreidimensionalen Koordinatenbestimmung mit einem Taststift wird das Modell Punktweise oder kontinuierlich abgetastet mit einem Taststift wird das Modell Punktweise oder kontinuierlich abgetastet die Position des Taststifts wird durch optische Winkelgeber überwacht die Position des Taststifts wird durch optische Winkelgeber überwacht Arbeitsraumdurchmesserca / mm Arbeitsraumdurchmesserca / mm Genauigkeit0,23 / 0,30 mm Genauigkeit0,23 / 0,30 mm Nachteile: Nachteile: nur die äußere Hülle kann erfaßt werden nur die äußere Hülle kann erfaßt werden nur teilweise Erfassung von überdeckten Flächen nur teilweise Erfassung von überdeckten Flächen Stadtmodell sind für diese Methode zu komplex Stadtmodell sind für diese Methode zu komplex

14 3D - Digitizer (MicroScribe-3DX / 3DLX) MicroScribe-3DX / 3DLX

15 3D-Laser Digitalisierung (Surveyor 3D Laser Digitizing Systems) Kontaktloses Verfahren zur Digitalisierung dreidimensionaler Modelle Kontaktloses Verfahren zur Digitalisierung dreidimensionaler Modelle direkte Digitalisierung der Oberfläche direkte Digitalisierung der Oberfläche durch sehr feinen Laserstrahl hohe Auflösung durch sehr feinen Laserstrahl hohe Auflösung die registrierten x-, y- und z-Koordinaten werden als Datei gespeichert die registrierten x-, y- und z-Koordinaten werden als Datei gespeichert Genauigkeit:zwischen 0,01 und 0,02 mm Genauigkeit:zwischen 0,01 und 0,02 mm schnelles Verfahren Geschwindigkeit:3.000 bis Punkte / Sekunde schnelles Verfahren Geschwindigkeit:3.000 bis Punkte / Sekunde Nachteil: Nachteil: keine Digitalisierung verdeckter Flächen oder Hohlräume keine Digitalisierung verdeckter Flächen oder Hohlräume

16 3D-Laser Digitalisierung (Surveyor 3D Laser Digitizing Systems) Aufbau des Scanners Aufbau des Scanners Lasersensor, befestigt an einem 3- bis 6-achsigen computergesteuerten Positionierungssystem Lasersensor, befestigt an einem 3- bis 6-achsigen computergesteuerten Positionierungssystem das zu digitalisierende Objekt wird unter dem Positionierungssystem plaziert das zu digitalisierende Objekt wird unter dem Positionierungssystem plaziert Laser Design Inc.®

17 3D-Laser Digitalisierung (Surveyor 3D Laser Digitizing Systems) der Laser-Sensor besteht aus: der Laser-Sensor besteht aus: Beispiel: Laser Laser 2 optische Sensoren mit CCD-Array 2 optische Sensoren mit CCD-Array nur jeweils einer aktiv nur jeweils einer aktiv

18 Computertomographie nahezu jedes physische Objekt kann vollautomatisch digitalisiert werden nahezu jedes physische Objekt kann vollautomatisch digitalisiert werden nicht nur auf die Oberfläche beschränkt nicht nur auf die Oberfläche beschränkt Probleme: Probleme: die Voxelstruktur der CT muß in CAD-Datensatz transformiert werden die Voxelstruktur der CT muß in CAD-Datensatz transformiert werden Voxelstruktur in Vektordaten umzuwandeln Voxelstruktur in Vektordaten umzuwandeln

19 Computertomographie Beispiel: traditionell hergestelltes Architekturmodell

20 Computertomographie

21 OUTPUT - Verfahren Stereolithographie (STL) Stereolithographie (STL) serielle Belichtung serielle Belichtung flächige Belichtung flächige Belichtung Selective Laser Sintering (SLS) Selective Laser Sintering (SLS) 3D Printing and Glueing (3DP) 3D Printing and Glueing (3DP) 2D - Schneidverfahren 2D - Schneidverfahren 3D - Fräsverfahren 3D - Fräsverfahren 3-Achsen-Fräsmaschine 3-Achsen-Fräsmaschine 4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine 4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine subtraktive Verfahren subtraktive Verfahren additive Verfahren additive Verfahren

22 Subtraktive Verfahren 2D - Schneidverfahren 2D - Schneidverfahren Funktion wie Stiftplotter Funktion wie Stiftplotter Herausschneiden zweidimensionaler Formplatten Herausschneiden zweidimensionaler Formplatten

23 Subtraktive Verfahren 3-Achsen-Fräsmaschine 3-Achsen-Fräsmaschine Aufbau wie 2D - Schneider Aufbau wie 2D - Schneider zusätzliche Bewegung in der z-Richtung zusätzliche Bewegung in der z-Richtung keine Hinterschneidungen möglich keine Hinterschneidungen möglich

24 Subtraktive Verfahren 4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine 4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine Aufbau wie 3-Achsen-Fräsmaschine Aufbau wie 3-Achsen-Fräsmaschine Fräskopf zusätzlich in senkrechter Ebene drehbar Fräskopf zusätzlich in senkrechter Ebene drehbar

25 Additive Verfahren Stereolithographie (STL) Stereolithographie (STL) serielle Belichtung serielle Belichtung an der Flüssigkeitsoberfläche an der Flüssigkeitsoberfläche unter der Flüssigkeitsoberfläche unter der Flüssigkeitsoberfläche flächige Belichtung flächige Belichtung an der Flüssigkeitsoberfläche an der Flüssigkeitsoberfläche

26 Additive Verfahren - Stereolithographie (STL) serielle Belichtung serielle Belichtung auf der Flüssigkeitsoberfläche auf der Flüssigkeitsoberfläche

27 Additive Verfahren - Stereolithographie (STL) serielle Belichtung serielle Belichtung unter der Flüssigkeitsoberfläche unter der Flüssigkeitsoberfläche

28 Additive Verfahren - Stereolithographie (STL) flächige Belichtung flächige Belichtung auf der Flüssigkeitsoberfläche auf der Flüssigkeitsoberfläche

29 Additive Verfahren Selective Laser Sintering (SLS) Selective Laser Sintering (SLS)

30 Additive Verfahren 3D Printing and Glueing (3DP) 3D Printing and Glueing (3DP)

31 GIS-Seminar WS 2000/2001 Noch Fragen ?!?


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