3D - Stadtmodelle Input- und Outputverfahren für 3D-Stadtmodelle Ein Vortrag im Rahmen des Seminars...

3D - Stadtmodelle3D - StadtmodelleInput- und OutputverfahrenInput- und Outputverfahren

fürfür3D-Stadtmodelle3D-Stadtmodelle

Ein Vortrag im Rahmen des Seminars Geoinformation vonEin Vortrag im Rahmen des Seminars Geoinformation von

Markus KosbabMarkus Kosbab

GIS-Seminar WS 2000/2001GIS-Seminar WS 2000/2001

Wofür benötigt man ein 3D-StadtmodellWofür benötigt man ein 3D-Stadtmodell

bei Neuplanungen, Umstrukturierungen oder bei Neuplanungen, Umstrukturierungen oder Sanierung größerer StadtgebieteSanierung größerer Stadtgebiete

als Arbeits- und Darstellungsmittel bei der Planungals Arbeits- und Darstellungsmittel bei der Planung zum Veranschaulichen der räumlich-funktionalen zum Veranschaulichen der räumlich-funktionalen

AnordnungenAnordnungen

DarstellungDarstellung des Planungsgebietesdes Planungsgebietes der Umgebungder Umgebung

Die PlanungDie Planung

Ideen werden skizziertIdeen werden skizziert

aus Skizzen wird grobes Volumenmodellaus Skizzen wird grobes Volumenmodell

Modell ist methodisches Mittel zur GestaltsfindungModell ist methodisches Mittel zur Gestaltsfindung

Modell gleichberechtigt neben dem ZeichenstiftModell gleichberechtigt neben dem Zeichenstift

Zeichnung und Modell treiben sich in der Entwicklung Zeichnung und Modell treiben sich in der Entwicklung gegenseitig vorangegenseitig voran

Welche Vorteile bieten 3D-StadtmodelleWelche Vorteile bieten 3D-Stadtmodelle

die „Modellsprache“ ist leicht verständlichdie „Modellsprache“ ist leicht verständlich

kein gedankliches übersetzen einer Zeichnung in die dritte kein gedankliches übersetzen einer Zeichnung in die dritte DimensionDimension

räumliche Zusammenhänge werden sofort klarräumliche Zusammenhänge werden sofort klar

Blickperspektive weitgehend frei wählbarBlickperspektive weitgehend frei wählbar

Bewegungsabläufe sind realisierbarBewegungsabläufe sind realisierbar

dient zur räumlich-funktionalen Entwurfsprüfungdient zur räumlich-funktionalen Entwurfsprüfung

Kommunikation zwischen Planern und AußenstehendenKommunikation zwischen Planern und Außenstehenden

tatsächlich vorhandene, maßstabstreue Modelletatsächlich vorhandene, maßstabstreue Modelle unterschieden inunterschieden in

Ideen- oder MassenmodellIdeen- oder Massenmodell ArbeitsmodellArbeitsmodell Ausführungs- oder PräsentationsmodellAusführungs- oder Präsentationsmodell

meist erstellt mit CAD/CAAD - Programmenmeist erstellt mit CAD/CAAD - Programmen liegen als Daten im Rechner vorliegen als Daten im Rechner vor

Welche Modelle gibt esWelche Modelle gibt es

physische Modellephysische Modelle

ComputermodelleComputermodelle

Ideen- oder MassemodellIdeen- oder Massemodell

Zweck: IdeenfindungInhalt: GrundstrukturDetaillierung: geringÄnderungen: vieleVerfügbarkeit: sofort

ArbeitsmodellArbeitsmodell

Zweck: OptimierungInhalt: Struktur und DetailsDetaillierung: mittel bis hochÄnderungen: vieleVerfügbarkeit: sofort / kurzfristig (1 Tag)

Ausführungs- oder PräsentationsmodellAusführungs- oder Präsentationsmodell

Zweck: PräsentationInhalt: endgültige GestaltungDetaillierung: hochÄnderungen: keineVerfügbarkeit: mittelfristig (Tage / Wochen)

Eigenschaften des MaterialsEigenschaften des Materials

IdeenmodellIdeenmodell einfach zu verarbeiteneinfach zu verarbeiten in ausreichender Menge vorhandenin ausreichender Menge vorhanden kostengünstigkostengünstig

ArbeitsmodellArbeitsmodell einfach zu verarbeiteneinfach zu verarbeiten genau zu verarbeitengenau zu verarbeiten in ausreichender Menge verfügbarin ausreichender Menge verfügbar kostengünstigkostengünstig

PräsentationsmodellPräsentationsmodell genau zu verarbeitengenau zu verarbeiten in Farbe u. Oberflächenstruktur zum Bauteil passendin Farbe u. Oberflächenstruktur zum Bauteil passend Kosten weniger wichtigKosten weniger wichtig

Muß das digitale Modell wirklich neu konstruiert werden?

Das ProblemDas Problem

physische Modelle liegen aus der Planungs- und physische Modelle liegen aus der Planungs- und Entwicklungsphase vorEntwicklungsphase vor

digitale Modelle werden für weitere umfangreichere digitale Modelle werden für weitere umfangreichere Planungen und Berechnungen benötigtPlanungen und Berechnungen benötigt

Das ProblemDas Problem

INPUT-Verfahren

OUTPUT-Verfahren

Gibt es ein Verfahren, das vorhandeneGibt es ein Verfahren, das vorhandeneModell zu digitalisieren?Modell zu digitalisieren?

Gibt es auch Verfahren, aus dem digitalen Gibt es auch Verfahren, aus dem digitalen Computermodell wieder ein physischesComputermodell wieder ein physischesModell herzustellen?Modell herzustellen?

INPUT - VerfahrenINPUT - Verfahren

3D - Digitizer3D - Digitizer

3D - Laser Digitalisierung 3D - Laser Digitalisierung (Laserscanner)(Laserscanner)

ComputertomographieComputertomographie

3D - Digitizer 3D - Digitizer (Am Beispiel MicroScribe-3DX / 3DLX)(Am Beispiel MicroScribe-3DX / 3DLX)

Gerät zur dreidimensionalen KoordinatenbestimmungGerät zur dreidimensionalen Koordinatenbestimmung mit einem Taststift wird das Modell Punktweise oder mit einem Taststift wird das Modell Punktweise oder

kontinuierlich abgetastetkontinuierlich abgetastet die Position des Taststifts wird durch optische die Position des Taststifts wird durch optische

Winkelgeber überwachtWinkelgeber überwacht ArbeitsraumdurchmesserArbeitsraumdurchmesser ca. 1.270 / 1.670 mmca. 1.270 / 1.670 mm GenauigkeitGenauigkeit 0,23 / 0,30 mm0,23 / 0,30 mm

Nachteile:Nachteile: nur die äußere Hülle kann erfaßt werdennur die äußere Hülle kann erfaßt werden nur teilweise Erfassung von überdeckten Flächennur teilweise Erfassung von überdeckten Flächen Stadtmodell sind für diese Methode zu komplexStadtmodell sind für diese Methode zu komplex

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

MicroScribe-3DX / 3DLX

3D-Laser Digitalisierung 3D-Laser Digitalisierung (Surveyor 3D Laser Digitizing (Surveyor 3D Laser Digitizing

Systems)Systems)

Kontaktloses Verfahren zur Digitalisierung Kontaktloses Verfahren zur Digitalisierung dreidimensionaler Modelledreidimensionaler Modelle

direkte Digitalisierung der Oberflächedirekte Digitalisierung der Oberfläche durch sehr feinen Laserstrahl hohe Auflösungdurch sehr feinen Laserstrahl hohe Auflösung die registrierten x-, y- und z-Koordinaten werden als die registrierten x-, y- und z-Koordinaten werden als

Datei gespeichertDatei gespeichert Genauigkeit:Genauigkeit: zwischen 0,01 und 0,02 mmzwischen 0,01 und 0,02 mm schnelles Verfahrenschnelles Verfahren

Geschwindigkeit:Geschwindigkeit: 3.000 bis 4.000 Punkte / Sekunde3.000 bis 4.000 Punkte / Sekunde

Nachteil:Nachteil: keine Digitalisierung verdeckter Flächen oder keine Digitalisierung verdeckter Flächen oder

HohlräumeHohlräume


Systems)Systems)

Aufbau des ScannersAufbau des Scanners Lasersensor, befestigt anLasersensor, befestigt an

einem 3- bis 6-achsigeneinem 3- bis 6-achsigencomputergesteuertencomputergesteuertenPositionierungssystemPositionierungssystem

das zu digitalisierendedas zu digitalisierendeObjekt wird unter demObjekt wird unter demPositionierungssystemPositionierungssystemplaziertplaziert

Laser Design Inc.®


Systems)Systems)

der Laser-Sensor besteht aus:der Laser-Sensor besteht aus: Beispiel:

LaserLaser 2 optische Sensoren mit CCD-Array2 optische Sensoren mit CCD-Array nur jeweils einer aktivnur jeweils einer aktiv


nahezu jedes physische Objekt kann vollautomatisch nahezu jedes physische Objekt kann vollautomatisch digitalisiert werdendigitalisiert werden

nicht nur auf die Oberfläche beschränktnicht nur auf die Oberfläche beschränkt

Probleme:Probleme: die Voxelstruktur der CT muß in CAD-Datensatz die Voxelstruktur der CT muß in CAD-Datensatz

transformiert werdentransformiert werden Voxelstruktur in Vektordaten umzuwandelnVoxelstruktur in Vektordaten umzuwandeln


Beispiel: traditionell hergestelltes Architekturmodell

OUTPUT - VerfahrenOUTPUT - Verfahren

Stereolithographie (STL)Stereolithographie (STL) serielle Belichtungserielle Belichtung flächige Belichtungflächige Belichtung

Selective Laser Sintering (SLS)Selective Laser Sintering (SLS) 3D Printing and Glueing (3DP)3D Printing and Glueing (3DP)

2D - Schneidverfahren2D - Schneidverfahren 3D - Fräsverfahren3D - Fräsverfahren

3-Achsen-Fräsmaschine3-Achsen-Fräsmaschine 4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine

subtraktive Verfahrensubtraktive Verfahren

additive Verfahrenadditive Verfahren

Subtraktive VerfahrenSubtraktive Verfahren

2D - Schneidverfahren2D - Schneidverfahren Funktion wie StiftplotterFunktion wie Stiftplotter Herausschneiden zweidimensionaler FormplattenHerausschneiden zweidimensionaler Formplatten


3-Achsen-Fräsmaschine3-Achsen-Fräsmaschine Aufbau wie 2D - SchneiderAufbau wie 2D - Schneider zusätzliche Bewegung in der z-Richtungzusätzliche Bewegung in der z-Richtung keine Hinterschneidungen möglichkeine Hinterschneidungen möglich


4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine4- und mehr-Achsen-Fräsmaschine Aufbau wie 3-Achsen-FräsmaschineAufbau wie 3-Achsen-Fräsmaschine Fräskopf zusätzlich in senkrechter Ebene drehbarFräskopf zusätzlich in senkrechter Ebene drehbar

Additive VerfahrenAdditive Verfahren

Stereolithographie (STL)Stereolithographie (STL)

serielle Belichtungserielle Belichtung an der Flüssigkeitsoberflächean der Flüssigkeitsoberfläche unter der Flüssigkeitsoberflächeunter der Flüssigkeitsoberfläche

flächige Belichtungflächige Belichtung an der Flüssigkeitsoberflächean der Flüssigkeitsoberfläche

Additive Verfahren - Additive Verfahren - Stereolithographie (STL)Stereolithographie (STL)

serielle Belichtungserielle Belichtung auf der Flüssigkeitsoberflächeauf der Flüssigkeitsoberfläche


serielle Belichtungserielle Belichtung unter der Flüssigkeitsoberflächeunter der Flüssigkeitsoberfläche


flächige Belichtungflächige Belichtung auf der Flüssigkeitsoberflächeauf der Flüssigkeitsoberfläche


Selective Laser Sintering (SLS)Selective Laser Sintering (SLS)


3D Printing and Glueing (3DP)3D Printing and Glueing (3DP)

GIS-Seminar WS 2000/2001GIS-Seminar WS 2000/2001

Noch Fragen ?!?Noch Fragen ?!?

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