Wer ein Gebäude per Laserscan aufmessen lässt, erhält als erstes Ergebnis eine Punktwolke. Für Architekten, Eigentümer und Fachplaner ist sie die Grundlage aller weiteren Pläne und Modelle, wirkt auf den ersten Blick aber ungewohnt. Dieser Beitrag erklärt, was eine Punktwolke ist, wie sie entsteht und wie man mit ihr arbeitet.
Eine Punktwolke in einem Satz
Eine Punktwolke ist eine große Menge einzeln gemessener Punkte im Raum, die zusammen die Oberflächen eines Objekts oder einer Umgebung abbilden. Bei einem Gebäudeaufmaß sind das schnell viele Millionen bis Milliarden Punkte. Aus der Nähe betrachtet sieht man einzelne Punkte, aus etwas Abstand ergibt sich ein dreidimensionales Bild des Raums, in dem man messen, schneiden und sich frei bewegen kann.
Wie die Punkte entstehen
Ein terrestrischer Laserscanner sendet einen Laserstrahl aus, der von Wänden, Decken und Gegenständen reflektiert wird. Aus der Signallaufzeit oder der Phasenverschiebung des zurückkommenden Signals bestimmt das Gerät die Entfernung, aus der horizontalen und vertikalen Ausrichtung des Strahls die Richtung. Entfernung und beide Winkel ergeben zusammen die Raumkoordinate eines Punkts. Moderne Scanner wiederholen diese Messung je nach Gerät mehrere hunderttausend bis über eine Million Mal pro Sekunde.
Punktwolken entstehen nicht nur per Laserscan. Auch die Photogrammetrie berechnet aus vielen überlappenden Fotos, etwa von einer Drohne, eine Punktwolke. Das Prinzip der Daten ist gleich, Genauigkeit und Eigenschaften unterscheiden sich jedoch.
Was in jedem Punkt steckt
- Koordinaten X, Y, Z: die Lage des Punkts im Raum, entweder in einem lokalen System des Projekts oder in einem amtlichen Koordinatensystem.
- Intensität: die Stärke des reflektierten Signals. Sie macht Materialunterschiede, Fugen oder Schriftzüge sichtbar, auch ohne Farbinformation.
- Farbe (RGB): Viele Scanner fotografieren ihre Umgebung zusätzlich. Die Farben werden anschließend den Punkten zugeordnet, was die Interpretation deutlich erleichtert.
Vom Einzelscan zur Gesamtwolke
Ein einzelner Scan erfasst nur, was vom Standpunkt aus sichtbar ist. Hinter Stützen, Möbeln oder Wandvorsprüngen entstehen Verschattungen. Deshalb wird ein Gebäude aus vielen Standpunkten gescannt. Die Einzelscans werden anschließend in der Registrierung über gemeinsame Bereiche oder Zielmarken zu einer Gesamtwolke verknüpft und auf Abweichungen geprüft. Danach wird die Wolke bereinigt, etwa um Störpunkte von Personen oder Spiegelungen. Mehr dazu im Beitrag Point Cloud Processing.
Von der Punktwolke zu Plan und Modell
Eine Punktwolke lässt sich in gängige CAD- und BIM-Programme wie AutoCAD oder Revit als Referenz laden. Wände, Fenster und Decken sind darin aber noch keine Bauteile, sondern nur Punkte auf deren Oberfläche. Grundrisse, Schnitte, Ansichten oder ein BIM-Modell entstehen erst durch die Auswertung: Fachleute legen Schnitte durch die Wolke, ziehen Linien und Flächen nach und modellieren Bauteile. Dieser Schritt erfordert Erfahrung, weil entschieden werden muss, was dargestellt wird und mit welcher Genauigkeit.
Die Punktwolke behält auch nach der Auswertung ihren Wert. Sie dokumentiert den Zustand zum Zeitpunkt der Messung, und spätere Fragen nach einem Maß lassen sich oft beantworten, ohne erneut vor Ort zu messen.
Gängige Formate
- E57: herstellerunabhängiges Austauschformat für Scandaten, auch mit Bildern und mehreren Scans in einer Datei.
- LAS/LAZ: verbreitet bei Geländedaten und großen Außenaufnahmen, LAZ ist die komprimierte Variante.
- RCP/RCS: das Format von Autodesk ReCap, das von AutoCAD, Revit und anderen Autodesk-Programmen direkt gelesen wird.
Welches Format sinnvoll ist, hängt von der Software der Projektbeteiligten ab. Es lohnt sich, das vorab zu klären, damit die Daten nicht unnötig groß werden oder mehrfach umgewandelt werden müssen.
Punktwolke kurz erklärt
Eine Punktwolke ist ein dichtes, messbares 3D-Abbild des Bestands, aus Koordinaten, Intensität und meist Farbe. Erst durch Registrierung, Bereinigung und Auswertung werden daraus Pläne und Modelle. Wie wir Punktwolken erstellen und liefern, beschreiben wir auf der Seite Punktwolke.