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Erstellung eines 3D-Modells mit Drohne

01.07.2018

Die Erstellung von 3D-Modellen ist nicht nur ein Hobby von Drohnen-Enthusiasten, sondern eine vielfach benötigte Dienstleistung. So werden auf Großbaustellen häufig 3D-Modelle benutzt um die Topografie des Baugeländes zu bestimmen, notwendige Erdbewegungen zu berechnen oder den Baufortschritt gegenüber dem Projektplan zu dokumentieren. Auch andere Branchen wie die Instandhaltung oder der Tagebau greifen auf 3D-Modelle zurück.

Einer der wichtigsten Schritte bei der Erstellung von 3D-Modellen per Drohne ist die richtige Festlegung des Flugzeitpunkts. Neben der Vermeidung von hohen Windgeschwindigkeiten oder Regen ist eine gute Ausleuchtung des Objekts wichtig. Dazu eignen sich bewölkte Tage besonders gut, da dann keine Starken Schatten zu sehen sind. Des Weiteren ist auf einen hohen Sonnenstand zu achten, da dann die möglichen Schatten am kürzesten sind. Schlecht geeignet sind die frühen Morgen- oder später Abendstunden, da dann die Schatten am längsten sind und den größten Einfluss auf das Ergebnis des modellierten Objekts haben.

 

Mittels eines Flugplans über das Objekt wird eine strukturierte Flugroute festgelegt. Während der Flugplan von der Drohne abgeflogen wird erstellt diese sich an allen Bildrändern stark überlappende, senkrecht nach unten gerichtete Aufnahmen. Diese nach unten gerichteten Aufnahmen werden auch als Nadir-Aufnahmen bezeichnet.

 

Wird ein 3D-Modell einer nahezu ebenen Fläche erstellt sind diese Aufnahmen möglicherweise schon ausreichend für ein gutes Ergebnis. Beinhaltet das Modell jedoch Erhebungen oder Senken, scharfe Kanten oder geschwungene Kanten sind Nadir-Aufnahmen alleine nicht ausreichend, da nur unzureichende Bildinformationen über die Seiten des Modells vorliegen. Aus diesem Grund wird empfohlen zwei oder gar drei zusätzliche Orbitalflüge um das Objekt herum auszuführen. Während dieser Flüge werden Schrägaufnahmen angefertigt, welche die Qualität des Models deutlich erhöhen.

Die Orbitalflüge werden aus unterschiedlichen Höhen durchgeführt. Der erste Flug auf Höhe der Nadir-Aufnahmen mit einer Kameraneigung von 45°. Der zweite Flug auf dem 1,5-fachen der Höhe der Nadir-Aufnahmen mit einer etwas steileren Kameraneigung. Diese ist von der Größe des Objekts abhängig und muss manuell festgelegt werden. Der dritte Flug findet auf halber Höhe der Nadir-Aufnahmen statt. Auf dieser Höhe wird die Kamera auf nahezu 90° geneigt. Bei allen Aufnahmen ist jedoch zu beachten, dass der Horizont auf keinem Fall sichtbar sein darf, da dies bei der späteren Bearbeitung sonst zu Problemen führt.

In Einzelfällen wird weiteres Bildmaterial benötigt. Das ist dann der Fall, wenn im Modell ein Überhäng vorhanden ist, der aus keiner der vorangegangenen Perspektiven eingesehen werden kann. Diese Aufnahmen werden aus einer minimalen Höhe aufgenommen. Die Kameraneigung beträgt dabei 90°. Sollte ein Flug in geringer Höhe nicht möglich sein, kann die Drohne auch auf dem entsprechenden Pfad getragen werden.

 

Anschließend werden die Einzelaufnahmen mittels Software zu einem 3D-Modell zusammengefügt. Dazu liest die Software Meta-Daten aus den einzelnen Aufnahmen aus, wie bspw. die genaue GPS-Position der Aufnahme oder die Kameraneigung während der Aufnahme. Durch die Überlagerung der Einzelaufnahmen ist die Software in der Lage die relative Verschiebung einzelner Pixel zu bestimmen. Daraus wird eine Lage innerhalb des Raumes bestimmt. Durch die Zuordnung aller Pixel im Raum entsteht das 3D-Modell.

 

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