3D-Druck – Vom Luftbild zum physischen Modell

Das Projekt:

Eine Baufirma hatte ein Grundstück erworben und hierfür die Bebauung geplant. Die Bebauung des Geländes, wie und ob überhaupt, war in der Bevölkerung umstritten. Nun galt es, die Entscheidungsträger und die Bevölkerung von dem Bebauungskonzept zu überzeugen und zu zeigen, dass sich dieses harmonisch in die Umgebung einfügt. Um das Vorhaben möglichst realitätsnah und plastisch darzustellen, erhielt geoplana den Auftrag, ein physisches Modell des Geländes, der umliegenden Gebäude sowie des Bauvorhabens zu erstellen. 3D-Druck – Vom Luftbild zum physischen Modell geoticker Dezember 2019

Der 3D-Druck:

Dreidimensionale Modelle von Städten und Landschaften, aus Pappe, Holz oder Gips gefertigt, sind seit langem wichtige Hilfsmittel in der Stadt- und Bauplanung, der Architektur oder als Anschauungsobjekte in Museen oder Rathäusern. Mittlerweile haben diese physischen Modelle zwar durch digitale Modelle Konkurrenz bekommen, aber überflüssig sind die physischen Modelle deshalb nicht geworden. Denn dreidimensionale Modelle sind „Modelle zum Anfassen“, vermitteln ein gutes räumliches Gefühl und können zum Beispiel den Bürgern zugänglich gemacht und im Rathaus ausgestellt werden. Durch neue 3D-Drucktechnologien – auch additive Fertigung genannt – kommen nun neue Verfahren für deren Herstellung in Betracht.

Schritt 1 (Umsetzung Bild in 3D-Grafik):

Als erstes setzen wir die gewünschten Luftbild-Inhalte, wie Gebäude und Geländeoberfläche, in eine 3D-Grafik um. Hierfür nutzen wir entweder die automatische Bildkorrelation oder die manuelle Stereoauswertung. 1.1. Automatische Bildkorrelation: Diese liefert aus den Luftbildern dichte Punktwolken, aus denen anschließend automatisch ein Digitales Oberflächenmodell (DOM) entsteht. Das DOM enthält praktisch alle auf dem Gelände befindlichen Objekte, wie Gebäude und Vegetation. Eine manuelle Nachbearbeitung erfolgt nicht. oder

1.2. Manuelle Stereoauswertung: Hierbei übertragen wir zunächst alle gewünschten Luftbild-Inhalte mit Hilfe eines CAD-Programms in eine Vektorgrafik. Während die Dachflächen der Gebäude als in der Ebene liegende Polygone erfasst werden, bilden wir bei der Messung des Geländes dieses manuell durch Bruchkanten und Höhenpunkte möglichst formgetreu ab.

Schritt 2 (geschlossene Oberfläche erstellen):

Ob automatisch oder manuell: in beiden Fällen gilt es, aus den gemessenen Punkten und/oder Linien anschließend eine geschlossene Oberfläche zu erschaffen. Dies erreichen wir, indem wir zunächst eine Dreiecksvermaschung berechnen (Mesh). Auf dieses Mesh projizieren wir anschließend die Luftbilder, was später im Zusammenhang mit dem Farb-3D-Druck wichtig wird.

Schritt 3 (umwandeln 2D in 3D):

Um eine Grundlage für den 3D-Druck zu schaffen, muss aus der – aktuell noch zweidimensional dargestellten – Oberfläche ein Volumenkörper erzeugt werden. Dazu wird mit geeigneter Software die Oberfläche extrudiert, also „nach unten gezogen“. Interessant für Ihre Planungen: Existieren schon Gebäude aus einem digitalen Stadtmodell, z.B. im CityGML-Format, so lassen sich die CityGML-Gebäude jederzeit mit einem digitalen Geländemodell zusammenfügen. Um beim anschließenden 3D-Druck Material zu sparen, kann es sinnvoll sein, das digitale Modell auszuhöhlen.

Schritt 4 (Dateiformate und Druck):

Ist das Modell fertig vorbereitet für den 3D-Druck, wird es in eines der üblichen Dateiformate exportiert: Für monochrome Modelle kommt meist STL zum Einsatz, während OBJ und VRML neben der Geometrie auch Farbinformationen speichern. Für den 3D-Druck haben sich mittlerweile verschiedene Drucktechnologien etabliert; allen gemeinsam ist, dass das Druckmaterial Schicht für Schicht aufgetragen wird und so das Modell entsteht. Als Materialien werden verschiedene Kunststoffe, Kunstharz oder auch Metalle eingesetzt. Physische Modelle aus dem 3D-Drucker eignen sich hervorragend, um anschaulich Planungsvorhaben zu visualisieren.