3D-Scans für bessere Profilbilder
Eine Anleitung für schnelle Orthofotos
Zusammenfassung
Schnelligkeit und Effizienz in der Aufnahme von Informationen ist die Hauptaufgabe jeder Ausgrabung.
Die folgende Kurzanleitung beschreibt die Arbeitsschritte, um Orthofotos eines Profils anhand eines schnellen 3D-Scans zu erzeugen. Mit dieser Methode ist es möglich, saubere Profilbilder auch in den schwierigsten Situationen abzuleiten, ohne großen Mehraufwand durch komplexe Schichtvermessungen mit Tachymetern zurückzugreifen oder traditionelle 2D Fotogrammetrie Bilder über eingemessene Nägel und Bildentzerrung durchzuführen.
typische Probleme beim Profil fotografieren
Profile können kompliziert zu fotografieren sein. Ist die Grube zu tief oder der Schnitt zu schmal, verdecken die gegenüberliegenden Seiten die freie Sicht auf die freigelegten Schichten. Rohre oder Leitungen blockieren die Sicht oder das Profil ist einfach zu lang, um sauber auf einem Bild erfasst werden zu können. Da wir selten direkt vor dem Profil stehende Bilder aufnehmen können, sind Profilaufnahmen häufig stark verzerrt und *kippen* ab.
Gleichzeitig nehmen wir vieles auf, das nicht zum eigentlichen Profil gehört, wie die Fläche oberhalb des Profils oder Kanten und Plana anderer Befunde. Dadurch wird das Einarbeiten Dritter in eine bestehende Dokumentation erschwert.
Zu guter Letzt werden Profilaufnahmen gern auch nicht Archäologen gezeigt, um das Gefundene zu erläutern. Diese haben aber erfahrungsgemäß Schwierigkeiten, zwischen den verschiedenen Sanden, Plana und Schichten das eigentliche Profil zu erkennen und den darin geschnittenen Befund zu erfassen und zu verstehen. Die ungewohnten Perspektiven helfen dem Laien dabei ebenfalls wenig. Natürlich werden die meisten Profile auch zeichnerisch erfasst, aber eine saubere verzerrungsfreie Fotodokumentation kann die interpretierte Zeichnung besser untermauern als eine perspektivisch verzerrte Abbildung. Wie solche Orthofotos mit minimalem Mehraufwand erstellt werden können, möchte ich im Folgenden aufzeigen und einen ersten simplen Arbeitsablauf skizzieren.
Auf der Grabung
Nach der Freilegung des Profils wird dieses normal für die fotografische und zeichnerische Dokumentation vorbereitet. Das heißt die Flächen werden begradigt, die Ecken gesäubert und eventuell Messnägel für die Höhenlinie gesteckt und eingemessen. Die Fototafel gesteckt und platziert.
Anschließend werden wie gewohnt die Aufnahmen des Profils mit der Digitalkamera gemacht.
Nach diesen Fotos zur allgemeinen Dokumentation werden zusätzliche Aufnahmen zur 3D-Modell-Erzeugung aus möglichst vielen Perspektiven aufgenommen. Wechseln Sie vielleicht die Speicherkarte, da die Bilder nicht unbedingt in die Fotodokumentationslisten mit aufgenommen werden müssen. Besprechen Sie dies aber vorher mit der zuständigen Denkmalbehörde.
Variieren Sie dabei die Höhe der Kamera, den Standort und die Aufnahmerichtung. Wenn mehr als ein Profil in direkter Umgebung digitalisiert werden soll, nehmen Sie auch diese fotografisch auf.
Es muss nicht auf jedem Einzelbild das gesamte Profil sichtbar sein, nur eine gute Überlappung zwischen zwei Bildern ist ratsam.
Für ein einfaches Profil (Einzelprofil in einer Hausanschlussgrube) reichen 10-25 Aufnahmen. Für diese benötigen Sie etwa 5-10 min. Und dann ist die Datenaufnahme auch schon abgeschlossen.
Wie immer gilt „Viel hilft, viel!“ sodass Sie gern mehr Aufnahmen machen können.
Denken Sie bitte daran wie gehabt das Profil einzumessen!
Modellerstellung
Am Ende des Arbeitstages auf der Fläche oder wenn Sie über genug Personal verfügen, auch gern parallel, prozessieren Sie die Bilder und erstellen das Modell, leiten das Orthofoto ab und fügen dieses in Ihre Dokumentation mit ein.
Fotogrammetrie Software
Die Wahl der Software ist relativ zweitrangig, um das 3D-Modell zu erzeugen. Ich persönlich bevorzuge Agisofts Metashape, da es eine gute Offline-Lizenz bietet und relativ günstig ist.
Alternativ können Sie auch Reality Capture als derzeit kostenlose Alternative nutzen. Sollten aber die Terms of Service einmal lesen. Da die Software ab einer bestimmten Einnahmesumme Lizenzkosten aufruft.
Weitere Alternativen sind:
Agisoft Workflow
Exemplarisch verwenden wir in diesem Beispiel Agisoft und erklären Schritt für Schritt, wie wir aus den einfachen Bildern ein 3D Modell gewinnen können.
Workflow Übersicht:
- Laden Sie die unbearbeiteten Daten auf Ihren Rechner in einem gut beschriebenen Arbeitsverzeichnis.
- Öffnen Sie Agisoft Metashape und importieren Sie die Bilder in einen Chunk.
- Berechnen Sie die Kamerapositionen der geladenen Bilder. (Workflow -> Align Photos -> Standardeinstellungen)
- Inspizieren Sie die rekonstruierte dünne Punktwolke, passen Sie unter Umständen den Rekonstruktionsraum an.
- Erstellen Sie ein 3D-Netz. (Workflow -> Build Model -> Depthmap, mittlere oder hohe Auflösung)
- Schneiden Sie dieses auf den benötigten Bereich zu.
- Berechnen Sie die 3D-Textur. (Workflow -> Build Texture -> 8192 Px groß (bei großen Profilen gegebenenfalls die Texturzahl erhöhen))
- Exportieren Sie das Modell als .OBJ oder .FBX mit Textur in den Arbeitsordner.
Jetzt haben wir ein 3D-Modell des Schnittes. Wir können dieses nun direkt in Agisoft zuschneiden oder für die Weiterverarbeitung in Blender 3D nutzen.
Orthofotos der Hausanschluss Profile aus dem Tutorial Video.
Natürlich wirkt dies erst einmal kompliziert, aber fast alle diese Arbeitsschritte können automatisiert werden. Dadurch können Sie eine große Menge an Modellen nacheinander berechnen und exportieren lassen, ohne dass Sie selbst am PC bleiben müssen.
Resultate
Mit diesen einfachen Arbeitsschritten lassen sich Profile, Plana und ganze Grabungsschnitte schnell erfassen und sauber abbilden. Mit nur wenigen Minuten Mehraufwand können verzerrungsfreie Bilder erstellt werden, um die traditionelle Dokumentation zu ergänzen oder in Einzelfällen auch zu ersetzen.
Dabei spielt die Größe der zu digitalisierenden Profile eine untergeordnete Rolle. Wenn sie vorhaben größere Profile abzubilden nehmen Sie einfach mehr Bilder auf. Egal ob eine Glasfaseranschlussgrube, ein geschnittenes Pfostenloch, hunderte Meter lange Trassenprofile oder Fundamentausschachtungen von Gebäuden sie erhalten immer saubere Profile.
Keine Möglichkeit/Lust, die Daten selbst zu berechnen?
Wenn Sie, aus welchen Gründen auch immer, über keine Kapazitäten verfügen, die Modelle selbst zu berechnen, helfe ich Ihnen gern aus.
Senden Sie mir einfach eine kurze E-Mail an Kontakt@praehist3d.de und wir finden einen Weg, wie sie selbst die Fotos aufnehmen und Orthofotos und 3D Modelle von mir berechnet bekommen.
Gern können Sie auch einen Workshop zum Erstellen eigener 3D Daten buchen!
