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NACHVERARBEITUNG DER PUNKTWOLKE

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

3 Rekonstruktion der Punktwolke mit MeshLab

16 Rekonstruktion der Punktwolke mit CloudCompare

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Einführung in MeshLab1

MeshLab ist ein modernes Tool zur Verarbeitung von 3D-Netzen und eine häufig verwendete Software in den technischen Bereichen der 3D-Entwicklung und des Datenmanagements. MeshLab ist eine freie Software (Open Source) unter der GNU/GPL-Lizenz. Sie wird als vollständiges Programm und als Bibliothek für andere Softwares verwendet.

MeshLab wurde vom Forschungszentrum ISTI-CNR entwickelt – ursprünglich als Studienarbeit an der Universität Pisa Ende 2005. Es handelt sich dabei um ein System zur Verarbeitung von typischen unstrukturierten 3D-Modellen, die im Bereich der 3D-Digitalisierung auftreten. MeshLab dient zum Management und zur Verarbeitung von großen unstrukturierten Netzen, und bietet eine Reihe von Tools zur Bearbeitung, Bereinigung, Reparatur, Überprüfung, Umwandlung sowie zum Rendern dieser Arten von Netzen.

Die automatischen Netz-Bereinigungsfilter beinhalten: Entfernung von doppelten, nicht-referenzierten Eckpunkten, nicht-mehrseitigen Kanten, Eckpunkten und „Null-Seiten“. Die Neuvernetzungs-Tools basieren auf Fehlerquadrik, verschiedenen Teilungsflächen sowie zwei Oberflächen-Rekonstruktionsalgorithmen der Punktwolken nach der sog. Ball-Pivoting-Technik und dem Ansatz der Poisson Oberflächenrekonstruktion. Zur Entfernung des Bildrauschens verfügt MeshLab über verschiedene Glättungsfilter sowie Tools für die Analyse und Darstellung der Krümmungen.

Enthalten ist auch ein Instrument für die Registrierung mehrerer Bereichskarten, basierend auf dem Iterationsalgorithmus des nächsten Punktes. MeshLab beinhaltet auch ein interaktives System, mit dem auf interaktive Art und Weise die Farbe eines Netzes geändert werden kann, um ausgewählte Bereiche festzulegen und durch Bildrauschen hervorgerufene kleinere Störungen direkt zu glätten.

MeshLab ist für die meisten Betriebssysteme erhältlich, einschließlich Windows, Linux, Mac OS X, sowie mit eingeschränkter Funktionalität auch für iOS und Android. Das System ist mit den folgenden Formaten kompatibel, sowohl als Import als auch als Export: PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, VRML 2.0, U3D, X3D und COLLADA.

Mit MeshLab können auch durch Photosynth rekonstruierte Punktwolken importiert werden.

Öffnen von PLY-Dateien in MeshLabÖffne die Punktwolke in MeshLab. Diese Punktwolke hat die Dateierweiterung „.ply“.

MeshLab öffnen: Auf dem Hauptbildschirm der Anwendung siehst du in der obersten Zeile ein Menü, darunter eine Symbolleiste und schließlich darunter die 3D-Anzeige, die den größten Bereich des Bildschirms einnimmt.

1 Einführung in MeshLab http://en.wikipedia.org/wiki/MeshLab (27 Februar 2015)

Rekonstruktion der Punktwolke mit MeshLab

Rekonstruktion der Punktwolke mit MeshLab1

http://en.wikipedia.org/wiki/MeshLab

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Netz-Datei importieren: Datei > Netz importieren.

Punktmodell (.ply) auswählen: Wähle im Fenster Netz importieren die Punktwolken-Datei, die du importieren möchtest, und klicke auf Öffnen.

Die Scan-Software Horus speichert Punktwolken standardmäßig als Dateien des Formats „.ply“.

Anzeige der Punktwolke: Nachdem die Datei importiert wurde, wird die Punktwolke im Raum in 3D dargestellt.

Wenn die Punktwolke mit Textur gescannt wurde, wird sie in den Farben dieses Scans angezeigt.

Wenn sie hingegen ohne Textur gescannt wurde, werden alle Punkte in der zum Zeitpunkt des Scannens gewählten Farbe angezeigt.


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Bereinigung der PunktwolkeDie Punktwolke ist eventuell nicht perfekt und enthält Bildrauschpunkte oder einfach Punkte, die nicht zum endgültigen Modell gehören sollen. Mit MeshLab kannst du bestimmte Punkte der Wolke auswählen und entfernen.

Tool „Eckpunkte auswählen“: In der oberen Symbolleiste befindet sich das Tool Eckpunkte auswählen, mit dem du Punkte in einem dreidimensionalen Raum mit einem Rechteck, also einer zweidimensionalen Figur, auswählen kannst.

Eckpunkte auswählens: Du kannst zu dieser Auswahl mehr Punkte hinzufügen, indem du bei gedrückter Strg-Taste die linke Maustaste ebenfalls gedrückt hältst und den Cursor über den Bildschirm bewegst. Neben dem Cursor wird das Symbol „+“ angezeigt.

Du kannst auch bereits ausgewählte Punkte aus der Auswahl entfernen, indem du die Umschalt-Taste gedrückt hältst, während du sie mit der linken Maustaste in der gleichen Weise abwählst. Neben dem Cursor wird jetzt das Symbol „–“ angezeigt. Halte die linke Maustaste gedrückt und ziehe mit dem Cursor ein Rechteck, um die Eckpunkte auszuwählen. Die ausgewählten Eckpunkte werden rot angezeigt.

Nachdem du die Eckpunkte ausgewählt hast, die du entfernen möchtest, lasse die linke Maustaste los.

Entfernen der unerwünschten Eckpunkte: Nachdem du die Eckpunkte ausgewählt hast, die du entfernen möchtest, klicke auf Ausgewählte Eckpunkte löschen in der Symbolleiste.


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Bereinigte Punktwolke: Es ist äußerst wichtig, dass die zu rekonstruierende Punktwolke möglichst wenig Bildrauschen enthält. Der Rekonstruktions-Algorithmus filtert zwar einen Teil des Bildrauschens heraus, falls die Wolke aber viele Punkte enthält, die nicht zum Modell gehören, kann dies zu einem ungenauen Resultat führen.

Verarbeitung der PunktwolkeZur Verarbeitung einer Punktwolke müssen die Normalen des Objekts erzeugt werden:

Menü „Normalenberechnung“: Filter > Normalen, Krümmungen und Verzerrung > Normalen für Punktgruppen berechnen.

Fenster „Normalenberechnung“: In diesem Fenster musst du die Anzahl der Nachbarn ändern, stehend für die Anzahl der benachbarten Punkte, die einer von ihnen haben soll, um die Normale zu berechnen.

Als Anfangswert wird 10, 50 oder 100 empfohlen. Eventuell musst du diesen Wert später ändern. Alle anderen Werte solltest du bei den Standardwerten belassen.

Nachdem der Parameter geändert wurde, klicke auf Anwenden. Das Programm benötigt einige Sekunden, um die Normalen zu berechnen. Wenn die Berechnung beendet ist, klicke auf die Schaltfläche Schließen.


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Normalen anzeigen: Im Allgemeinen erzielt man bessere Rekonstruktionen, wenn die Richtung der Normalen nach außen zeigt.

Um die Normalen anzuzeigen, klicke auf den Menüpunkt Rendern > Normalen/Krümmung anzeigen.

Um sie zu verbergen, klicke nochmals auf denselben Menüpunkt

.

Normalen ansehen: Die Normalen werden durch blaue Linien auf der Oberfläche der Punktwolke angezeigt.

Es wird nicht immer möglich sein, dass alle Normalen zur Außenseite des Objekts gerichtet sind. Das Ergebnis hängt von der Geometrie und der Dichte der Wolke sowie von der Anzahl der gewählten Nachbarn vor der Berechnung der Normalen ab.

Falls die Normalen nicht zur Außenseite des Objekts zeigen, empfehlen wir, die Anzahl der Nachbarn so lange zu verändern und die Normalen neu zu berechnen, bis das Ergebnis zufriedenstellend ist.

Rekonstruktion des Objekts aus der PunktwolkeNach der Berechnung der im vorigen Absatz erläuterten Normalen kannst du nun zur Rekonstruktion des Objekts schreiten.

Menü „Rekonstruktionsfilter“: Filter > Neuvernetzung, Vereinfachung und Rekonstruktion > Oberflächenrekonstruktion: Poisson (Filters > Remeshing, Simplification and Reconstruction > Surface Reconstruction: Poisson).


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Fenster „Rekonstruktionsfilter“: In diesem Fenster kannst du die Werte der Oktanten (Octree Depth) und die Lösungsteilung (Solver Divide) verändern.

Für diese Parameter sollten Werte zwischen 6 und 12 eingestellt werden (wenn dein Computer nicht sehr leistungsfähig ist, empfehlen wir, maximal 11 zu wählen). Alle anderen Werte solltest du bei den Standardwerten belassen.

Je höher die Werte dieser Variablen sind, desto genauer wird das endgültige Modell, allerdings dauert auch die Berechnung länger.

Nachdem die Werte geändert wurden, klicke auf Anwenden. Die Berechnungszeit kann zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten liegen. Es ist möglich, dass während dieser Zeit das Fenster „Reagiert nicht“ angezeigt wird. Solange kein Pop-up-Fenster angezeigt wird, solltest du das Fenster jedoch nicht schließen. Die Verarbeitungszeit hängt von den Leistungsdaten des Computers ab, mit dem die Berechnung durchgeführt wird. Du solltest deshalb keinen schwachen oder älteren Computer für die Verarbeitung der Punktwolken einsetzen.

Nachdem die Rekonstruktion beendet wurde, klicke auf Schließen (Close).

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Anzeige des Rekonstruktions-ErgebnissesNachdem die Rekonstruktion beendet wurde, überlagern die Schichten der Punktwolke und des rekonstruierten Objekts einander. Um lediglich das Ergebnis der Rekonstruktion anzuzeigen, blende einfach die Schicht mit der Punktwolke aus.


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Fenster „Schichtenanzeige“: Um das Fenster zur Anzeige der Schichten aufzurufen, klicke auf Ansicht > Schichtendialog anzeigen (View > Show Layer Dialog).

Punktwolkenschicht ausblenden: Das Symbol mit einem Auge links neben dem Namen jeder Schicht zeigt die Sichtbarkeit dieser Schicht an. Wenn du darauf klickst, kannst du die Schicht ein- oder ausblenden.

Die Schicht mit der Punktwolke wird ausgeblendet, um die Rekonstruktion besser betrachten zu können

.

Speichern des Rekonstruktions-ErgebnissesMenü „Netz exportieren“: Die Option zum Exportieren des Netzes befindet sich in Datei > Netz exportieren...


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Fenster „Exportieren“: Wähle die Option zum Exportieren einer Datei im Format STL, navigiere zum Ordner, in dem du die Datei speichern möchtest, und klicke auf Speichern (Save).

Du solltest STL wählen, weil es sich dabei um ein Dateiformat handelt, das auch 3D-Schichtendruckprogramme korrekt öffnen kann. Falls du die Datei für andere Zwecke exportieren möchtest, kannst du natürlich auch ein anderes Format wählen.

Punktwolken mit MeshLab zusammensetzenManchmal kommt es aufgrund der Geometrie des gescannten Objekts bzw. der Anzahl der beim Scannen verwendeten Laser vor, dass die Punktwolken unvollständig sind. Die Lösung hierfür sieht so aus, dass man das Objekt an eine andere Stelle der Plattform platziert bzw. einen anderen Laser benutzt, es nochmals scannt und dann die einzelnen Punktwolken zusammensetzt. Zur Erklärung dieser Methode verwenden wir nur zwei Punktwolken, es können jedoch für dieses Verfahren beliebig viele Punktwolken herangezogen werden, und die Vorgehensweise ist immer dieselbe.

Öffne die zu den Punktwolken beider Scans gehörigen „.ply“-Dateien.

Wähle in der Schichtenanzeige (Strg + L) eine Schicht aus und berechne ihre Normalen. Nachdem die Berechnung beendet wurde, verfahre ebenso für die andere Schicht. Überprüfe grafisch (durch Anzeige der Normalen jeder einzelnen Schicht), dass sie korrekt berechnet wurden.

Tool „Ausrichten“: Das Tool Ausrichten (Align) befindet sich im Menü Bearbeiten (Edit).


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Feld „Ausrichten“: Klicke im Feld des Tools Ausrichten auf die erste Schicht und dann auf die Schaltfläche Netz hier fixieren (Glue Here Mesh). Durch diesen Vorgang wird die erste Punktwolke im Raum fixiert.

Wähle danach die zweite Schicht und klicke auf die Schaltfläche Punktbasiertes Fixieren (Point Based Glueing), worauf sich ein neues Fenster des Tools öffnet.

In diesem Fenster kannst du die Orientierung der Punktwolken ändern, um die Ausrichtung der Punkte einfacher zu machen. Anschließend wähle mindestens drei Punkte aus einer der Punktwolken aus, sowie die entsprechenden Punkte in der anderen Wolke. Die Auswahl erfolgt durch Klicken mit der rechten Maustaste auf die Punktwolke.

Die ausgewählten Punkte werden nummeriert, um Irrtum auszuschließen. Falls du einen ungültigen Punkt ausgewählt hast, klicke einfach auf Abbrechen (Cancel) und öffne dieses Fenster erneut, denn es gibt keine Option Rückgängig.

Sobald du die entsprechenden Punkte in beiden Wolken ausgewählt hast, klicke auf OK.

Überprüfe, ob nach dem vorigen Schritt die beiden Punktwolken aneinander ausgerichtet sind. Falls sie nicht gut genug ausgerichtet sind, wiederhole den vorigen Schritt, bis das Ergebnis zufriedenstellend ist. Um die Ausrichtung abzuschließen, klicke auf die Schaltfläche Verarbeiten (Process).


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Anzeige der ausgerichteten Punktwolken: Du kannst auf den ersten Blick im Ergebnis der Ausrichtung sehen, dass die Details verbessert und fehlende Punkte korrigiert wurden.

Punktwolken zusammensetzenDie im vorigen Schritt ausgerichteten Punktwolken sind noch nicht zusammengesetzt, sondern es handelt sich immer noch um verschiedene Punktwolken.

Um die Rekonstruktion des Objekts durchzuführen, müssen beide zusammengefügt werden.

Menü „Schichten zusammenfügen“Sichtbare Schichten zusammenfügen: Das Tool, um die sichtbaren Schichten zusammenzufügen, befindet sich unter dem Menüpunkt Filter > Netzschicht > Sichtbare Schichten zusammenfügen (Filters > Mesh Layer > Flatten Visible Layers).

Fenster „Sichtbare Schichten zusammenfügen“: Wähle in diesem Fenster die Option Nicht referenzierte Eckpunkte behalten (Keep unreferenced vertices).

Und klicke auf die Schaltfläche Anwenden (Apply).


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Das Ergebnis der zusammengefügten Punktwolken ist eine neue Punktwolke mit höherer Auflösung.

Nachdem die Schichten zusammengefügt wurden, sollten die Normalen dieser neuen Punktwolke erneut berechnet werden. Um das rekonstruierte Modell zu erhalten, verfahre, wie oben erklärt.

Rekonstruktions-Ergebnisse glättenWenn Objekte aus einer Punktwolke rekonstruiert werden, ist das Ergebnis möglicherweise nicht sehr genau. Das Fehlen von Punkten beeinträchtigt die Rekonstruktion, und dieses Fehlen kann nicht immer durch das Zusammenfügen mehrerer Punktwolken gelöst werden.

Ein Beispiel hierfür könnte das in den ersten Abschnitten verwendete Objekt sein; der Sockel des Objekts kann nicht gescannt werden (da das Objekt darauf liegt), und der Oberteil hat wegen seiner Geometrie keine Punkte.

Trotzdem versucht der Rekonstruktions-Algorithmus stets, die Seiten zu schließen, um eine geschlossene Oberfläche zu erhalten.

Wie du siehst, wurden bei der Rekonstruktion Ober- und Unterteil geschlossen, das Ergebnis kann jedoch noch verbessert werden.

Um dieses Ergebnis zu verbessern, können in jenen Bereichen, die schlecht rekonstruiert wurden, Glättungsfilter angewandt werden.

Oberteil vor der Rekonstruktion

Oberteil nach der Rekonstruktion

Unterteil vor der Rekonstruktion

Parte inferior después de la reconstrucción


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Tool „Seitenauswahl“: Dieses Tool funktioniert genauso wie das Tool Eckpunkte auswählen, der einzige Unterschied ist jedoch, dass hier Seiten ausgewählt werden.

Auswahl fehlerhafter Seiten: Wie beim vorherigen Tool drückst du die rechte Maustaste und bewegst den Cursor, um die zu glättenden Seiten auszuwählen.

Denke daran, dass du nicht nur die sichtbaren Seiten auswählst, sondern auch jene, die sich innerhalb des Rechtecks befinden, und die aus der derzeitigen Perspektive nicht sichtbar sind.

Um jene Seiten abzuwählen, die du ausgewählt hast, jedoch nicht ändern möchtest, klicke erneut mit der linken Maustaste auf das Tool Seitenauswahl in der Symbolleiste. Ändere die Position des Objekts, um jene Seiten anzuzeigen, die du abwählen möchtest.Wenn sich das Objekt in der gewünschten Position befindet, klicke erneut auf das Seitenauswahl-Tool. Während dieses Vorgangs wurde die Auswahl der zuvor gewählten Seiten erhalten. Drücke dann die Umschalttaste, während du den Cursor über die Seiten führst, die du nicht ändern möchtest.

Wenn schließlich nur die Seiten ausgewählt sind, die geglättet werden sollen, klicke erneut auf das Tool Seitenauswahl. Die Seiten bleiben ausgewählt.

Menü „Glättungsfilter“: Auf die ausgewählten Seiten wird der FilterTaubin-Glättung (Taubin Smooth) angewandt, der sich unter dem Menüpunkt Filter > Glätten, Modellieren und Verformen > Taubin-Glättung (Filters > Smoothing, Fairing and Deformation > Taubin Smooth) befindet.


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Taubin-Glättungsfilter: Im Fenster Taubin-Glättungsfilter können mehrere Parameter geändert werden.

Es wird empfohlen, das Kästchen Vorschau (Preview) zu markieren, damit du in Echtzeit beobachten kannst, welche Auswirkungen die Parameteränderungen auf das Objekt haben.

Den Wert Lambda solltest du auf dem Standardwert belassen. Im Beispiel wurden der Parameter Mu und die Glättungsschritte (Smoothing Steps) geändert.

Die Parameter hängen von der bei der Rekonstruktion entstandenen Abweichung der Seiten ab, deshalb empfehlen wir, verschiedene Werte auszuprobieren, bis das gewünschte Ergebnis erreicht wurde.

Nachdem du die gewünschten Parameter gefunden hast, klicke auf Anwenden (Apply).

Das Ergebnis der Glättung ist beträchtlich. Die Anwendung des Glättungsfilters auf alle Seiten eines Objekts führt zu Detailverlust, deshalb sollte er nur auf fehlerhafte Seiten angewandt werden!

Oberteil nach Anwendung des Glättungsfilters Unterteil nach Anwendung des Glättungsfilters


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Einführung in CloudCompare1

CloudCompare ist ein Programm zur Verarbeitung von Punktwolken (wie man sie z. B. von einem 3D-Scanner erhält). Es kann außerdem auch dreieckige Netze und kalibrierte Bilder verarbeiten.

Die Software entstand ursprünglich in einer Zusammenarbeit zwischen Telecom ParisTech und der F&E-Abteilung von EDF. Das Projekt CloudCompare begann 2003 mit der Dissertation von Daniel Girardeau-Montaut über die Erfassung von Änderungen an dreidimensionalen geometrischen Daten. Zu dieser Zeit war das Hauptziel, Änderungen an Punktwolken hoher Dichte, die durch Laserscanner in industriellen Einrichtungen (wie z. B. Kraftwerke) oder auf Baustellen erhalten wurden, rasch zu erfassen. Später entwickelte sich daraus eine allgemeinere und modernere Software zur Verarbeitung von 3D-Daten. Heute ist es ein unabhängiges Open-Source-Projekt und freie Software.

CloudCompare liefert eine Reihe grundlegender Werkzeuge zum Bearbeiten und Rendern von Punktwolken und dreieckigen Netzen. Es bietet ferner verschiedene hochentwickelte Verarbeitungs-Algorithmen für Aufgaben wie: Projektionen, Registrierungen, Abstandsberechnungen, Statistiken, Segmentierung oder die Abschätzung geometrischer Eigenschaften.

CloudCompare läuft auf den Betriebssystemen Windows, Linux und Mac OS X, sowohl in 32- als auch in 64-Bit-Architektur. Es wurde in C++ mit Qt entwickelt.

Öffnen von PLY-Dateien in CloudCompareÖffne die Punktwolke mit der Dateierweiterung „.ply“ in CloudCompare.

CloudCompare öffnen: Auf dem Hauptbildschirm siehst du in der obersten Zeile ein Menü, darunter eine Symbolleiste, links eine Werkzeugleiste, unten eine Konsole und schließlich eine 3D-Anzeige.

1 Einführung in CloudCompare http://en.wikipedia.org/wiki/CloudCompare (27 Februar 2015)

Rekonstruktion der Punktwolke mit CloudCompare


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http://en.wikipedia.org/wiki/CloudCompare

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Netz-Datei importieren: Öffne eine Datei mit Datei > Öffnen (File > Open).

Punktmodell (.ply) auswählen: Im Fenster Öffnen kannst du die Punktwolken-Datei, die du verarbeiten möchtest, wählen. Wenn du sie gewählt hast, klicke auf Öffnen.

Die Scan-Software Horus speichert Punktwolken standardmäßig als Dateien des Formats „.ply“, deshalb musst du im Dropdown-Menü nach diesen Dateien Ausschau halten.

Eigenschaften von PLY-Dateien: Dieses Fenster erscheint, wenn eine PLY-Datei geöffnet wird, die erweiterte Konfigurationsmöglichkeiten bietet. Es wird empfohlen, die Standardwerte zu belassen. Um mit dem Öffnen der Datei fortzufahren, klicke auf Anwenden (Apply).


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Anzeige der Punktwolke: Nachdem die Punktwolken-Datei importiert wurde, wird sie in der 3D-Anzeige im Raum dieser Wolke dargestellt.

Wenn die Punktwolke mit Textur gescannt wurde, wird sie in den Farben dieses Scans angezeigt.

Wenn sie hingegen ohne Textur gescannt wurde, werden alle Punkte in der zum Zeitpunkt des Scannens gewählten Farbe angezeigt.

Bereinigung der PunktwolkeDie Punktwolke ist eventuell nicht perfekt und enthält Bildrauschpunkte oder einfach Punkte, die nicht zum endgültigen Modell gehören sollen. Mit CloudCompare kannst du bestimmte Punkte der Wolke auswählen und entfernen.

Tool „Segmentieren“: Als erster Schritt zum Bereinigen einer Punktwolke wird die Schicht ausgewählt, die sie enthält. Klicke hierzu auf die Schicht mit dem Beinamen „Cloud“ im Dateibaum auf der linken Seite.

Klicke anschließend auf das Tool Segmentieren (Segment) in der Symbolleiste. Mit diesem Tool kannst du Punkte in einem dreidimensionalen Raum mit einem Polygon, also einer zweidimensionalen Figur, auswählen. Wie? Stell dir dieses Tool als eine Schachtel vor, bei der du eine der Seiten verändern kannst, die von vorne bis hinten alle Punkte auswählt, die sich in ihr befinden.


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Pause und Position: Manchmal sind Punkte, die entfernt werden sollen, in der ursprünglichen Ansicht nicht sichtbar. Das Tool Segmentieren besteht aus mehreren Aktionen: Pause (Pause), Auswahl (Selection), Segmentierung nach innen (Segment in), Segmentierung nach außen (Segment Out), Segmentierung löschen (Clear segmentation), Segmentierung bestätigen (Confirm segmentation), Ausgeblendete Punkte löschen (Confirm and delete hidden points) und Abbrechen (Cancel).

Mit der Aktion Pause kann die Orientierung der Wolke beliebig geändert werden, ohne einen Punkt auszuwählen. Sobald sich die Wolke in der gewünschten Position befindet, klicke erneut auf Pause, um mit der Auswahl der Punkte zu beginnen.

Segmentierung nach außen: Mit der Aktion Auswahl können die Punkte mit Hilfe eines Polygons ausgewählt werden, in dem die Eckpunkte markiert werden, bzw. mit Hilfe eines Rechtecks, dessen Seiten man festlegt.

Um die Polygon-Auswahl zu verwenden, klicke einmal mit der linken Maustaste dorthin, wo du den ersten Eckpunkt haben möchtest.Mit dem nächsten Klick markierst du den nächsten Eckpunkt und so weiter. Wenn du das Auswahl-Polygon beendet hast, drücke die rechte Maustaste. Klicke anschließend auf eine der beiden Segmentierungs-Aktionen.

Es gibt zwei Arten von Segmentierung: Nach außen oder Nach innen.

Bei der Segmentierung nach außen bleiben jene Punkte sichtbar, die nicht innerhalb des Auswahl-Polygons liegen, und innerhalb liegende werden in eine andere, verborgene Schicht verlagert.


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Segmentierung nach innen: Bei der Segmentierung nach innen bleiben hingegen jene Punkte sichtbar, die innerhalb des Auswahl-Polygons liegen, und außerhalb liegende werden in eine andere, verborgene Schicht verlagert.

Bereinigung der Punktwolke: Nach dem Klicken auf eine der Aktions-Schaltflächen werden unerwünschte Punkte ausgeblendet.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Segmentierung abzuschließen. Die erste ist, auf Ausgeblendete Punkte löschen zu klicken; bei dieser Aktion werden alle Punkte, die zuvor ausgewählt wurden und jetzt ausgeblendet sind, entfernt.

Die zweite Möglichkeit ist, auf die Schaltfläche Segmentierung bestätigen zu klicken; hierdurch werden die Punkte auf verschiedene Schichten aufgeteilt – die unerwünschten und jene, die erhalten bleiben sollen.

Schicht unerwünschter Punkte entfernen: Falls du die Option Segmentierung bestätigen gewählt hast, wird empfohlen, die Schicht mit den unerwünschten Punkten zu löschen. Klicke hierzu zuerst auf die Schicht mit den unerwünschten Punkten, und danach mit der rechten Maustaste darauf. Klicke im nun aufklappenden Kontextmenü auf Löschen (Delete).


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Ergebnis der Bereinigung der Punktwolke: Nachdem du die Punktwolke bereinigt hast, wirst du sehen, dass die gelben Kanten des Quaders, der die Punktwolke umhüllt, viel besser angepasst sind als zu Beginn.

Um optimale Resultate zu erhalten, ist also eine Bereinigung der Punktwolke unerlässlich.

Verarbeitung der PunktwolkeZur Verarbeitung einer Punktwolke müssen die Normalen des Objekts erzeugt werden:

Menü „Normalenberechnung“: Als erster Schritt muss die Schicht ausgewählt werden, die die Punktwolke enthält, deren Normalen du berechnen möchtest.

Klicke anschließend auf den Menüpunkt Bearbeiten > Normalen > Berechnen (Edit > Normals > Compute).

Fenster „Normalenberechnung“: In diesem Fenster musst du den Orientierungs-Parameter anpassen.

Es wird die Orientierung Barycenter (etwa: Schwerpunkt) empfohlen; alle anderen Werte solltest du auf den Standardwerten belassen.

Nachdem der Parameter geändert wurde, klicke auf Anwenden (Apply). Das Programm benötigt einige Sekunden, um die Normalen zu berechnen. Wenn die Berechnung beendet ist, klicke auf die Schaltfläche Schließen (Close).


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Normalen anzeigen: Standardmäßig werden die Normalen angezeigt. Ist dies nicht der Fall, kannst du sie anzeigen, indem du mit der rechten Maustaste auf die Schicht klickst, deren Normalen berechnet wurden, und dann auf den Menüpunkt Normalen anzeigen (Toggle normals) klickst. Klicke erneut auf denselben Menüpunkt, um sie zu verbergen.

Um eine korrekte Rekonstruktion durchführen zu können, müssen die Normalen nach außen (des Objekts) zeigen, das heißt, das Objekt ist schwarz (die Farbe der Normalen). Falls das Äußere des Objekts nicht schwarz ist, sondern das Innere, bedeutet dies, dass die Normalen in umgekehrter Richtung berechnet wurden.

In den Tests wurde Barycenter als Orientierungs-Parameter gewählt. Die Normalen zu zxvc wurden immer als außerhalb des Objekts befindlich berechnet. Falls sie jedoch umgekehrt berechnet wurden, können sie folgendermaßen invertiert werden: Bearbeiten > Normalen > Invertieren (Edit > Normals > Invert).

Rekonstruktion des Objekts aus der PunktwolkeNach der Berechnung der im vorigen Absatz erläuterten Normalen können wir nun zur Rekonstruktion des Objekts schreiten.

Menü „Rekonstruktionstool“: Das Tool zur Rekonstruktion aus Punktwolken befindet sich unter dem Menüpunkt Plugins > Poisson-Oberflächen-Rekonstruktion (Plugins > Poisson Surface Reconstruction).

Durch Klicken darauf öffnet sich das Fenster des Tools.


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Fenster des Rekonstruktionstools: In diesem Fenster kannst du den Wert der Oktanten (Octree depth) ändern.

Für diesen Parameter sollten Werte zwischen 6 und 12 eingestellt werden (wenn dein Computer nicht sehr leistungsfähig ist, empfehlen wir, maximal 11 zu wählen). Alle anderen Werte solltest du auf den Standardwerten belassen.

Je höher die Werte dieser Variablen sind, desto genauer wird das endgültige Modell, allerdings dauert auch die Berechnung länger.

Nachdem der Wert geändert wurde, klicke auf OK. Die Verarbeitungszeit kann zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten liegen, und hängt von den Leistungsdaten des Computers ab, mit dem die Berechnung durchgeführt wird. Du solltest deshalb keinen schwachen oder älteren Computer für die Verarbeitung der Punktwolken einsetzen.

Farben aus der Punktwolke in die Rekonstruktion importieren: Nachdem die Rekonstruktion beendet wurde, erscheint ein Fenster, in dem du gefragt wirst, ob du die Farbe der Punktwolke importieren möchtest oder nicht.

Falls du einen Textur-Scan durchgeführt hast, bzw. einen Scan ohne Textur, in dem du die Farbe der Punktwolke beibehalten möchtest, klicke Ja (Yes) an. Das Importieren der Farbe kann von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten dauern, und hängt von der Anzahl der Punkte der Wolke sowie von den Leistungsdaten des Computers ab, mit dem die Berechnung durchgeführt wird.

Falls du die Farbe nicht importieren möchtest, klicke auf Nein (No).


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Speichern des Rekonstruktions-ErgebnissesMenü „Speichern“: Zum Speichern des Rekonstruktions-Ergebnisses muss die als Netz markierte Schicht ausgewählt werden. Klicke anschließend auf den Menüpunkt Datei > Speichern (File > Save).

Fenster „Speichern“: Wähle die Option zum Exportieren einer Datei im Format STL, navigiere in diesem Fenster zum Ordner, in dem du die Datei speichern möchtest, und klicke auf Speichern (Save).

Du solltest STL wählen, weil es sich dabei um ein Dateiformat handelt, das auch 3D-Schichtendruckprogramme korrekt öffnen kann. Falls du die Datei für andere Zwecke exportieren möchtest, kannst du natürlich das für dich am besten passende Format wählen.

Punktwolken mit CloudCompare zusammensetzenManchmal kommt es aufgrund der Geometrie des gescannten Objekts bzw. der Anzahl der beim Scannen verwendeten Laser vor, dass die Punktwolken unvollständig sind. Die Lösung für dieses Problem sieht so aus, dass man das Objekt an eine andere Stelle der Plattform platziert bzw. einen anderen Laser benutzt, es nochmals scannt und dann die einzelnen Punktwolken zusammensetzt. Zur Erklärung dieser Methode verwenden wir nur zwei Punktwolken, es können jedoch für dieses Verfahren beliebig viele Punktwolken herangezogen werden. Die Vorgehensweise ist immer dieselbe.

Öffne die zu den Punktwolken beider Scans gehörigen „.ply“-Dateien.


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Tool „Ausrichten“: Wähle die Schichten aus, die du ausrichten möchtest, und klicke auf Ausrichten (Align) in der Symbolleiste

Nach dem Klicken erscheint ein Fenster mit der Schicht, die als Referenzschicht betrachtet wird (gelb), sowie jene, die ausgerichtet werden soll (rot).

Falls du die Rollen der Schichten umkehren möchtest, klicke auf Tauschen (Swap). Jene Schicht, die zuvor die Referenzschicht wird, wird jetzt ausgerichtet und umgekehrt.

Wenn du auf OK klickst, wird die Ausrichtung der Schichten fortgesetzt.

Auswahl von Punkten in der auszurichtenden Schicht: In diesem Fenster kannst du die Orientierung der Punktwolken ändern, um die Ausrichtung der Punkte einfacher zu machen.

Wähle anschließend mindestens vier Punkte aus einer der Punktwolken aus, die du ausrichten möchtest. Da sie überlagert sind, empfiehlt es sich, die Markierung der Option Referenzwolke anzeigen (Show Reference Cloud) aufzuheben, um sie auszublenden, und somit die Punkte besser auswählen zu können.

Um einen Punkt der Wolke auszuwählen, klicke einfach auf ihn. Falls du irgendeinen Punkt wieder abwählen möchtest, klicke auf die Schaltfläche mit dem X rechts neben den Koordinaten des Punkts.

Die Punkte werden mit einem Buchstaben und einer Zahl bezeichnet. Der Buchstabe „A“ bedeutet, dass es sich um einen Punkt der auszurichtenden Schicht handelt, und die Zahl steht für die Reihenfolge, in der die Punkte ausgewählt wurden.


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Auswahl von Punkten in der Referenzschicht: Nachdem du die Punkte der Schicht gewählt hast, die du an der Referenzschicht ausrichten möchtest, wähle die entsprechenden Punkte in der Referenzschicht.

Um die Punkte in der Referenzschicht zu wählen, ist es zweckmäßig, die andere Schicht auszublenden; eventuell musst du sie jedoch hier und da wieder einblenden, um dich genau zu erinnern, wo du die Punkte in der anderen Schicht platziert hast.

Die Reihenfolge, in der du die Punkte auswählst, ist sehr wichtig – wähle die Punkte in der gleichen Reihenfolge wie zuvor. Um möglichst gute Resultate zu erhalten, solltest du unbedingt darauf achten, in beiden Schichten sehr ähnliche Punkte auszuwählen.

Wie in der ersten Schicht werden die Punkte mit einem Buchstaben und einer Zahl bezeichnet. Der Buchstabe „R“ bedeutet, dass es sich um einen Punkt der Referenzschicht handelt, und die Zahl steht für die Reihenfolge, in der die Punkte ausgewählt wurden.

Sobald du die entsprechenden Punkte in beiden Schichten ausgewählt hast, klicke auf das grüne Häkchen (=Bestätigen).

Informationen der Ausrichtung: Es wird ein Fenster angezeigt, mit Informationen über den Ausrichtungsvorgang der beiden Wolken. Um fortzufahren, klicke auf OK.

Anzeige des Ausrichtungs-Ergebnisses: Man sieht auf den ersten Blick, dass die resultierende Punktwolke wesentlich dichter, und daher das Ergebnis der Rekonstruktion genauer ist.


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Punktwolken zusammensetzen: Obwohl die Wolken aneinander ausgerichtet sind, wurden sie noch nicht zusammengefügt. Um sie zusammenzufügen, musst du sie auswählen und dann auf Bearbeiten > Zusammenfügen (Edit > Merge) klicken.

Auf diese Weise können die Normalen berechnet und das Objekt rekonstruiert werden, wie bereits weiter oben erklärt.

Rekonstruktions-Ergebnisse ausdruckenBei der Verarbeitung von Punktwolken mit CloudCompare gibt es allerdings ein Manko: Die Objekte werden im Allgemeinen nicht geschlossen. Bei unserem Beispiel mit dem Totem sind nach der Rekonstruktion des Ober- und Unterteils beide Teile offen, und das Objekt ist innen hohl.

Dieses Manko kann beim Drucken des 3D-Modells zu Problemen führen, denn das Programm könnte das Objekt als einen Hohlzylinder auffassen und nur die Hülle drucken.

Nachstehend wird am Beispiel der Schichtenbildungs- und Drucksoftware Cura erklärt, wie man dieses Problem lösen kann.

Cura ausführen: Hier siehst du das Hauptfenster des Programms Cura. In der obersten Zeile siehst du ein Menü, ein Feld mit vier Registerkarten auf der linken Seite, und schließlich darunter die 3D-Anzeige, die den größten Bereich des Bildschirms einnimmt.

3D-Modell öffnen: Um ein 3D-Modell zu öffnen, klicke auf den Menüpunkt Datei > Modelldatei öffnen... (File > Load model file...).


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Fenster „3D-Modell öffnen“: Navigiere in diesem Fenster zum 3D-Modell, dass du drucken möchtest.

Nachdem du es ausgewählt hast, klicke auf Öffnen (Open).

Anzeige des Modells: Wenn das 3D-Modell geöffnet ist, erscheint es im 3D-Betrachter des Programms. Du kannst die Orientierung ändern, indem du die rechte Maustaste gedrückt hältst.Mit dem Mausrad kannst du zoomen.

In dieser Ansicht siehst du, dass unser 3D-Modell hohl ist.

Anzeige der Druckschichten: Manchmal erkennt Cura hohle Objekte und füllt sie automatisch aus. Falls jedoch bei der Rekonstruktion des Objekts im Inneren des Modells Punkte verblieben sind, wird dieses nicht automatisch ausgefüllt.

Die beste Möglichkeit, zu sehen, ob das Modell ordnungsgemäß gedruckt werden wird, ist, die Ansicht in den Modus Schichten (Layers) umzuschalten. Hier siehst du die Schichten so, wie sie der Drucker ausdrucken wird.


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Falsche Schichtenbildung: Um zu überprüfen, ob Cura das Modell automatisch ausgefüllt hat oder nicht, wechsel in die Ansicht Schichten.

Der Balken auf der rechten Seite zeigt die Ansicht der Anzahl der Schichten. Durch Verschieben dieses Balkens kannst du mehr oder weniger Schichten anzeigen.

Um die Ausfüllung des Objekts zu überprüfen, „setzt“ man sich am besten in eine der mittleren Schichten des Modells. Die Verarbeitung der Schichten kann eine Weile dauern. Wenn das Modell nach der Verarbeitung hohl ist, dann ist das ein Zeichen dafür, dass es nicht automatisch ausgefüllt wurde. Wenn jedoch im Inneren des Modells ein Netz zu sehen ist, bedeutet dies, dass es automatisch ausgefüllt wurde und ausgedruckt werden kann.

Im Bild links sieht man die Schichten eines Modells, das vom Programm nicht automatisch ausgefüllt wurde.

Experten-Einstellungen: Um das Problem des nicht ausgefüllten Modells zu lösen, öffne das Fenster Experten-Einstellungen.

Zu diesem Fenster gelangst du über den Menüpunkt Experten > Experten-Einstellungen öffnen (Expert > Open Expert Settings).

Im letzten Abschnitt, Schlimmstes reparieren (Fix horrible), ist standardmäßig das Kästchen Alles kombinieren (Typ A) (Combine everything (Type-A)), markiert; um das Modell vollständig auszufüllen, musst du außerdem das Kästchen Alles kombinieren (Typ B) (Combine everything (Type-B)) markieren.

Nachdem du sie markiert hast, klicke auf OK.


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Korrekte Schichtenbildung: Um zu überprüfen, ob die Änderungen in den Experten-Einstellungen das Problem des Ausfüllens des Modells gelöst haben, zeige eine der mittleren Schichten an, wie oben erläutert.

Im Bild links sieht man ein perfekt ausgefülltes und druckbereites Modell.

Menü „Speichern“: Um schließlich die Druckdatei (GCode) zu speichern, klicke auf Datei > GCode speichern... (File > Save GCode...).

Nachdem die Druckdatei (GCode) erzeugt wurde, müssen wieder die Experten-Einstellungen geöffnet und die Änderungen rückgängig gemacht werden. Andernfalls können bei späteren Schichtenbildungen Fehler und Füllungen auftreten, die nicht erscheinen sollten.


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Fenster „Speichern“: Nachdem du auf den Menüpunkt geklickt hast, erscheint das Fenster „Speichern“. Navigiere in diesem Fenster zum Ordner, in dem du die Datei speichern möchtest.

Nachdem du den Ordner gewählt und der Datei einen Namen gegeben hast, klicke auf Speichern (Save).


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