Laserscanning und Digitalisierung – Vorteile von Reality-Capturing-Technologien

Laserscanning und Digitalisierung mithilfe des Leica BLK2GO – welche Vorteile bringen Reality-Capturing-Technologien?

INTERVIEW

Rolf Mauer: Herr Böckem, Anfang des Jahres hat Hexagon die Verfügbarkeit des Leica BLK2GO angekündigt. Worum handelt es sich bei diesem Gerät genau?

Burkhard Böckem: Der Leica BLK2GO ist der erste mobile Imaging Laserscanner seiner Art. Wir haben das kabellose Handheld-Gerät entwickelt, um komplexe Räume mit beispielloser Effizienz und Geschwindigkeit scannen und digitalisieren zu können.

Rolf Mauer: Wie reiht sich der Neuzugang in das übrige Leica-Portfolio?

Burkhard Böckem: Leica Geosystems besitzt ein sehr breites Portfolio an Vermessungs- und Ortungssystemen aller Art. In der Kategorie Laserscanner unterscheiden wir zwischen ScanStations und tragbaren Laserscannern. Darüber hinaus entwickeln wir mit der BLK-Reihe Geräte, die besonders handlich, nutzerfreundlich und zudem formschön sind. Unser BLK360 führte hier die Reihe an, der neue BLK2GO geht in Bezug auf Mobilität und Kompaktheit nun noch einen Schritt weiter. Der bildgebende Handheld-Laserscanner benötigt weder Stativ noch Kabel, und erfasst 3D-Umgebungen, während der Benutzer in Bewegung ist. Das kompakte Design des BLK2GO ermöglicht selbst den Zugang zu Räumen und Objekten, die bisher nur schwer oder gar nicht erreicht und gescannt werden konnten.

Rolf Mauer: Wie funktioniert der BLK2GO genau?

Burkhard Böckem: Der kabellose BLK2GO digitalisiert Räume in 3D mithilfe von Bildern und maßgenauen Punktwolken in Echtzeit. Während sich der Benutzer im Raum bewegt, wird kontinuierlich eine digitale Darstellung der Realität in Form von 3D-Punktwolken erzeugt. So lässt sich mit dem BLK2GO leicht über Objekte hinweg oder darunter scannen, auch in engen und kaum zugänglichen Bereichen. Die Daten werden erfasst, während Anwender durch Räume, Türen und Treppenhäusern gehen. Das Ganze funktioniert nahezu intuitiv – denn dank schneller SLAM-Navigation weiß der BLK2GO genau, wo und aus welcher Position gescannt wurde. Vom Moment der ersten Aufnahme bis zum Ausschalten werden alle Bilder und 3D-Daten nahtlos erfasst und kombiniert. Der BLK2GO wirkt wie eine Taschenlampe zur Visualisierung der dreidimensionalen Realität.

Rolf Mauer: Welche Schlüsseltechnologien werden für die Realitätserfassung eingesetzt?

Burkhard Böckem: Der BLK2GO basiert auf den Kerntechnologien SLAM, LiDAR und Edge Computing. SLAM meint „Simultaneous Localization and Mapping“ bzw. Simultanlokalisierung und -kartierung. Unter GRANDSLAM versteht man eine Kombination aus zweiachsigem Hochgeschwindigkeits-LiDAR, einem Multikamera-Sichtsystem und einer inertialen Messeinheit. Damit ist der BLK2GO selbstnavigierend: Das Gerät erkennt genau, wo es sich in einem bestimmten Raum befindet bzw. befunden hat. In der verkapselten Kuppel des BLK2GO befindet sich ein hochgenaues, zweiachsiges LiDAR-System, das bis zu 420.000 Punkte pro Sekunde scannt. Mittels Edge Computing werden diese Daten mobil erfasst und in Echtzeit an das Netzwerk weitergegeben.

Rolf Mauer: Wie werden die Bilder genau aufgenommen?

Burkhard Böckem: Das bildgebende System des BLK2GO umfasst eine 12-Megapixel-Detailkamera für kontrastreiche Aufnahmen sowie drei Panoramakameras für die visuelle Navigation mittels SLAM, Punktwolkenkolorierung und das Erfassen von Panoramabildern.

Rolf Mauer: Wie groß und schwer ist der tragbare Laserscanner?

Burkhard Böckem: Inklusive Batterie wiegt der BLK2GO genau 775 g. Er ist 279 mm hoch und hat einen Durchmesser von 80 mm. Das handliche Format und geringe Gewicht des Handheld Laserscanners ermöglichen, wie schon erwähnt, eine bisher unerreichte Mobilität – sowie den Zugang zu Räumen und Objekten, die ehemals nur schwer oder unmöglich zu scannen waren.

Rolf Mauer: Wie lässt sich das Gerät bedienen?

Burkhard Böckem: Der kompakte Scanner ist über einen einzigen Knopf sowohl für professionelle als auch Gelegenheits-Anwender einfach zu bedienen. Ein mehrfarbiger und mehrteiliger Lichtleiter erleichtert die Benutzerführung während des Scannens und kommuniziert den Gerätestatus und die Datenqualität. Live 2D- und 3D-Visualisierung, Einsicht in den Gerätestatus und Datenmanagement sind während des Scannens mobil über die BLK2GO Live iPhone App zugänglich.

Rolf Mauer: Wie genau sind die Messungen und welche Reichweite hat der BLK2GO?

Burkhard Böckem: Der BLK2GO hat eine relative Genauigkeit von 6-15 mm und eine Reichweite zwischen 0,5 und 25 m.

Rolf Mauer: Wie geht das Gerät mit reflektierenden Flächen um?

Burkhard Böckem: Um diese Frage zu beantworten, muss man etwas weiter ausholen. Zunächst ist das Laserscanning überhaupt nur möglich, wenn Flächen reflektieren: Ein bildgebender 3D-Scanner sendet Laserpulse aus, die – für das menschliche Auge unsichtbar – auf Objekte treffen und reflektiert werden. Aus der Intensität des reflektierten Signals leitet er die Beschaffenheit von Oberflächen ab, aus der Laufzeit die Distanz. Der Dynamic Range/Dynamikumfang eines Laserscanners gibt das Spektrum an, innerhalb dessen sich das Signal eindeutig identifizieren und auswerten lässt. In seiner Klasse ist das Dynamikverhalten des BLK2GOs sicherlich herausragend und erst im direkten Vergleich zu größeren, stativgebundenen Laserscannern mit anderem Anwendungsschwerpunkt etwas geringer. Extrem reflektierende Materialien wie Glas oder Spiegel oder auch tiefschwarze Oberflächen liegen am Rand dieses messbaren Spektrums. Auf der anderen Seite bietet der BLK2GO als handgeführtes Gerät den großen Vorteil, dass Objekte wortwörtlich im Vorbeigehen und damit aus einer Vielzahl von Positionen erfasst werden können. Anspruchsvolle Oberflächen werden so unter verschiedenen Auftreffwinkeln und aus unterschiedlichen Entfernungen erfasst – was wiederum die Wahrscheinlichkeit für eine gut messbare Einstellung deutlich erhöht.

Rolf Mauer: Wie lange hält der Akku und wie schnell ist er wieder aufgeladen?

Burkhard Böckem: Der Akku versorgt den BLK2GO im durchgehenden Einsatz 45 bis 50 Minuten lang mit Strom. Wir liefern das Gerät standardmäßig mit drei Akkus aus, die auch gleichzeitig aufgeladen werden können. Ein Ladevorgang dauert etwa zwei Stunden. Mit den im Lieferumfang enthaltenen Akkus lässt sich in der Praxis ein ganzer Tagesablauf mit intensivem Scanning abdecken. Zur Erinnerung: die benötigte Zeit, um mit dem handgeführten Sensor beispielsweise die Wohn- oder Arbeitsräume eines großen Gebäudekomplexes zu digitalisieren, ist im Vergleich zu konventionellen Laserscannern um ein Vielfaches geringer. Diese wichtige Eigenschaft erweitert die Anwendungsmöglichkeiten unserer Laserscanning-Technologie in Bereiche hinein, in denen zeitintensivere Alternativen eher in Konflikt mit anderen Gewerken oder auch mit der bestehenden Gebäudenutzung geraten können. Sofern trotzdem erforderlich, können aber auch weitere Akkus einzeln erworben werden.

Rolf Mauer: Wie erfolgt die Datenübertragung auf weiterverarbeitende Medien?

Burkhard Böckem: Über den integrierten USB-C-Anschluss, WLAN und Edge Computing wird der schnelle Datentransfer auf alle möglichen Endgeräte wie PCs, Laptops, Tablets oder Smartphones garantiert.

Rolf Mauer: Welche Daten entstehen und mit welchen Softwarelösungen können diese weiterverarbeitet werden?

Burkhard Böckem: Vom Beginn einer Scan-Kampagne bis zum Ausschalten des Geräts werden alle Bilder und 3D-Daten zusammengeführt. Der BLK2GO baut so 3D-Punktwolken auf, während er in Bewegung ist. Die Punktwolken lassen sich mithilfe der Desktop-Software Leica Cyclone REGISTER 360 oder Cyclone REGISTER 360 (BLK-Edition) weiterverarbeiten. Anwender erhalten hierauf basierend hochpräzise Messdaten für jeden Winkel, jede Fläche und jeden Abstand der abgebildeten Objekte.

Rolf Mauer: Was kostet das Gerät und an welche Anwendergruppen richtet es sich genau?

Burkhard Böckem: Die im BLK2GO verbauten Reality-Capturing-Technologien sind hochkomplex, weshalb der Einstiegspreis im Bereich von 40.000 Euro liegt, je nach gewähltem Paket. Damit liegt der BLK2GO hinsichtlich seiner Anschaffungskosten ziemlich genau im Mittelfeld unseres Portfolios an Laserscannern. Bedenkt man die Vielzahl an Anwendungs- und Einsparungsmöglichkeiten durch diese Geräte, haben sich diese Investitionen bald amortisiert. Aber selbstverständlich macht ein solcher Laserscanner nur für professionelle Anwender Sinn.

Rolf Mauer: Für welche Branchen lohnt sich die Arbeit mit dem BLK2GO?

Burkhard Böckem: Hier gibt es tatsächlich eine Vielzahl an Anwendungsbereichen. Angefangen bei Architektur und Bauwesen, über zivile Infrastruktur, öffentliche Sicherheit und Forensik, bis hin zu Film und Medien, Computerspiele und Kunst. Die Möglichkeiten der Digitalisierung und das Reality Capturing erschließen heute branchenübergreifend neue kommerzielle und kreative Möglichkeiten und werden die Zukunft diverser Industriezweige erheblich verändern.

Rolf Mauer: Können Sie uns ein paar konkrete Anwendungsbeispiele nennen?

Burkhard Böckem: Klassische Anwendungsszenarien sind die genaue Erfassung und Vermessung von Räumen, Gebäuden oder Objekten. Hier ermöglicht ein Laserscanner wie der BLK2GO Architekten und Bauingenieuren eine erheblich schnellere und präzisere Vermessung als traditionelle manuelle Verfahren. Je genauer die Datengrundlage, desto erfolgreicher die weitere Planung, Verwaltung oder Renovierung. Aber auch die Dokumentation von Baufortschritten ist heute ein wesentlicher Bestandteil größerer Bauprojekte. Dem Bereich Facility Management geben die während des Baus erfassten Daten unter anderem genaue Auskunft über die Lage mittlerweile verdeckter Bauteile, wie zum Beispiel Leitungen und Rohre.

In den letzten Jahren gewann zudem die Digitalisierung von Denkmälern und Sehenswürdigkeiten eine immer größere Bedeutung. Entweder, um diese Bauwerke vielen Menschen virtuell zugänglich zu machen, oder auch für die Restaurierung, im schlimmsten Fall zum Wiederaufbau. Denken Sie nur an den Brand von Notre-Dame.

Rolf Mauer: Sie haben auch Medien, Film und Kunst genannt – können Sie hier Anwendungsbeispiele nennen?

Burkhard Böckem: Gerne! Nehmen wir das Thema Virtual Reality als Beispiel. Längst hat sich das Thema VR in Unterhaltung, Bildung, Kunst und Industrie etabliert – von Filmen, Computerspielen bis hin zu Trainingsprogrammen für Ingenieure, Feuerwehrleute oder Rettungssanitäter. Die hier nacherlebbaren virtuellen Realitäten basieren oft auf Reality-Capturing-Technologien wie unserem BLK2GO. Egal ob es um die realitätsgetreue, digitale Abbildungen von Flugzeugen, Maschinen und Unfallorten oder um virtuelle Rundgänge in ägyptischen Königsgräbern oder dem Spanischen Königspalast geht – mithilfe eines mobilen, bildgebenden Laserscanners lassen sich 3D-Realitäten eindringlich erfassen und damit einer breiten Anzahl an Menschen zugänglich machen. So werden ganz neue Formen der Ausbildung, aber auch des Tourismus denkbar.

Im Bereich Theater oder Konzert wird die Gestaltung von Bühnenbildern erheblich vereinfacht. So ist zum Beispiel die Agentur, die für das Bühnenbild von Elton Johns dreijähriger „Farewell Yellow Brick Road Tour“ zuständig ist, einer unserer Kunden. Das Original-Bühnenbild besteht aus einem 25 Meter breiten und 10 Meter hohen Bogen aus 25 verschiedenen, reliefartigen Kunstwerken. Die Laserscanning-Technologie hilft den Designern dabei, das Original realitätsgetreu für kleinere und größere Bühnen nachzubilden, um Fans auf der ganzen Welt dasselbe visuelle Erlebnis zu ermöglichen. Reality Capturing und 3D-Modellierung kann aber auch bei der Konzeption von Filmkulissen und Theaterbühnen oder bei der Inneneinrichtung komplexer Räume helfen. In der Filmproduktion basieren die Spezialeffekte ebenfalls auf einer genauen digitalen Realitätserfassung, so auch neue Produktionsmethoden wie die „Virtual Production“. Der Anwendung sind tatsächlich wenige Grenzen gesetzt…

Rolf Mauer: Vielen Dank für das Gespräch, Herr Böckem!

BLK2GO.com