DE102013100177A1

DE102013100177A1 - Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers und zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers und Handgerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102013100177A1
Application number: DE201310100177
Authority: DE
Inventors: Heinz Mayer; Gerald Schweighofer; Katrin Santner
Original assignee: Joanneum Research Forschungs GmbH
Current assignee: Joanneum Research Forschungs GmbH
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-07-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells und/oder zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers, wobei das Verfahren aufweist: Aufnehmen von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen des dreidimensionalen Körpers mittels eines Handgeräts, Übertragen von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten mittels eines Netzwerks von dem Handgerät zu einer, insbesondere räumlich getrennten, Datenverarbeitungsanlage, Erstellen eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers mittels der Datenverarbeitungsanlage auf der Grundlage der mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen repräsentierenden Daten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers, ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers, ein Handgerät, eine Datenverarbeitungsanlage, ein Kommunikationssystem, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Programmelement.
Üblicherweise werden zur Erstellung dreidimensionaler Modelle von dreidimensionalen Körpern die räumlichen Positionen einzelner, mehr oder weniger voneinander entfernter Oberflächenpunkte des dreidimensionalen Körpers von sogenannten Aufmaßsystemen, welche meist mit Laser-Technologie arbeiten, vermessen. Die übrige Raum- oder Objektstruktur wird zwischen diesen einzelnen Messpunkten interpoliert und stellt kein detailgetreues Abbild der Umgebung dar. Zudem wird für die Vermessung einzelner Oberflächenpunkte des dreidimensionalen Körpers verhältnismäßig viel Zeit benötigt.
Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, die Erstellung eines detailgetreueren dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers mit verringertem Aufwand zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den auf die unabhängigen Patentansprüche rückbezogenen abhängigen Patentansprüchen genannt.
In Bezug auf ein Verfahren besteht die Lösung der voranstehend genannten Aufgabe in einem Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen, wasserdichten, maßstabgetreuen Modells eines dreidimensionalen Körpers, wobei das Verfahren aufweist: Aufnehmen von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen eines dreidimensionalen Körpers mittels eines Handgeräts, Übertragen von mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen repräsentierenden Daten, insbesondere mittels eines Netzwerks oder Datenträgers, von dem Handgerät zu einer, insbesondere räumlich getrennten, Datenverarbeitungsanlage, Erstellen eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers mittels der Datenverarbeitungsanlage auf der Grundlage der mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen repräsentierenden Daten.
2,5-dimensional bedeutet, dass in zweidimensionalen Daten, wie es ein Bild zum Beispiel ist, in jedem Bildpunkt nicht, wie bei herkömmlichen Bildern, der Grau- oder Farbwert gespeichert wird, sondern eine zusätzliche Tiefeninformation zu dem dreidimensionalen Körper, welcher von dem Bildpunkt erfasst wird.
Bei dem dreidimensionalen Körper kann es sich beispielsweise um den Innenraum eine Gebäudes aber auch um einen Körper handeln, dessen äußere Gestalt erfasst werden soll, beispielsweise eine Kaffeetasse oder ein Fortbewegungsmittel. Das Verfahren kann weiterhin auch im Außenbereich zur Anwendung gelangen.
Die Aufteilung des Aufnehmens von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen des dreidimensionalen Körpers und des Erstellens eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers auf ein Handgerät und eine Datenverarbeitungsanlage kann es ermöglichen auf der einen Seite sehr preisgünstige Handgeräte und auf der anderen Seite sehr leistungsfähige Datenverarbeitungsanlagen einzusetzen.
Es ist auch denkbar, dass das Handgerät selbst die Datenverarbeitungsanlage mit umfasst, wobei bei Durchführung des Verfahrens zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen des dreidimensionalen Körpers in einen Speicher des Handgeräts übertragen werden.
Weiter kann es das Verfahren erlauben, ein hochpräzises und vollständiges Abbild des dreidimensionalen Körpers zu erhalten, ohne dass wie bei herkömmlichen Verfahren jeder einzelne Punkt der Oberfläche, d.h. eine annähernd unendliche Anzahl von Punkten, abgetastet werden müsste, um unter anderem ggf. vorhandenen Verdeckungen vorzubeugen.
Die die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten können insbesondere vor der Übertragung von dem Handgerät zu der räumlich getrennten Datenverarbeitungsanlage komprimiert werden. Dies kann es ermöglichen die Übertragungszeit auch bei einem Netzwerk mit geringerer Bandbreite niedrig zu halten.
Gemäß einer ersten Weiterbildung des Verfahrens zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells werden die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen aus unterschiedlichen Aufnahmewinkeln des Handgeräts relativ zu dem dreidimensionalen Körper aufgenommen. Mit dieser Weiterbildung kann es ermöglicht werden, auch bei einem ersten Aufnahmewinkel verdeckte Bereiche des dreidimensionalen Körpers zu erfassen.
Unterschiedliche Aufnahmewinkel können beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass ein Benutzer das Handgerät dreht und beliebig durch den Raum bewegt. Ebenso ist es denkbar, dass ein Benutzer mit dem Handgerät dieses durch oder über den dreidimensionalen Körper führt, im Falle eines Innenraumes beispielsweise eine Treppe abläuft oder in Bezug auf das Beispiel der Kaffeetasse diese aus allen Blickwinkeln aufnimmt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers wird mittels der Datenverarbeitungsanlage eine Plausibilitätsprüfung der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten und/oder des daraus entstehenden dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers durchgeführt und das Ergebnis der Plausibilitätsprüfung mittels des Netzwerkes an das Handgerät übermittelt.
Unter einer Plausibilitätsprüfung kann vorliegend verstanden werden, dass mittels der Datenverarbeitungsanlage zunächst mittels eines Teils der 2,5-dimensionalen Abbildungen geprüft wird, ob das Erstellen eines dreidimensionalen Modells möglich ist und zu einem konsistenten Ergebnis führt, oder ob das Aufnehmen von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen des dreidimensionalen Körpers mittels des Handgeräts wiederholt werden muss.
Das Erstellen eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers mittels der Datenverarbeitungsanlage auf Grundlage der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen kann beispielsweise fünfzehn Minuten in grober Auflösung und drei Stunden bei feiner Auflösung benötigen. Indem vorab eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird, kann zum Einen verhindert werden, dass die Berechnung wiederholt werden muss, wenn sich beim oder nach dem Erstellen des dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers Fehler herausstellen. Zudem kann der Zeitaufwand vor Ort reduziert werden, da die das Handgerät bedienende Person nicht abwarten muss, ob die mindestens 2,5-dimensionalen Daten noch einmal aufgenommen werden müssen.
Ferner sieht ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers vor, dass eine Kalibration des jeweiligen Sensors durchgeführt wird. Die Kalibration kann beispielsweise in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden. So kann beispielsweise nach einer bestimmten Anzahl von Aufnahmen (z.B. 5) und/oder nach einer bestimmten Zeit (z.B. 2 Monate) die Ausgabe eines Hinweises vorgesehen sein, dass ein Sensor des Handgeräts neu kalibriert werden sollte. Ebenso kann vom Handgerät geprüft werden, ob eine Kalibration des Sensors notwendig ist und der Benutzer auf diese Weise darauf hingewiesen werden.
Eine Kalibration kann beispielsweise durchgeführt werden, indem mittels des Handgeräts mindestens eine mindestens 2,5-dimensionale Abbildung eines Kalibrationsobjektes mit bekannten Abmessungen und/oder einer bekannten Ausrichtung aufgenommen wird.
Mit der Kalibration eines Sensors können dessen geometrische Parameter ermittelt werden, so dass die Abbildungsfunktion von einem Punkt des dreidimensionalen Körpers zu einem Punkt einer der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen dem idealisierten Modell der Aufnahmeeinrichtung entspricht.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden mehr als zehn mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen pro Sekunde aufgenommen. Dies kann es erlauben, das Handgerät während der Aufnahme der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen zu bewegen und gleichwohl ein hinreichend genaues dreidimensionales Modell des dreidimensionalen Körpers zu erhalten.
Mit der Aufnahme von mehr als zwanzig mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen pro Sekunde kann eine noch genauere Erstellung des dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers ermöglicht werden.
Bei weniger als dreißig mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen pro Sekunde kann der Rechenaufwand zur Erstellung des dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers in Grenzen gehalten werden.
Zudem kann die Übertragung der Daten bei weniger als fünfundzwanzig mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen pro Sekunde mittels des Netzwerkes an die Datenverarbeitungsanlage besser gewährleistet werden.
Ferner sieht eine Weiterbildung des Verfahrens vor, dass das dreidimensionale Modell unter Verwendung von probalistischen Algorithmen und/oder hierarchischen, volumsbasierten Datenstrukturen erstellt wird.
Die Erstellung des dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers, die Erstellung einer wasserdichten Oberfläche und die Ableitung mindestens eines geometrischen Maßes kann beispielsweise einige der folgenden Teilschritte umfassen.
Zunächst wird ein virtueller Raum in, insbesondere gleich große, Quader, die auch Voxel genannt werden, aufgeteilt, d.h. ein volumetrisches dreidimensionales Modell generiert. Für jede mindestens 2,5-dimensionale Abbildung wird jedem Voxel der sich innerhalb des sichtbaren Bereiches des Sensors befindet eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet, ob er von einem Punkt im dreidimensionalen Raum getroffen wird, d.h. zur Oberfläche des dreidimensionalen Körpers gehört, oder nicht, d.h. freiem passierbaren Raum entspricht.
Zunächst wird eine erste mindestens 2,5-dimensionale Abbildung eingelesen und in das volumetrische dreidimensionale Modell eingefügt. Anschließend wird eine weitere mindestestens 2,5-dimensionale Abbildung eingelesen und mittels eines iterativen Verfahrens, insbesondere eines Iterative-Closest-Point-Verfahrens, auf das bereits bestehende dreidimensionale Modell registriert, d.h. in diesem angeordnet. Weiter wird dann diese weitere mindestens 2,5-dimensionale Abbildung in das volumetrische dreidimensionale Modell eingefügt. Diese Schritte werden wiederholt bis alle Bilder abgearbeitet sind.
Durch eine Erhöhung der Anzahl der Aufnahmen und/oder eine Erhöhung der Auflösung der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen und/oder einer feineren Rasterung des virtuellen Raums (Erhöhung der Anzahl der Voxel) kann die Genauigkeit der Registrierung und somit die Detailtreue des dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers verbessert werden.
Weiter kann ausgehend von diesen volumetrischen Daten mittels eines Marching-Cube-Algorithmus ein wasserdichtes Oberflächenmodell erzeugt werden. Dieses Oberflächenmodell lässt sich dann als Punktwolke oder als Polygonnetz darstellen. Unter einem Polygonnetz können dabei Punkte verstanden werden, die durch Dreiecke zu einer Oberfläche verbunden sind.
Das Ermitteln einer wasserdichten Oberfläche kann insbesondere auch das Schließen von Lücken und/oder Löchern im dreidimensionalen Modell umfassen.
Aus dem Oberflächenmodell können vermessungstechnisch relevante Informationen abgeleitet werden. Dies kann dadurch geschehen, dass eine Segmentierung des Oberflächenmodells in semantisch zusammenhängende Baugruppen (z.B. Wände, Türen, Fenster, Boden, Decke, Stufe, Kante, etc.) durchgeführt wird. Diese Baugruppen können durch geometrische Primitiva (z.B. Ebenen, Polygonzüge, Quader, Kugeln, Zylinder, etc.) approximiert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das dreidimensionale Modell in geometrische Primitiva zerlegt. Als geometrische Primitiva sind vorliegend insbesondere Linien, Ebenen, Polygone, Kugeln, Ellipsoide, Splines, Torus, Kegel und/oder Zylinder anzusehen. Diese Primitiva können beispielsweise in eine dreidimensionale Punktwolke mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens, welches ein geometrisches und/oder ein bildbasiertes Fehlermaß optimiert, eingepasst werden und auf Plausibilität geprüft werden.
Ausgehend von einem dreidimensionalen Modell, insbesondere einer ungeordneten dreidimensionalen Punktwolke, ermöglicht die Zerlegung in geometrische Primitiva dem Benutzer typischerweise eine bessere Weiterverarbeitung der in dem dreidimensionalen Modell enthalten Daten. Beispielsweise können Qualitätsprüfungen einfacher durchgeführt und CAD-Modelle mit geringerem Aufwand erstellt werden.
Die Zerlegung in geometrische Primitiva kann es insbesondere erlauben, verschiedenste geometrische Eigenschaften (Volumen, Oberfläche, etc.) des dreidimensionalen Körpers zu berechnen. Insbesondere kann, wenn sich der dreidimensionale Körper aus mehreren Objekten zusammensetzt (z.B. ein Raum mit Schränken, eine Terrasse mit mehreren Bänken oder ein Tisch mit mehreren Kaffeetassen), die Lage dieser Objekte zueinander oder im Raum besser ermittelt werden, als es bei einer dreidimensionalen Punktwolke möglich wäre.
Weiter kann die Zerlegung in geometrische Primitiva eine vereinfachte grafische Darstellung erlauben, die von einem Benutzer einfacher interpretierbar sein kann als eine unstrukturierte Anzahl von Punkten im dreidimensionalen Raum und die Interaktion mit diesen Primitiva erleichtern kann.
Ferner kann die Zerlegung in geometrische Primitiva Grundlage für ein realistisches Rendering sein. Beispielsweise kann die Erscheinung (z.B. Farbe, Textur) eines oder mehrerer in einem Raum befindlichen Objekte im dreidimensionalen Modell geändert werden.
Im Gegensatz zu einem aus einer Punktwolke gebildeten dreidimensionalen Modell, können bei einem in geometrische Primitiva zerlegten Modell Transformationen, insbesondere Rotationen und/oder Translationen, unter Umständen einfacher und schneller berechnet werden. So müssen Transformationsberechnungen ggf. nicht für jeden einzelnen Punkt der Punktwolke durchgeführt werden, sondern es kann beispielsweise zunächst nur die Erzeugende des Primitivums, z.B. die Mittelachse eines Kreiszylinders, transformiert und anschließend ausgehenden von der transformierten Erzeugenden die restlichen Punkte des transformierten Modells, beispielsweise die Oberflächenpunkte des Kreiszylinders, abgeleitet werden.
Die geometrischen Primitiva können nach einer Weiterbildung des Verfahrens auch zu semantisch korrekten Baugruppen zusammengefasst werden, beispielsweise können im Fall der Erfassung eines Büros einzelne Quader mit einem Regal und andere mit einem Schreibtisch semantisch verknüpft werden.
Als weiteres Beispiel kann ein Innenraum in Ebenen, z.B. Wände, und Linien, z.B. als Schnitt zweier Ebenen, zerlegt und deren Flächenmaße, Schnittwinkel etc. berechnet werden.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird das Verfahren zu einem Verfahren zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers weitergebildet, wobei ein dreidimensionales Modell des dreidimensionalen Körpers erstellt wird und wobei das geometrische Maß aus dem dreidimensionalen Modell des dreidimensionalen Körpers, insbesondere aus einem oder mehrerer geometrischer Primitiva des dreidimensionalen Modells abgeleitet wird.
Bei dem geometrischen Maß kann es sich insbesondere um eine Fläche, eine Länge, einen Winkel, eine Oberfläche, eine Krümmung, ein Volumen, einen Abstand zwischen zwei geometrischen Primitiva und/oder einen Winkel zwischen zwei geometrischen Primitiva handeln.
Das geometrische Maß kann beispielsweise dadurch abgeleitetet werden, dass mindestens ein geometrisches Primitivum in eine unstrukturierte dreidimensionale Punktewolke eingepasst wird. Dadurch können ggf. weitere Maße (Volumen, Oberfläche, Neigungswinkel, ...) ermittelt werden. Ebenso kann es diese Vorgehensweise auch erlauben, das entsprechende Maß in dem dreidimensionalen Modell des dreidimensionalen Körpers darzustellen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers zu einem Verfahren zur Anpassung eines Einrichtungselementes an einen einzurichtenden Raum weitergebildet werden, wobei als dreidimensionaler Körper der einzurichtende Raum gewählt wird, wobei ein dreidimensionales Modell des Einrichtungelementes in das dreidimensionale Modell des einzurichtenden Raumes mittels der Datenverarbeitungsanlage und/oder mittels des Handgeräts eingepasst wird.
Einrichtungselemente können zum einen Bodenbelagselemente sein. Es gibt sowohl textile Bodenbeläge, die landläufig auch als Teppiche bezeichnet werden, als auch nicht textile Bodenbeläge. Beispiele für nicht textile Bodenbeläge sind unter anderem Parkett, Laminat, Naturstein und Fliesen.
Parkett ist ein Bodenbelag aus Holz insbesondere für Räume in geschlossenen Gebäuden. Das Holz – in der Regel Hartholz von Laubbäumen – wird dazu in kleine Stücke gesägt und nach bestimmten Mustern zusammengesetzt. Parkett kann insbesondere aus den oben genannten Hölzern bestehen.
Holz ermöglicht es, das Raumklima zu verbessern. Holz kann z.B. die relative Luftfeuchtigkeit in geschlossenen Räumen stabilisieren. Holzfußböden, Holzwandvertäfelungen und Holzdeckenvertäfelungen können schafstoffabsorbierend, lärmdämmend und oder wärmedämmend sein.
Mit dem Verfahren zur Anpassung eines Einrichtungselements an einen einzurichtenden Raum kann es ermöglicht werden, einzelne Teppich-, Parkett-, Laminat-, Naturstein und/oder Fliesenelemente so an den Raum anzupassen, dass ein ästhetisches Muster erzeugt werden kann. Das Verfahren kann es somit Erlauben das sich immer weiter verstärkende Bedürfnis zu befriedigen, individueller eingerichtete Räume zur Verfügung zu stellen, ohne dass der Bauaufwand über die Maßen steigt.
Bei dem einzurichtenden Raum kann es sich nach einem weiteren Beispiel auch um eine Treppe handeln. Eine Treppe, die auch als Stiege bezeichnet wird, ist ein aus Stufen gebildeter Auf- oder Abgang, der es ermöglicht, Höhenunterschiede bequem und trittsicher zu überwinden. Auch wenn Treppen typischerweise aus mindestens drei aufeinanderfolgenden Stufen bestehen, werden im Rahmen dieses Dokuments auch weniger als drei Stufen unter diesem Begriff zusammengefasst. Üblicherweise umfassen Treppen darüber hinaus Treppenabsätze.
Häufig besteht der Wunsch, Einrichtungselemente an die Treppen anzupassen. Beispielsweise sollen Treppen mit Bodenbelagselementen versehen werden. Ebenso müssen regelmäßig Geländer als Absturzsicherung und/oder der Handlauf zum Festhalten an die Ist-Maße der Treppe angepasst werden. Auch diese Einrichtungselemente können aus Holz gefertigt werden.
Das Verfahren zur Anpassung eines Einrichtungselements an einen einzurichtenden Raum kann den auf der Baustelle anfallenden Verschnitt verringern und somit zu einem schonenden Umgang mit den natürlichen Ressourcen beitragen.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens zur Anpassung eines Einrichtungselements an einen einzurichtenden Raum wird mittels des Handgeräts zumindest eine Eigenschaft, insbesondere Material, Oberfläche, Dimension, Form und/oder Farbe, des Einrichtungselements ausgewählt, mittels der Datenverarbeitungsanlage und/oder mittels des Handgeräts eine Darstellung des Einrichtungselements in dem dreidimensionalen Modell des einzurichtenden Raumes erzeugt und mittels des Handgeräts die Darstellung einem Betrachter angezeigt.
Grundsätzlich kann eine Darstellung des Einrichtungselements in dem dreidimensionalen Modell des einzurichtenden Raumes auch auf dem Handgerät oder einer anderen Datenverarbeitungsanlage angezeigt werden.
Auf diese Weise kann vor Ort geprüft werden, ob die gewählten Eigenschaften des Einrichtungselements, insbesondere dessen Aufbau, Struktur und Farbe, zu dem einzurichtenden Raum passen und dem ästhetischen Empfinden des Betrachters entsprechen.
Eine Weiterbildung kann z.B. vorsehen, dass die Größe einer Fensteraussparung ermittelt wird und an den mit der Produktion beauftragten Betrieb die Abmessungen des benötigten Fensterrahmens übermittelt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird mittels des Verfahrens zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers ein Außenbereich, beispielsweise ein Gebäude vermessen. Diese Vermessung kann beispielswiese dazu verwendet werden, die benötigte Anzahl von Dämmplatten zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend kann die Vermessung genutzt werden, um den Bedarf an Farbmenge zu bestimmen. Diese Maßnahmen können den Ressourcenverbrauch reduzieren und somit auch Kosten verringern. Zudem kann vergleichbar der Anpassung eines Einrichtungselements an einen einzurichtenden Raum, die Ästhetik vorab geprüft werden.
Ferner kann das Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers zu einem, insbesondere vollautomatischen, Qualitätskontrollverfahren weitergebildet werden. Zum Beispiel können mittels des dreidimensionalen Modells geometrische Eigenschaften, insbesondere die Oberfläche und/oder Krümmung, eines dreidimensionalen Körpers bestimmt und deren Abweichung vom Sollmaß errechnet werden. Auf diese Weise kann unter anderem Ausschussware ermittelt werden. Ebenso können auf diese Weise dreidimensionale Körper hinsichtlich ihrer geometrischen Eigenschaften (z.B. Planarität einer Fläche, Distanz zwischen zwei Bohrlöchern, Radius einer Öffnung, etc.) für bestimmte Anwendungen gezielt selektiert werden.
Darüber hinaus kann das Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers zu einem Verfahren zur, insbesondere automatischen oder semi-automatischen, Erstellung eines CAD-Modells weitergebildet werden. Aus einem CAD-Modell können beispielsweise Konstruktionszeichnungen abgeleitet werden. Ebenso kann ein CAD-Modell auch für Multimedia-Anwendungen nutzbar gemacht werden.
Weiters kann das Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere wenn es eine Zerlegung in geometrische Primitiva und ggf. deren semantische Zuordnung umfasst, Robotern die Interaktion mit dem dreidimensionalen Körper erleichtern. Zum Beispiel können Kaffeetassen erkannt und ergriffen werden, Türen oder Schränke geöffnet werden und/oder Hindernisse besser erkannt werden, etc..
In Bezug auf ein Handgerät ist die oben genannte Aufgabe durch ein Handgerät gelöst worden, wobei das Handgerät aufweist: eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme mindestens 2,5-dimensionaler Abbildungen des dreidimensionalen Körpers, eine Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten, insbesondere mittels eines Netzwerks oder eines Datenträgers, zu einer, insbesondere räumlich getrennten, Datenverarbeitungsanlage, so dass mittels der Datenverarbeitungsanlage ein dreidimensionales Modell des dreidimensionalen Körpers auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten erstellbar ist, ein Display zum Anzeigen einer bildlichen Darstellung des dreidimensionalen Körpers. Das Display kann insbesondere auch zum Anzeigen einer bildlichen Darstellung der ermittelten geometrischen Primitiva sowie deren Lagebeziehungen zueinander und deren geometrischen Eigenschaften (Fläche, Form, Krümmung, ...) geeignet sein.
Das Handgerät kann insbesondere transportabel sein, d.h. ohne größeren Aufwand zu unterschiedlichen Plätzen/Orten bzw. zu/in verschiedene(n) einzurichtende(n) Räume(n), Objekte, Baustellen und/oder Körpern transportiert werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Handgeräts umfasst die Aufnahmevorrichtung einen Laserscanner. Mit beispielsweise einem Laserscanner kann die Oberfläche eines einzurichtenden Raumes zeilen- oder rasterartig überstrichen werden und Punkte mit definierten x-, y- und z-Achsen-Positionen, die auch als Punktwolke bezeichnet werden können, erhalten werden. Einzurichtende Räume können im Groben schnell erfasst werden. Je komplexer die Raumstruktur jedoch ist, umso mehr Verschattungen weisen die einzelnen Scans auf und sind somit unvollständig, was nur durch weitere Messstandpunkte zu beheben ist. Ein Wechsel des Messstandpunkts kann beispielsweise auch durch die Bewegung des Sensors bewirkt werden.
Laserscanner können eine Punktgenauigkeit von bis zu 1 mm erreichen. Zudem ist es möglich Laserscanner besonders robust auszuführen. Weiter können Laserscanner insbesondere in Außenbereichen zuverlässige Daten liefern.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Handgeräts umfasst die Aufnahmevorrichtung eine Time-of-Flight-Kamera. Time-of-Flight-Kameras sind 3D-Kamerasysteme, die mit dem Laufzeitverhalten Distanzen messen. Dazu wird ein Teil des einzurichtenden Raums mittels eines Lichtpulses, beispielsweise eines infraroten Lichtpulses, ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht. Die benötigte Zeit ist direkt proportional zur Distanz. Die Kamera liefert somit für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objektes. Gegenüber Laserscannern können Time-of-Flight-Kameras den Vorteil haben, dass ein Teil des einzurichtenden Raumes auf einmal aufgenommen werden kann und nicht einzeln abgetastet werden muss.
Time-of-Flight-Kameras können in einem Entfernungsbereich von bis zu 40 Metern eingesetzt werden, wobei die Distanzauflösung ca. 1 cm beträgt. Die laterale Auflösung einer Time-of-Flight-Kamera kann etwa 200 mal 200 Pixel betragen. Time-of-Flight-Kameras können typischerweise bis zu 100 Bildern pro Sekunde aufnehmen.
Passive-Stereo-Kameras werden aus zwei Bildsensoren, z.B. CMOS-Sensoren, gebildet, deren räumliche Position zueinander bekannt ist. Durch das Auffinden von korrespondierenden Bildpunkten in beiden Kameras kann durch Triangulation die Position des Bildpunktes im dreidimensionalen Raum ermittelt werden. Mit Passiv-Stereo-Kameras kann insbesondere in Außenbereichen eine hohe Präzision erzielt werden.
Ferner kann die Aufnahmevorrichtung eine Active-Stereo-Kamera umfassen. Eine Acitve-Stereo-Kamera umfasst einen Projektor, mit dem ein, insbesondere infrarotes, Muster, insbesondere ein unregelmäßiges Punktmuster oder ein Streifenmuster, auf einen Teil des einzurichtenden Raumes projiziert wird. Zudem umfasst die Active-Stereo-Kamera einen Sensor, insbesondere einen monochromen, beispielsweise infrarotempfindlichen, CMOS-Sensor, mit dem das auf den dreidimensionalen Körper projizierte Muster aufgenommen wird. Die Position des Projektors und der Kamera zueinander ist bekannt. Durch Triangulation kann demzufolge die Position des vom Projektor projizierten und von der Kamera aufgenommenen Punktes im dreidimensionalen Raum ermittelt werden. Gegenüber einer Passive-Stereo-Kamera kann eine Active-Stereo-Kamera den Vorteil haben, dass eine Suche nach korrespondierenden Bildpunkten erleichtert und präzisiert wird. Active-Stereo-Kameras können sich insbesondere für den Einsatz in Innenräumen als besonders praktikabel erweisen.
Gemäß einer Weiterbildung des Handgeräts, kann das Handgerät einen Tablet-Computer umfassen. Ein Tablet-Computer ist ein tragbarer, flacher Computer, der vollständig im Gehäuse eines Touchscreen untergebracht ist und per Finger oder seltener per Stift bedient werden kann. Durch die hohe Integration können Tablet-Computer klein und leicht gestaltet werden. Zudem stellt der Markt Tablet-Computer in großer Anzahl und zu günstigen Konditionen zur Verfügung. Ebenso ist es möglich, Tablet-Computer – beispielsweise mittels einer Docking-Station – mit einer externen Tastatur und/oder einem Mousepad zu verbinden. Auf diese Weise kann, insbesondere nach der Aufnahme der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen, eine bequemere Weiterverarbeitung der Daten ermöglicht werden. Weiter ist es denkbar, dass die Aufnahmevorrichtung, z.B. eine Kamera, bereits in dem Tablet-Computer integriert ist.
Eine weitere Ausgestaltung des Handgeräts sieht vor, dass es einen Prozessor zum wenigstens teilweise Zerlegen des dreidimensionalen Modells in geometrische Primitiva aufweist und/oder zum Ableiten mindestens eines geometrischen Maßes aufweist.
Ferner kann nach einer Weiterbildung des Handgeräts dieses einen Prozessor zum wenigstens teilweise Einpassen eines Einrichtungselementes in ein dreidimensionales Modell eines einzurichtenden Raumes aufweisen.
Weiter kann eine Ausgestaltung des Handgeräts einen Prozessor vorsehen, der dazu eingerichtet ist, eine Qualitätskontrolle durchführen, d.h. insbesondere das dreidimensionale Modell eines realen hergestellten dreidimensionalen Körpers mit den für die Herstellung vorgegebenen Abmessungen eben dieses dreidimensionalen Körpers vergleichen und evtl. hiervon ausgehend eine Qualitätsbewertung durchführen kann.
In Bezug auf eine Datenverarbeitungsanlage ist die oben genannte Aufgabe durch eine Datenverarbeitungsanlage gelöst, welche Folgendes aufweist: eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen von mittels eines räumlich getrennten und kommunizierfähig gekoppelten Handgeräts aufgenommenen Daten, insbesondere mittels eines Netzwerks und/oder Datenträgers, wobei die Daten mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen eines dreidimensionalen Körpers repräsentieren, und einen Prozessor zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten.
Eine Ausgestaltung der Datenverarbeitungsanlage sieht vor, dass der Prozessor zum wenigstens teilweise Zerlegen des dreidimensionalen Modells in geometrische Primitiva und/oder zum Ableiten mindestens eines geometrischen Maßes eingerichtet ist.
Ferner kann nach einer Weiterbildung der Datenverarbeitungsanlage diese einen Prozessor zum wenigstens teilweise Einpassen eines Einrichtungselementes in ein dreidimensionales Modell eines einzurichtenden Raumes aufweisen.
Weiter kann eine Ausgestaltung der Datenverarbeitungsanlage einen Prozessor vorsehen, der dazu eingerichtet ist, eine Qualitätskontrolle durchzuführen, d.h. insbesondere das dreidimensionale Modell eines realen hergestellten dreidimensionalen Körpers mit den für die Herstellung vorgegebenen Abmessungen eben dieses dreidimensionalen Körpers vergleichen und evtl. hiervon ausgehende eine Qualitätsbewertung durchführen kann.
Nach einer Weiterbildung der Datenverarbeitungsanlage ist die Kommunikationsschnittstelle zum Senden von mittels des Prozessors ermittelten Daten an das Handgerät zur Darstellung der Daten auf einem Display des Handgeräts eingerichtet.
Die Darstellung der Daten auf einem Display des Handgeräts kann eine unmittelbare Kontrolle der Ergebnisse durch den Verwender ermöglichen. Beispielsweise kann der Betrachter prüfen, ob die Auswahl der Eigenschaften, insbesondere des Materials, der Oberfläche, Dimension, Form und/oder Farbe, des Einrichtungselementes seinem ästhetischen Empfinden entspricht. Ebenso können geometrische Primitiva in die dreidimensionale Punktwolke eingepasst werden und/oder eine Qualitätskontrolle durchgeführt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Datenverarbeitungsanlage zum, insbesondere simultanen, Kommunizieren mit einer Mehrzahl von Handgeräten eingerichtet.
Auf diese Weise kann die Auslastung der Datenverarbeitungsanlage erhöht werden, da beispielsweise während des Transports eines ersten Handgeräts zu einem dreidimensionalen Körper, die von einem zweiten Handgerät über ein Netzwerk übermittelten, die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten weiterverarbeitet werden. Damit kann die Wirtschaftlichkeit der Datenverarbeitungsanlage verbessert werden.
In Bezug auf ein Kommunikationssystem ist die oben genannte Aufgabe durch ein Kommunikationssystem mit einer Datenverarbeitungsanlage, insbesondere der oben beschriebenen Art, und mit einer Mehrzahl von mit dieser Datenverarbeitungsanlage kommunizierfähig gekoppelten Handgeräten, insbesondere der oben beschriebenen Art gelöst, wobei jedes Handgerät eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen eines dreidimensionalen Körpers, eine Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen von die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten mittels eines Netzwerks zu der Datenverarbeitungsanlage und ein Display zum Anzeigen einer bildlichen Darstellung eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers aufweist, wobei die Datenverarbeitungsanlage eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen der mittels eines jeweiligen der Handgeräte übertragenen Daten mittels des Netzwerks und einen Prozessor zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten aufweist.
In Bezug auf ein computerlesbares Speichermedium ist die oben genannte Aufgabe durch ein computerlesbares Speichermedium gelöst, in dem ein Programm zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers gespeichert ist, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren der oben beschriebenen Art ausführt.
In Bezug auf ein Programmelement ist die oben genannte Aufgabe durch ein Programmelement zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers und/oder zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes gelöst, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren der oben beschriebenen Art ausführt.
In der Zeichnung zeigt schematisch
1 das Zusammenwirken von Handgerät und Datenverarbeitungsanlage,
2 eine Abbildung eines einzurichtenden Raumes,
3 ein Modell des in 2 abgebildeten einzurichtenden Raumes,
4 ein Kommunikationssystem,
5 ein weiteres Beispiel des Zusammenwirkens eines Handgerätes mit einer Datenverarbeitungsanlage
6 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Bestimmung eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers,
7 ein Beispiel eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers und
8 ein weiteres mögliches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens.
Wie in 1 angedeutet können Handgeräte 102, 103, die jeweils einen Tablet-Computer und beispielsweise eine Active-Stereo-Kamera umfassen, von jedermann, insbesondere Außendienstmitarbeitern und Kunden, in einzurichtende Räume 100, 101 transportiert werden. Dort werden mittels der Handgeräte 102, 103 mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen des jeweils einzurichtenden Raumes 100, 101 aufgenommen.
Die dabei erzeugten Daten werden von den Handgeräten 102, 103 komprimiert und anschließend zu einer, insbesondere räumlich getrennten, Datenverarbeitungsanlage 109, die wie hier gezeigt beispielsweise in einem Einrichtungselemente herstellenden Betrieb 110 untergebracht sein kann, übermittelt.
Die Übertragung der Daten kann dabei grundsätzlich über eine direkte, insbesondere drahtlose, Netzwerkverbindung 104 erfolgen. Üblicherweise sind allerdings sowohl die Handgeräte 102, 103 als auch die Datenverarbeitungsanlage mittels Netzwerkverbindungen 105, 106, 108 an das Internet 107 angeschlossen.
Insbesondere die Netzwerkverbindungen 105, 106 können drahtlos, beispielsweise als UMTS- oder LTE-Verbindungen ausgestaltet sein. Demgegenüber kann die Datenverarbeitungsanlage 109 mittels einer Standleitung an das Internet 107 angeschlossen sein, die eine höhere Datenübertragungsrate ermöglichen kann.
Mittels der Datenverarbeitungsanlage 109 wird auf der Grundlage der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen ein dreidimensionales Modell des jeweils einzurichtenden Raumes 100, 101 erstellt, in welches anschließend ein dreidimensionales Modell des Einrichtungselementes eingepasst werden kann.
2 zeigt eine Abbildung eines einzurichtenden Raumes in Form einer Treppe bzw. Stiege in einem Neubau, die mit einem Bodenbelag versehen werden soll. Um die dazu notwendigen Einrichtungselemente, d.h. z.B. Holzbretter, passgenau fertigen zu können, sind durch Ablaufen der Treppe mit einem Handgerät mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen aufgenommen und an eine Datenverarbeitungsanlage übertragen worden.
Mit der Datenverarbeitungsanlage wurde auf der Grundlage der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen das in der 3 dargestellte dreidimensionales Modell des einzurichtenden Raumes, d.h. der Treppe erstellt. Dabei kann insbesondere auf Ähnlichkeitsmerkmale zurückgegriffen werden. Das Modell kann anschließend genutzt werden, um ein dreidimensionales Modell des Holzbrettes einzupassen. Somit können im Herstellungsbetrieb 110 die Einrichtungselemente passgenau gefertigt werden, so dass ein Nachbearbeitungsaufwand bei der Anbringung des Einrichtungselements im einzurichtenden Raum auf ein Minimum reduziert werden kann.
4 zeigt ein Kommunikationssystem 401 mit einer Datenverarbeitungsanlage 402 und einer Mehrzahl von mit dieser kommunizierfähig gekoppelten Handgeräten 403, 404, 405. Die Handgeräte 403, 404, 405 weisen jeweils eine Aufnahmevorrichtung 406, 407, 408 zur Aufnahme von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen eines einzurichtenden Raumes auf. Die Aufnahmevorrichtung 406 kann einen Laserscanner, die Aufnahmevorrichtung 407 eine Time-of-Flight-Kamera und die Aufnahmevorrichtung 408 eine Active-Stereo-Kamera oder Passive-Stereo-Kamera umfassen. Weiter weisen die Handgeräte 403, 404, 405 eine Kommunikationsschnittstelle 409, 410, 411 zum Übertragen von die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten mittels eines Netzwerks 412 zu der Datenverarbeitungsanlage 402 und einen Tablet-Computer mit einem Display 413, 414, 415 zur bildlichen Darstellung eines an den einzurichtenden Raum angepassten Einrichtungselements auf.
Die Datenverarbeitungsanlage 402 weist eine Kommunikationsschnittstelle 416 zum Empfangen der mittels eines jeweiligen der Handgeräte 403, 404, 405 übertragenen Daten mittels des Netzwerks 412. Zudem umfasst die Datenverarbeitungsanlage 402 einen Prozessor 420 zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells des einzurichtenden Raumes auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten auf.
Die Datenverarbeitungsanlage 402 und die Handgeräte 403, 404, 405 sind unter anderem zum zumindest teilweisen Einpassen eines dreidimensionalen Modells des Einrichtungselementes in das dreidimensionale Modell des einzurichtenden Raumes eingerichtet. Die Datenverarbeitungsanlage 402 und die Handgeräte 403, 404, 405 können darüber hinaus auch zum Ableiten geometrischer Maße, Einpassen geometrischer Primitiva und/oder zur Qualitätskontrolle eingerichtet sein. Dazu können beispielsweise die Handgeräte 403, 404, 405 jeweils einen Prozessor 417, 418, 419 aufweisen.
Zunächst werden beispielsweise mit dem Handgerät 403 von einem einzurichtenden Raum 2,5-dimensionale Abbildungen aufgenommen. Bei dem einzurichtenden Raum kann es sich insbesondere um die in 2 abgebildete Stiege handeln, die ein Verwender des Handgeräts 403 abläuft. In diesem Fall werden z.B. mehr als zehn 2,5-dimensionalen Abbildungen pro Sekunde aus unterschiedlichen Aufnahmewinkeln des Handgeräts 403 relativ zu dem einzurichtenden Raum aufgenommen.
Mit einem Prozessor 417 des Handgeräts 403 werden die die 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten zunächst komprimiert und anschließend mittels der Kommunikationsschnittstelle 409, dem Netzwerk 412 und der Kommunikationsschnittstelle 416 zu der räumlich getrennten Datenverarbeitungsanlage 402 übertragen.
Der Prozessor 420 der Datenverarbeitungsanlage 402 ist dazu eingerichtet auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten ein dreidimensionales Modell zu erstellen.
Mittels der Datenverarbeitungsanlage 402 wird zunächst anhand eines Teils der 2,5-dimensionalen Abbildungen geprüft, ob das Erstellen eins dreidimensionalen Modells möglich ist und zu einem konsistenten Ergebnis führt. Das Resultat dieser Plausibilitätsprüfung wird mittels der Kommunikationsschnittstelle 416, dem Netzwerk 412 sowie der Kommunikationsschnittstelle 409 an das Handgerät 403 übermittelt und dem Verwender des Handgeräts 403 mittels des Displays 413 angezeigt. Der Verwender des Handgeräts 403 kann dann im Falle fehlender Plausibilität der Daten das Aufnehmen der 2,5-dimensionalen Abbildungen wiederholen.
Sofern die Plausibilitätsprüfung positiv ausfällt wird mittels der Datenverarbeitungsanlage 402 ein dreidimensionales Modell des einzurichtenden Raumes erstellt. Die Plausibilitätsprüfung und/oder die Erstellung des dreidimensionalen Modells für die Anzeige am Ort der Aufnahme der mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen kann zunächst bei niedriger Auflösung durchgeführt werden, um eine schnelle Beurteilung der Ergebnisse zu ermöglichen. Für die weiterführende Bearbeitung kann dann anschließend ein dreidimensionales Modell mit einer höheren Auflösung gerechnet werden. Dieses dreidimensionale Modell des einzurichtenden Raumes kann via der Kommunikationsschnittstelle 416, dem Netzwerk 412 und der Kommunikationsschnittstelle 411 an das Handgerät 403 übermittelt werden. Mittels des Handgeräts 403 kann ein dreidimensionales Modell des Einrichtungselementes in das dreidimensionale Modell des einzurichtenden Raumes eingepasst werden. Es kann beispielsweise das Material, die Oberfläche, die Dimension, insbesondere die Dicke, Form und/oder Farbe einer Treppenstufe gewählt werden. Mittels des Handgeräts kann eine Darstellung des Einrichtungselements in dem dreidimensionalen Modell erzeugt werden und mittels des Display 413 einem Betrachter angezeigt werden. Anschließend kann mittels des Handgeräts das gewählte Material sowie die gewählte Oberfläche, die Dimension, Form und/oder Farbe an die Datenverarbeitungsanlage übermittelt werden, so dass das physische Einrichtungselement basierend auf diesen Daten hergestellt werden kann.
Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Kommunikation zwischen dem Handgerät 403 und der Datenverarbeitungsanlage 402 können, insbesondere auch simultan, parallel mit weiteren Handgeräten, z.B. den Handgeräten 404 und 405, durchgeführt werden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
5 zeigt anhand eines Kommunikationssystems 500 ein weiteres Beispiel des Zusammenwirkens eines Handgerätes 501 mit einer Datenverarbeitungsanlage 502. Das Handgerät 501 kann einen Laserscanner 503, eine Time-of-Flight-Kamera 504, eine Passive-Stereo-Kamera und/oder eine Active-Stereo-Kamera 505 umfassen, die jeweils zur Aufnahme mindestens 2,5-dimensionaler Abbildungen geeignet sind. Zudem kann das Handgerät 501 einen Tablet-Computer 506, ein Notebook 507 und/oder ein Mobiltelefon 508 aufweisen. Die die aufgenommenen mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen 509 von einem dreidimensionalen Körper repräsentierenden Daten werden von dem Handgerät 501 mittels eines Netzwerkes 510 an die Datenverarbeitungsanlage 502 übertragen.
Die von der Datenverarbeitungsanlage 502 empfangenen Daten 509 werden zunächst gespeichert und in eine Volumendarstellung überführt. Anschließend wird mittels eines Prozessors 511 aus diesen Daten eine dreidimensionale Punktwolke und/oder eine dreidimensionale Oberfläche, d.h. ein dreidimensionales Modell 512 des dreidimensionalen Körpers, erzeugt. Aus dem dreidimensionalen Modell 512 werden dann mittels des Prozessors 511 oder eines weiteren Prozessors 513 automatisch geometrische Primitiva – z.B. Kugeln, Pyramiden, Quader – und/oder geometrische Maße – z.B. Linien Ebenen, Schnittwinkel, Schnittpunkte, Flächenmaße, Volumenmaße – abgeleitet.
In der 6 wird mittels eines Ablaufdiagramms das Verfahren zur Bestimmung eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers veranschaulicht. Zunächst werden mittels eines einen Tablet-Computer 601 und einer Aufnahmevorrichtung 602 umfassenden Handgerätes 603 mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen 604 eines dreidimensionalen Körpers aufgenommen und diese an eine Datenverarbeitungsanlage 605 übertragen. Mittels der Datenverarbeitungsanlage 605 werden die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen 604 in ein dreidimensionales Modell 606, 607 überführt. Das dreidimensionale Modell 607 kann insbesondere einem Büro 608 entsprechen. Anschließend werden in einem dritten Schritt, beispielsweise mit einem zweiten Prozessor 609, geometrische Primitiva 610 in dem dreidimensionalen Modell 607 eingepasst.
7 zeigt ein dreidimensionales, aus Polygonen zusammengesetztes Oberflächenmodell 702 eines dreidimensionalen Körpers 701, der aus mehreren Objekten, insbesondere einem Stuhl, einem Sofa, einem Notebook, etc., zusammengesetzt ist.
Gemäß dem in 8 gezeigten Verfahren werden in einem ersten Schritt 801 mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen eines dreidimensionalen Körpers mit einem Handgerät aufgenommen. Die erhaltenen Daten werden in einem Schritt 802 komprimiert und anschließend in einem Schritt 803 zur Datenverarbeitungsanlage übertragen. Dort wird in einem Schritt 804 zunächst eine Plausibilitätsprüfung bei grober Auflösung durchgeführt. Dann wird im Schritt 805 aus den Daten ein dreidimensionales Modell des dreidimensionalen Körpers erstellt. Weiter werden aus dem dreidimensionalen Modell im Schritt 806 geometrische Maße, insbesondere Primitiva und deren Lagebeziehung abgeleitet. Diese werden anschließend in weiteren Schritten 807, 808 genutzt, um beispielsweise ein Einrichtungselement anzupassen (807) oder eine Qualitätsprüfung (808) durchzuführen. Wie durch Punkte angedeutet können diese Maße auch noch weiteren Anwendungen zugeführt werden. Anschließend wird das Ergebnis der Qualitätsprüfung 808 oder der Einpassung im Schritt 809 auf das Handgerät übertragen.
Bezugszeichenliste

100: Einzurichtender Raum
101: Einzurichtender Raum
102: Handgerät
103: Handgerät
104: Netzwerkverbindung
105: Netzwerkverbindung
106: Netzwerkverbindung
107: Internet
108: Netzwerkverbindung
109: Datenverarbeitungsanlage
110: Herstellungsbetrieb
111: Abbildung eines einzurichtenden Raumes
112: Dreidimensionales Modell des einzurichtenden Raumes
401: Kommunikationsnetzwerk
402: Datenverarbeitungsanlage
403: Handgerät
404: Handgerät
405: Handgerät
406: Aufnahmevorrichtung
407: Aufnahmevorrichtung
408: Aufnahmevorrichtung
409: Kommunikationsschnittstelle
410: Kommunikationsschnittstelle
411: Kommunikationsschnittstelle
412: Netzwerk
413: Display
414: Display
415: Display
416: Kommunikationsschnittstelle
417: Prozessor
418: Prozessor
419: Prozessor
420: Prozessor
500: Kommunikationssystem
501: Handgerät
502: Datenverarbeitungsanlage
503: Laserscanner
504: Time-of-Flight-Kamera
505: Active-Stereo-Kamera
506: Tablet-Computer
507: Notebook
508: Mobiltelefon
509: Daten
510: Netzwerk
511: Prozessor
512: dreidimensionales Modell
513: Prozessor
601: Tablet-Computer
602: Aufnahmevorrichtung
603: Handgerät
604: mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen
605: Datenverarbeitungsanlage
606: dreidimensionales Modell
607: dreidimensionales Modell
608: Büro
609: Prozessor
610: geometrische Primitiva
701: dreidimensionaler Körper
702: Oberflächenmodell
801–809: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells eines dreidimensionalen Körpers, wobei das Verfahren aufweist: Aufnehmen von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen des dreidimensionalen Körpers mittels eines Handgeräts, Übertragen von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten, insbesondere mittels eines Netzwerks und/oder Datenträgers, von dem Handgerät zu einer, insbesondere räumlich getrennten, Datenverarbeitungsanlage, Erstellen eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers mittels der Datenverarbeitungsanlage auf der Grundlage der mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen repräsentierenden Daten.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen aus unterschiedlichen Aufnahmewinkeln des Handgeräts relativ zu dem dreidimensionalen Körper aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche 1 oder 2, wobei mehr als zehn mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen pro Sekunde, insbesondere mehr als zwanzig mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen pro Sekunde, aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, wobei eine Kalibration durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, wobei das dreidimensionale Modell unter Verwendung von probabilistischer Algorithmen und/oder hierarchischen Datenstrukturen erstellt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, wobei das Erstellen des dreidimensionalen Modells das Ermitteln einer wasserdichten Oberfläche, insbesondere durch Marching-Cubes-Algorithmen und/oder Delaunay-Triangulierungsalgorithmen, umfasst.
Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, wobei mittels der Datenverarbeitungsanlage eine Plausibilitätsprüfung der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten durchgeführt wird und wobei das Ergebnis der Plausibilitätsprüfung mittels des Netzwerkes an das Handgerät übermittelt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, wobei das dreidimensionale Modell in geometrische Primitivainsbesondere Linien, Ebenen, Polygone, Kugeln und/oder Zylinderzerlegt wird.
Verfahren zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers, wobei das Verfahren aufweist: Erstellen eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, Ableiten des geometrischen Maßes aus dem dreidimensionalen Modell des dreidimensionalen Körpers, insbesondere aus einem geometrischen Primitivum des dreidimensionalen Modells.
Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei es sich bei dem geometrischen Maß um eine Fläche, eine Länge, einen Winkel, eine Oberfläche, eine Krümmung, ein Volumen, einen Abstand zwischen zwei geometrischen Primitiva und/oder einen Winkel zwischen zwei geometrischen Primitiva handelt.
Handgerät, wobei das Handgerät aufweist: eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen des dreidimensionalen Körpers, eine Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen von die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten, insbesondere mittels eines Netzwerks und/oder eines Datenträgers, zu einer, insbesondere räumlich getrennten, Datenverarbeitungsanlage, so dass mittels der Datenverarbeitungsanlage ein dreidimensionales Modell des dreidimensionalen Körpers auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten erstellbar ist, ein Display zum Anzeigen einer bildlichen Darstellung des erstellten dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers.
Handgerät nach Patentanspruch 11, wobei die Aufnahmevorrichtung einen Laserscanner umfasst und/oder wobei die Aufnahmevorrichtung eine Time-of-Flight-Kamera umfasst und/oder wobei die Aufnahmevorrichtung eine Passive-Stereo-Kamera umfasst und/oder wobei die Aufnahmevorrichtung eine Active-Stereo-Kamera umfasst und/oder wobei das Handgerät einen Tablet-Computer und/oder ein Handy und/oder ein Notebook umfasst.
Datenverarbeitungsanlage, aufweisend: eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen von mittels eines räumlich getrennten und kommunizierfähig gekoppelten Handgeräts aufgenommenen Daten, insbesondere mittels eines Netzwerks oder Datenträgers, wobei die Daten mindestens 2,5-dimensionale Abbildungen eines dreidimensionalen Körpers repräsentieren, und einen Prozessor zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells und/oder zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes des dreidimensionalen Körpers auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten.
Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 13, wobei die Kommunikationsschnittstelle zum Senden von mittels des Prozessors ermittelten Daten an das Handgerät zur Darstellung der Daten auf einem Display des Handgeräts eingerichtet ist.
Datenverarbeitungsanlage nach Patentanspruch 13 oder 14, wobei die Datenverarbeitungsanlage zum, insbesondere simultanen, Kommunizieren mit einer Mehrzahl von Handgeräten eingerichtet ist.
Kommunikationssystem, aufweisend eine Datenverarbeitungsanlage, insbesondere nach einem der Patentansprüche 13 bis 15, und eine Mehrzahl von mit dieser kommunizierfähig gekoppelten Handgeräten, insbesondere nach einem der Patentansprüche 11 oder 12, wobei jedes Handgerät aufweist: eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen eines dreidimensionalen Körpers, eine Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen von die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten mittels eines Netzwerks zu der Datenverarbeitungsanlage, ein Display zum Anzeigen einer bildlichen Darstellung eines dreidimensionalen Modells des dreidimensionalen Körpers, wobei die Datenverarbeitungsanlage aufweist: eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen der mittels eines jeweiligen der Handgeräte übertragenen Daten mittels des Netzwerks, einen Prozessor zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells und/oder zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes des dreidimensionalen Körpers auf der Grundlage der die mindestens 2,5-dimensionalen Abbildungen repräsentierenden Daten.
Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells und/oder zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers gespeichert ist, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 ausführt.
Programmelement zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells und/oder zur Bestimmung mindestens eines geometrischen Maßes eines dreidimensionalen Körpers, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 ausführt.