3D-Scan: Christus-Statue auf dem Corcovado mit Drohne digitalisiert

Pix4D und Aeryon Labs erzeugen das erste hoch aufgelöste 3D-Modell eines der bekanntesten Denkmäler: Pix4D hat gemeinsam mit Aeryon Labs und der PUC Universität in Rio de Janeiro das erste genaue 3D-Modell von Brasiliens berühmtesten Denkmal geschaffen: von der Cristo Redentor-Statue auf dem Corcovado. Das Projektteam setzte die UAV-Plattform von Aeryon für die Datenakquisition und die Bildverarbeitungssoftware von Pix4D für die Datenrekonstruktion ein. Dabei galt es, viele Herausforderungen bei der 3D-Datenerfassung zu meistern.

Die Cristo Redentor-Statue, Brasiliens bekanntestes Denkmal, auf dem Gipfel des 700 Meter hohen Corcovado misst 38 Meter in der Höhe und breitet die Arme auf 28 Meter aus. Eine präzise Datenerfassung war bisher nicht möglich, weil die Technik wie LiDAR wegen der Größe, der schlechten Zugänglichkeit und der schwierigen Wetterbedingungen das Denkmal nicht komplett erfassen konnte. So sind die früheren 3D-Modelle und Repliken manuell entstanden.

Das NEXT Lab der PUC Universität in Rio de Janeiro setzte sich mit dem Bildverarbeitungsspezialisten Pix4D in Verbindung, um herauszufinden, inwiefern eine 3D-Rekonstruktion mit den Mitteln der Bildverarbeitung und mit unbemannten Flugobjekten (UAVs) für die Datenerfassung  möglich sein würde.  Pix4D stellte sich der schwierigen Aufgabe und spannte  mit dem UAV-Anbieter Aeryon Labs Inc. zusammen, was die Datenakquisition, und mit dem NEXT Lab der PUC, was die Projektlogistik betraf. Dazu gehörte auch die besondere Erlaubnis, mit den UAVs den Ort zu umfliegen. Die Sicherheit von Besuchern und die Unversehrtheit der Statue waren die wichtigsten Gesichtspunkte der Arbeiten vor Ort, und daher fiel die Wahl auf den zuverlässigen, robusten Quadrokopter von Aeryon als UAV.

„Das Projekt nahm für das NEXT lab-Team Jahre des Wartens in Anspruch und viele Monate der Planung und Zusammenarbeit über mehrere Zeitzonen hinweg, um die Technologie in Rio zusammenzuführen“, erklärt Dave Kroetsch, Aeryon’s Präsident und CEO. „Wir freuen uns, dass wir daran teilnehmen konnten und dass die Aeryon UAV-Plattform beim ersten präzisen 3D-Modell der Cristo Redentor-Statue eine entscheidende Rolle gespielt hat.“

Die Daten wurden vor Ort an insgesamt sechs aufeinander folgenden Vormittagen Ende Oktober gesammelt. Als größte Hürden für das Unterfangen erwiesen sich die wechselnden Wetter- und Windbedingungen, das begrenzte Zeitfenster für die Datenakquise – die Flüge konnten nur vor und nach den Öffnungszeiten für Besucher stattfinden – und die uneinheitlichen Lichtverhältnisse – Schatten am frühen Morgen und am späten Nachmittag. Total entstanden  3‘584 Bilder während 19 zehnminütigen Flügen.

2‘090 Bilder wurden in der Software Pix4Dmapper Pro desktop verwendet, um sie in ein 3D-Modell umzuwandeln. Die Rekonstruktion gliederte sich in die drei wichtigsten Teilprojekte Statue, Basis und Umgebung und neun Subprojekte, die halfen, die Variationen bei der Datenerfassung in den Griff zu bekommen. Signalreflexionen erwiesen sich als eine der vielen Herausforderungen, die die Genauigkeit der Geotags beeinflussten, so dass dann schließlich die Subprojekte ohne Geotags weiter gefahren wurden. 82 manuelle Verbindungspunkte waren notwendig, um alle Subprojekte zu verschmelzen. Die Werkzeuge von Pix4D mapper kamen für die Bearbeitung der Punktwolken und die Anmerkungsfunktionen zum Einsatz, um Punktformationen im Hintergrund wie den Himmel zuzuschneiden. Zum Schluss hat das Projektteam die Statue vor Ort vermessen, um den korrekten Maßstab für das Endergebnis bereitzustellen.

„Dass wir das erste, akkurate 3D-Modell solch einer berühmten Statue mit unserer Software geschaffen haben, ist eine großartige Möglichkeit, aufzuzeigen, wie Bildverarbeitungstechnologie Ergebnisse hervorbringt, die man mit traditioneller Technologie nie erreicht hätte“, sagt Christoph Strecha, CEO und Gründer von Pix4D. „Mit ihrer Komplexität erwies sich die Statue auch als perfekte Struktur, um unsere neuen 3D-Texturen zu testen.“

Das finale 3D-Modell steht als Punktwolke mit 134,4 Millionen Punkten (97,6 Millionen für die Statue selbst, 30,7 Millionen für die Basis und 6,1 Millionen für die Umgebung) und als vollständig 3D-texturiertes Netz von 2,5 Millionen Dreiecken bereit. Es wird von der PUC Universität für Projekte in naher Zukunft genutzt und präsentiert.

Bild: Punktwolke der Christusstatue mit Umgebung und Verbindungspunkten (grüne Kreuze).