3D-Scanner für die Hosentasche

Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Mit LiDAR-fähigen Smartphones oder einer Panoramakamera erstellte 3D-Aufmaße sind vergleichsweise preiswert, einfach und flexibel anwendbar. Sie lassen sich beispielsweise für Präsentationen, Angebote oder Abrechnungen, für Dokumentationen, Baufortschrittskontrollen, Soll-/Ist-Abgleiche oder für die Montageplanung nutzen.
■ Grenzen haben die mobilen 3D-Aufmaßanwendungen bei der Genauigkeit sowie bei der Reichweite, was den Einsatz für eine präzise Werk- oder Detailplanung oder bei größeren Aufmaßobjekten einschränkt. In diesen Fällen ist der Einsatz tachymetrischer Aufmaßsysteme, handgeführter oder terrestrischer 3D-Laserscanner sinnvoller.

Faro, Site Scape

Auf Smartphones mit LiDAR-Scanner oder Panorama-Kameras basierende 3D-Aufmaß-Apps erfassen Räume oder Objekte schnell und für viele Einsatzbereiche hinreichend genau. Die Mess- und Fotodaten können anschließend für Machbarkeitsstudien, Präsentationen, Dokumentationen oder Angebote verwendet werden.

Auf Smartphones und Tablet-PCs oder auf speziellen 360°-Panoramakameras basierende 3D-Aufmaß-Apps können Räume, Gebäudeteile oder andere Objekte dreidimensional erfassen. In Verbindung mit entsprechenden Applikationen lassen sich damit aktuelle iOS- oder Android-Mobilgeräte quasi in einen „3D-Scanner“ verwandeln – ohne in teure Messtechnik investieren zu müssen.

Die erzielbaren Genauigkeiten liegen, je nach Objektgröße und -abstand, im Zentimeter-, teilweise sogar im Millimeterbereich, was eine einfache und schnelle Erfassung der Umgebung, beispielsweise für Machbarkeitsstudien, Präsentationen, Angebote oder Abrechnungen, Baufortschrittskontrollen oder Baustelleneinweisungen ermöglicht. Für eine präzise Werk- oder Detailplanung sind die Apps allerdings nicht oder nur bedingt geeignet.

Trimble

Scanner- oder Foto-App?

3D-Aufmaß-Apps verwenden zwei unterschiedliche Messverfahren: Während Mac iOS-Apps auf der LiDAR-Messtechnologie aufsetzen, die in Apple iPhones ab der 12. Generation und Apple iPads ab der 2. Generation eingebaut ist, verwenden Android-Apps meist Fotogrammetrie-Messverfahren.

Beim LiDAR-Scan (Light Detection And Ranging, siehe auch Info-Kasten) erhält man ein teilweise mit Fotodaten überlagertes 3D-Punktwolken- oder Netzmodell, das anschließend für die CAD-Planung verwendet werden kann. Fotogrammetrie-Apps scannen Objekte nicht, sie nutzen stattdessen ausschließlich Fotos für die 3D-Auswertung. Dabei erfasst entweder eine auf einem Stativ montierte 360°-Panoramakamera das Umfeld oder das Messobjekt wird mit dem Smartphone oder Tablet-PC „umrundet“. Die Kamera erfasst das Objekt fotografisch und berechnet daraus die 3D-Daten, basierend auf Fotogrammetrie-Algorithmen und über einen Clouddienst.

Matterport

Zur Ergebnisoptimierung kann man bei den LiDAR-Apps vorher festlegen, ob es sich um ein einzelnes Objekt, einen Raum oder einen Außenbereich handelt. Bei der Raumerfassung werden dann beispielsweise Böden, Wände und Raumecken automatisch erkannt. Kamera-Sticks können bei der Erfassung schwer erreichbarer Stellen über Kopf oder für Untersichten gute Dienste leisten.

Die Erfassungsdaten lassen sich anschließend in der Cloud in eine Punktwolke umwandeln, bearbeiten, zuschneiden und in ein gewünschtes CAD-Datenformat exportieren, beispielsweise SKP (SketchUp) oder DXF – und damit in beliebige CAD-Programme importieren. Dort können die Messdaten weiterbearbeitet und in CAD- oder BIM-Modelle umgewandelt werden. Teilweise können die Aufmaßdaten mit Informationen ergänzt werden – etwa mit Kommentaren zu Objektdetails oder zur Montage. So lassen sie sich beispielsweise für die Baustellen- und Montageeinweisung für ausführende Firmen nutzen. Werden sie online gestellt, kann man sie mit Projektbeteiligten teilen.

Amrax

Wie wird erfasst und weiterbearbeitet?

3D-Aufmaß-Apps setzen etwas Übung voraus. So sind, wie bei einer Videoaufnahme, langsame, gleichförmige und möglichst ruckfreie Bewegungen erforderlich, damit der Erfassungsvorgang korrekt ausgeführt wird. Andernfalls sind durch Aussetzer nicht erfasste Bereiche („Löcher“) im Scan vorprogrammiert. Welche Bereiche vollständig und korrekt erfasst sind und welche noch oder erneut erfasst werden müssen, wird im Display farblich angezeigt.

Als Ergebnis erhält man eine aus vielen Millionen Messpunkten bestehende Punktwolkendatei, respektive eine aus miteinander verbundenen Polygonflächen bestehende Polygonnetzdatei, auch „Mesh“ genannt. Die Messdaten können anschließend als OBJ, LAS, PLY, XYZ und weiteren Dateiformaten exportiert werden. Die Erfassungsdauer ist relativ kurz, sodass man inklusive der Daten-Nachbearbeitung in wenigen Minuten beispielsweise einen Raum, die Gebäudetechnik oder einen Gebäudeteil digital erfassen kann.

Der tatsächliche, individuelle Aufwand und die Wahl der passenden App hängen allerdings davon ab, welche Ergebnisse man braucht: eine 3D-Objekterfassung für eine Baufortschrittdokumentationen, zweidimensionale Grundrisse, Ansichten oder Schnitte, CAD-Volumenmodelle oder BIM-Datenmodelle. Letzteres erfordert manuelle Konstruktionsarbeit, die mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann und viel Erfahrung bei der Auswertung von 3D-Scandaten respektive Fotodaten erfordert.

Faro, Site Scape

Was bietet der Markt?

Die seit 2020 auf Apple-Mobilgeräten verfügbare LiDAR-Technologie hat einen regelrechten Boom bei der Entwicklung spezieller Aufmaß-Apps ausgelöst (siehe Info-Kasten). Neben den bekannteren Apps, etwa Canvas, Polycam oder SiteScape, gibt es inzwischen zahlreiche weitere Lösungen. Panoramakamera-Apps generieren aus den aufgenommenen Fotos 360°-Fotopanoramen mit Messfunktion, 2D-Grundrisse und nur teilweise auch 3D-Modelle (z. B. TwinCapture).

3D-Aufmaß-Apps sind in der Basisversion oder für einen begrenzten Zeitraum kostenfrei und in den weiteren, nach Leistungsumfang gestaffelten Versionen als Abo für etwa 6 bis 35 Euro pro Monat erhältlich. Teilweise existieren auch andere Abrechnungsmodelle, etwa pro Projekt. Im Folgenden werden ausgewählte Lösungen beispielhaft vorgestellt:

Trimble

Die Fotogrammetrieaufmaß-App „3D-Scan“ von Immersight (Deutschland) kann aus den Fotodaten einer 360°-Kamera Panoramafotos für die Baustellendokumentation, 3D-Begehung oder virtuelle Präsentationen sowie BIM-Modelle generieren und im IFC-Datenformat exportieren. Dazu verbindet sich die App per WiFi mit der Kamera, die 3D-Erfassung und Vermessung der Räume erfolgt nach Upload in der Cloud: www.immersight.com

Die Canvas-App generiert aus LiDAR-Scans CAD/BIM-Modelle, Messberichte oder 2D-Grundrisse in nativen Datenformaten wie Revit / Autocad, SketchUp, Archicad oder Vectorworks. Die App nutzt KI-, respektive Computer Vision-Technologien, um exakte digitale 3D-Zwillinge der Messobjekte zu erstellen: www.canvas.io

Die App Metaroom Scan von Amrax (Schweiz) kann mehrere Räume, Stockwerke oder ganze Gebäude per LiDAR-fähigem iPhone oder iPad erfassen und daraus 2D-Pläne und 3D-Modelle in diversen Formaten wie OBJ, STL, DXF oder IFC erstellen. Die App erkennt automatisch Möbel, Fenster, Türen und andere Raumelemente: www.amrax.ai

Faro, Site Scape

Die App Pix4Dcatch von Pix4D (Österreich) nutzt die LiDAR-Scanner mobiler Apple-Geräte oder von anderen Smartphones die Kamera und den Beschleunigungssensor, um 3D-Daten zu erfassen. Die App nimmt dabei Bilder und Punktwolken auf und verarbeitet sie in der Cloud zu einem 3D-Modell. Darin können dann Messungen durchgeführt und die Ergebnisse ausgewertet werden: www.pix4d.com

Polycam ist eine LiDAR- und Fotogrammetrie-basierte 3D-Aufmaß-App für iPhones und iPads, mit der einzelne Raumscans zu kompletten 3D-Gebäudemodellen zusammengestellt, bearbeitet und in vielen Dateiformaten wie OBJ, FBX, STL, XYZ oder DXF für die Weiterbearbeitung exportiert werden können. Über die Plattform Polycam Web können die Aufnahmen mit anderen geteilt werden: poly.cam

Immersight / lapas77 – stock.adobe.com

SiteScape von Faro für LiDAR-3D-Scans auf iOS-Mobilgeräten erfasst 3D-Scans von Gebäuden und Räumen in Echtzeit und wandelt sie in CAD- oder BIM-Modelle um. Im Modell können Messungen vorgenommen, Kommentare hinzugefügt und die Modelle mit Teammitgliedern geteilt oder in verschiedenen Formaten für die Verwendung in 3D-Modellierungssoftware exportiert werden: www.sitescape.ai

TwinCapture generiert aus 360°-Kameradaten sowohl ein detailliertes 3D-Modell als auch immersive Rundum-Panoramen, etwa für die Baustelleneinweisung. Die auf einem Stick oder Helm montierte Kamera erfasst auch den Baustellenfortschritt oder Montagefehler: www.cupix.com

Immersight

Herausforderungen und Grenzen

3D-Aufmaß-Apps haben auch Schwächen. Während LiDAR auch bei schwachem Umgebungslicht funktioniert, aber Probleme mit glatten und spiegelnden Oberflächen wie Fensterscheiben oder direktem Sonnenlichteinfall hat, können Fotogrammetrie-Apps nur bei optimalen Lichtverhältnissen gute Ergebnisse liefern. Eine intensive Nutzung des LiDAR-Sensors kann Mobilgeräte-Akkus schnell „leersaugen“ und mit großen Datenmengen Datenspeicher schnell überfordern. Man sollte auch sicherstellen, dass man beim Smartphone-Aufmaß nicht von Anrufen abgelenkt wird.

Neben den systembedingten Einschränkungen gibt es auch Grenzen beim Einsatz. So sind präzise Aufmaße für die Werk-, Detail- und Montageplanung, Fertigung oder den 3D-Druck nicht oder nur bedingt möglich. Die in Apple-Mobilgeräten verbauten LiDAR-Scanner haben zudem eine begrenzte Reichweite von etwa 5 m, was die Erfassung größerer Räume oder Objekte erschwert.

Sensopia

Bei größeren Projekten oder in Anwendungsfällen, bei denen es auf Millimeter ankommt, sollten die Messungen mit einem präziseren tachymetrischen Aufmaßsystem (z. B. von Flexijet, Leica-Geosystems, Theocad etc.), einem handgeführten oder terrestrischen 3D-Laserscanner (z. B. von Faro, Leica-Geosystems, Trimble etc.) zumindest überprüft werden. In diesen Fällen wird eine vollständige Erfassung mit diesen präziseren Messgeräten meist sinnvoller sein (siehe: Mit 3D-Laserscanner präzise und schnell aufmessen und 3D-Handscanner: Scanning to go).

Cupix

Einige Apps setzen auch automatisierte, teilweise KI-gestützte Algorithmen ein, um die aufgenommenen Fotos zu optimieren. Das ist zwar für fotogrammetrische Auswertungen hilfreich, aber kontraproduktiv, wenn die Aufnahmen (auch) für die Fotodokumentation verwendet werden, wenn dann beispielsweise Schäden an Objektoberflächen nicht mehr erkennbar sind. Bei sensiblen Objekten sollte man auch bedenken, dass die Erfassungsdaten meist in der Cloud verarbeitet und gespeichert werden. Da die meisten Anbieter ihren Firmensitz in den USA haben, ist der Support manchmal etwas umständlich und nicht immer zuverlässig. Zudem müssen sich viele der meist sehr jungen App-Anbieterfirmen erst noch am Markt behaupten. Marian Behaneck

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Pix4D

Weitere Informationen

[1] www.3dnatives.com/de Suche: Apps etc.

[2] www.3dmag.com Infos 3D Scanner-Apps etc.

[3] www.handwerkdigital.de/vermessung Basisinfos 3D-Scanning

LiDAR-Apps
3d Scanner App www.laan.com
Canvas www.canvas.io
LiDAR Scan  www.kiriengine.app
Metaroom Scan App  www.amrax.ai
PIX4Dcatch www.pix4d.com
PolyCam poly.cam
RoomPlan roomplanapp.com
RoomScan Pro LiDAR  www.locometric.com
SiteScape www.sitescape.ai

Fotogrammetrie-Apps
3D-Scan www.immersight.com
MagicPlan www.magicplan.app
Matterport www.matterport.com
Photo Scan www.kiriengine.app
PolyCam poly.cam
TwinCapture www.cupix.com