Punktwolkenmodellierung für die Beschreibung natürlicher Oberflächen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Corinna Harmening
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564096276

Wissenschaftlicher Kontext: Der Klimawandel hat bedeutende Auswirkungen auf die natürlichen Oberflächen der Erde (z. B. auf Gletscher, Hänge, Äcker, Küsten). Um diese zu beschreiben und in Folge dessen Schutzmaßnahmen umzusetzen, steht an erster Stelle das Monitoring der betroffenen Flächen. Flächenhafte Messverfahren wie das Laserscanning haben sich für diese Zwecke als besonders geeignet herausgestellt, da die resultierenden Punktwolken die erfassten Oberflächen quasi-kontinuierlich beschreiben. Klassischerweise besteht der erste Schritt der anschließenden Daten-Interpretation aus einer Modellierung der Punktwolken, da auf diese Weise das Messrauschen und der Datenumfang reduziert werden. Insbesondere für natürliche Objekte, die sich durch viele lokale Strukturen auszeichnen, stellt dabei die globale Modellierung der Punktwolken eine besondere Herausforderung dar. Zielsetzungen: Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines allgemeingültigen Modellierungsansatzes für Punktwolken, der es erlaubt, natürliche Oberflächen zu beschreiben. Der zu entwickelnde Ansatz zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund geeigneter Parametrisierungsstrategien die klassischen Tensor-Produkt(TP)-B-Spline-Flächen für die Beschreibung natürlicher Oberflächen anwendbar gemacht werden. Auf diese Art und Weise kann auf aufwändige Verfeinerungsstrategien verzichtet werden. Methoden: Die Approximationsgüte von B-Spline-Flächen wird in erster Linie durch die vorhergehende Parametrisierung bestimmt: Die Zuweisung von Flächenparametern zu den beobachteten Datenpunkten lokalisiert diese auf der zu schätzenden Fläche. Für die Modellierung von Punktwolken, die künstliche Objekte darstellen, haben sich Parametrisierungsstrategien als günstig herausgestellt, bei denen diese Flächenparameter auf Grundlage der Randkurven der Punktwolke bestimmt werden. Für natürliche Flächen, die sich durch viele lokale Strukturen auszeichnen, ist diese Vorgehensweise jedoch nicht zielführend. Aus diesem Grund wird eine Strategie zur lokalen Parametrisierung entwickelt: Die resultierenden zugewiesenen Flächenparameter speichern die wichtigen Informationen über die lokalen Variationen der Punktwolke, sodass im nächsten Schritt TP-B-Spline-Flächen verwendet werden können, um die Punktwolken zu modellieren. Originalität und Innovation: Die Modellierung von natürlich Oberflächen wird derzeit mit Hilfe von Verfeinerungsstrategien gelöst: Beginnend mit klassischen TP-B-Spline-Flächen werden an ausgewählten Bereichen Parameter ergänzt, um hier die Modellierung der Punkwolke zu verbessern. Als Folge dessen verlieren die B-Spline-Flächen ihre kompakte Form, was eine Weiterverarbeitung erschwert. Mit Hilfe der zu entwickelnden lokalen Parametrisierung kann die kompakte Form der TP-B-Spline-Flächen beibehalten werden und gleichzeitig eine zufriedenstellende Approximation der Punktwolke erreicht werden. Somit liegt eine hervorragende Grundlage für weitere Analyseschritte vor.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen