ESACH Blog | Die Anwendung fortgeschrittener Vermessungstechniken im Palazzo Ducale in Mantua, Italien

Das Hauptziel von Vermessung im architektonischen Bereich soll durch die Definition eines interpretativen Modells des Artefakts zur Kenntnis des Objekts geführt werden. In den letzten Jahren hat die Anwendung fortschrittlicher Vermessungstechniken die Möglichkeiten des Verstehens, Erforschens und Renderns historischer Architektur und in dieser Hinsicht der Arbeiten am Palazzo Ducale in Mantua während des Umfrage Fortgeschrittene Techniken Der Kurs am Politecnico di Milano bietet einen beispielhaften Beitrag zu den Diskussionen über fortschrittliche Technologien für die Vermessung des gebauten Erbes.

Geschrieben von: Laura Cerliani und Annachiara Colombo.

Gegenstand der Datenerfassungskampagne, Palazzo Ducale, ist ein umfangreicher Architekturkomplex, der sich im oberen Teil von Mantua befindet und dem entspricht ursprünglicher Kern der antiken Stadt. Da der Palast aus zahlreichen Gebäuden, Korridoren, Galerien, Höfen und Gärten besteht, hat sich das Ganze zu einem Mikrokosmos entwickelt, der ein ausgedehntes Stadtgebiet einnimmt, und es wurde als Palast in Form einer Stadt definiert.

Insbesondere zielte die an Professor Francesco Fassi durchgeführte Umfragetätigkeit darauf ab, die 3D-Vermessungserfassung zu verwenden, um die 2D-Metrikdaten zu erarbeiten, die erforderlich sind, um zu einem späteren Zeitpunkt das endgültige Erhaltungsprojekt des Architektur Design und Geschichte Master-Abschluss an der Politecnico di Milano.

Statischer terrestrischer Laserscanner

Entfernungsscanner sind kontaktlose Instrumente, die Laserlicht aussenden, um Messungen durchzuführen: Sie empfangen und analysieren das Signal der reflektierten Strahlung, um das Objekt in 3D-Koordinatenpunkten abzutasten. Heutzutage sind eine Vielzahl solcher Scanner für die digitale Erfassung von 3D-Objekten verfügbar, und insbesondere für die Untersuchung des Palazzo Ducale waren terrestrische Laserscanner sowohl im statischen als auch im dynamischen Modus erforderlich.

Abbildung 1: Palazzo Ducale, Foto von Marco Introini. Quelle: Marco Introini, Luigi Spinelli, Architetture a Mantova. Da Palazzo Ducale alla Cartiera Burgo, Silvana Editoriale, Cinisello Balsamo, 2018

Das Hauptziel bei der Anwendung des statischen terrestrischen Laserscanners war die 3D-Erfassung eines kleinen Teils des gesamten Komplexes, der dem sogenannten Palazzo del Capitano entspricht [Abbildung 1]. Dieses Instrument bietet langsame Erfassungen, die sich durch hohe Messgenauigkeit und Auflösung auszeichnen. Vor dem Start der statischen terrestrischen Laserscanner-Vermessung ist es wichtig, die Parameter für die Auflösung der Erfassung gemäß dem Darstellungsmaßstab der beabsichtigten Zeichnungen festzulegen.

Nachdem die Daten erfasst wurden, wird das Ergebnis durch die Erstellung einer Punktwolke angezeigt: Hierbei handelt es sich um eine in xyz-Koordinaten definierte Punktmenge, die die äußere Oberfläche des Objekts darstellt und in AutoDesk ReCap (Reality Capture) geöffnet und visualisiert werden kann. . Die Dichte der Punktwolke drückt die Auflösung der Erfassung aus, und in diesem Fall waren mehr als hundert verschiedene Scans erforderlich, die von verschiedenen Orten erfasst wurden, um die endgültige Punktwolke zu erhalten. Um die Informationen in 2D-Metrik zu rendern, ist es im Folgenden möglich, die Punktwolke in Autocad zu importieren, mit der die Position der Schnittebenen gemäß den erforderlichen Zeichnungen festgelegt wird.

Abbildung 2: Längsschnitt - Punktwolke des Palazzo del Capitano in Autocad

Die Bilder [Abbildung 2, Abbildung 3] zeigen die in die Software importierte Punktwolke und die Definition der Schnittebene. Dies diente dazu, den Längsschnitt der Armeria zu erhalten und so ihre Eigenschaften und ihre Beziehung zu den unteren Strukturen von Corte Vecchia im Detail zu erklären.

Abbildung 3: Längsschnitt - Endergebnis nach der Datenerstellung

Dynamischer Modus des terrestrischen Laserscanners

Der dynamische Modus des terrestrischen Laserscanners ist eine brandneue Methode zum Sammeln von Daten: Er öffnet die Vermessungstechniken für ein günstigeres Panorama, insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von Instrumenten. Dieser Modus ermöglicht es, die Morphologie eines Gebäudes zu erfassen und seine Punktwolke zu definieren, indem Sie einfach mit Hilfe eines Rucksacks, auf dem sich das Vermessungswerkzeug befindet, durch den zugehörigen Raum gehen.

Der dynamische Modus ist eine Kombination aus mobilem Mapping und der entfernungsbasierten Laserscanner-Vermessung. Einerseits bietet es die Möglichkeit, den Vermessungspfad dank eines selbstgeografischen GPS-Systems abzubilden, andererseits kann der Laserscanner die Punktwolke in Echtzeit erstellen.

Konkret sind ein Laserscanner und eine Kamera auf einem Rucksack installiert, der in unserem Fall sowohl von Professoren als auch von Studenten leicht getragen werden konnte. Das Instrument war mit einem Bildschirm verbunden, über den wir sowohl den Aufbau der Punktwolke als auch unsere Vermessungsroute in Echtzeit visualisieren konnten. Dieser letztere Vermessungsmodus dauerte ungefähr zwei Stunden, und in diesem Zeitraum wurden die meisten Freiflächen und Plätze des Palazzo Ducale zusammen mit einigen der Innenräume vermessen, die normalerweise für die Öffentlichkeit geschlossen sind.

Abbildung 4: Dreidimensionale Ansicht der vom Rucksack erfassten Punktwolke aus Autodesk Recap

In Bezug auf den dynamischen Laserscanner ist ein weiterer Aspekt, der während der Vermessungsphase berücksichtigt werden muss, die Gehgeschwindigkeit des Vermessers, da dies sowohl die Auflösung als auch die Dichte der Punktwolke beeinflusst, die erstellt wird. Daher wäre es am besten, das Sammeln der Informationen einige Male und mit einer geringen Gehgeschwindigkeit zu wiederholen, um die Scan-Erinnerung an die Lichtreflexionen von allen getroffenen Oberflächen zu erleichtern. 

Das Bild [Abbildung 4] zeigt die endgültige Punktwolke nach dem Import in ReCap. Wie beim statischen Laserscanner können Sie mit dem Modell Pläne, Schnitte und andere Zeichnungen neu erstellen [Abbildung 5].

Abbildung 5: Längsschnitt der Kirche Santa Barbara und Giardino Pensile durch die Punktwolke

Eines der bestimmenden Elemente einer dynamischen Vermessung ergab die Gelegenheit, die Wechselbeziehung der Teile des Palazzo Ducale zu untersuchen. Tatsächlich untersuchten wir nicht einen einzelnen Raum, sondern den gesamten Komplex und konnten auf diese Weise analysieren, wie die Stücke zu einem zusammenhängenden Ensemble zusammengesetzt sind, das sich zwischen den Anforderungen der Topographie und der Landschaft entwirrt [Abbildung 6].

Abbildung 6: Längsschnitt der Kirche Santa Barbara und Giardino Pensile, Endergebnis

Vor- und Nachteile der beiden Vermessungstechniken

Nach der Analyse halten wir es für angebracht, die Techniken durch ihren Vergleich zusammenzufassen. Zunächst muss anerkannt werden, dass beide aufgrund der Geldkosten und auch der erforderlichen spezifischen Fähigkeiten derzeit nur für eine kleine Anzahl von Experten erschwinglich sind. Außerdem und in Bezug auf Verarbeitungsdetails erfordert der statische Modus eine Zeit der Datenerarbeitung zwischen der Informationserfassung und der Zeichnungserarbeitung, was für den dynamischen Modus nicht der Fall ist, was ihn tatsächlich verwaltbarer macht. Dennoch können beide Techniken im architektonischen und städtischen Bereich als grundlegend angesehen werden, selbst wenn sie auf unterschiedliche Situationen angewendet werden, da sie sich auf unterschiedliche Bedürfnisse konzentrieren: Inzwischen kann die Genauigkeit der statischen nicht durch die dynamische erreicht werden, während letztere a breitere und umfassendere Umfrage durchgeführt werden.

Eine der größten Aufgaben für einen Architekten, der sich der Intervention über die vorhandene gebaute Umgebung nähert, ist die vorläufige Analyse des Standorts. Da es sehr oft nicht möglich ist, den Ort persönlich zu besuchen, werden die Praktizierenden gebeten, Informationen aus Internetquellen, Bibliotheken und Büchern zu sammeln. In dieser Hinsicht wäre der Bau einer städtischen Punktwolke, die sich auf historische und herausragende Wahrzeichen bezieht, ein erster Schritt in Richtung der nächsten Grenze der informativen Kartierung. Durch das Teilen dieser Dokumentation könnten die Menschen die Merkmale des Ortes besser verstehen und sich eingehend mit der Forschung befassen.

Über die Autoren

Laura Cerliani ist Masterstudentin am Politecnico di Milano, wo sie den Masterstudiengang in Architekturdesign und Geschichte besucht. Das große Interesse an kulturellem Erbe und Bewahrung brachte sie dazu, sich ESACH anzuschließen und sich eingehend mit Vermessungstechniken und Instandhaltungspraktiken an historischen Stätten zu befassen.

Annachiara Colombo ist Doktorand für Architekturdesign und Geschichte am Politecnico di Milano. Während ihres Studiums durchlief sie verschiedene Designansätze und entwickelte ein Interesse an Architektur als kreativer Praxis, die die Stadt mit den Einwohnern verbindet. Sie liebt das kulturelle Erbe und die Beziehung zwischen Alt und Neu in der Architektur.

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