Glas und Spiegel verursachen bei 3D-Scannern hauptsächlich auf zwei Arten Probleme. Bei LiDAR kann der Laser durch klares Glas hindurchgehen und messen, was sich dahinter befindet, oder von einem Spiegel abprallen und einen falschen Raum im Scan erzeugen. Die Photogrammetrie hat ein eigenes Problem: Reflexionen verschieben sich bei Kamerabewegungen, sodass keine konsistenten Punkte für den Abgleich zwischen den Fotos vorhanden sind. Die Lösungen reichen von der Verwendung von Mattierungssprays bis hin zum nachträglichen Entfernen unerwünschter Artefakte nach dem Scan.
Methoden zur Fehlerbehebung im Überblick
Die Physik: Warum LiDAR und Photogrammetrie unterschiedlich scheitern
Diese beiden Scanmethoden scheitern aus unterschiedlichen Gründen an reflektierenden Oberflächen. Zu wissen, welche Methode Sie verwenden, hilft Ihnen bei der Wahl der richtigen Lösung.
Was passiert mit einem LiDAR-Impuls
LiDAR misst die Zeit, die ein Laserimpuls für die Rückkehr benötigt, unter der Annahme, dass der Impuls direkt von der Oberfläche zurückgeworfen wird. Reflektierende Oberflächen verletzen diese Regel auf drei Arten.
Der Impuls geht hindurch. Klares Glas lässt den Großteil des Strahls durch, sodass der Scanner stattdessen misst, was sich hinter dem Fenster befindet. Die Verglasung erscheint nie in der Punktwolke, weshalb Scans von Gebäuden mit Glasfassaden leere Räume dort zeigen, wo eigentlich eine Vorhangfassade sein sollte.
Manchmal prallt der Impuls in einem Winkel von einem Spiegel ab, trifft auf ein anderes Objekt und kehrt dann zurück. Der Scanner erkennt die Änderung des Pfades nicht und zeichnet das Objekt in der gesamten zurückgelegten Entfernung auf, wodurch ein Spiegelbild des Raums hinter dem Spiegel entsteht. Forscher bezeichnen dies als künstliche Daten, da der Scan nun etwas zeigt, das nicht wirklich vorhanden ist, sondern an der reflektierenden Oberfläche gespiegelt wird. Diese Fehler sind riskant, da sie täuschend echt aussehen.
Manchmal kehrt der Impuls nie zurück. Wenn ein Spiegel den Strahl vom Sensor weglenkt, kommt nichts zurück, sodass der Scanner von einem leeren Raum ausgeht. Dies führt dazu, dass eine Wand oder ein Einrichtungsgegenstand, der im Scan erscheinen sollte, fehlt, weil das Licht in eine andere Richtung gelenkt wurde. Forscher bezeichnen diese Art von fehlenden Daten als das Gegenteil von künstlichen Daten.
Eine verspiegelte Wand kann einen Raum doppelt so tief erscheinen lassen, und eine Glastrennwand kann vollständig verschwinden. Diese Fehler machen sich nicht von selbst bemerkbar, daher ist eine sorgfältige Überprüfung wichtig.
Der Einfallswinkel beeinflusst das Ergebnis.
Oft wird empfohlen, Glas in steilen Winkeln zu scannen, um Reflexionen zu vermeiden, doch die Forschung zeigt das Gegenteil. Tests haben ergeben, dass Strahlen, die direkter auf die Oberfläche treffen, das Glas oder den Spiegel selbst eher erfassen. Mit flacher werdendem Winkel sinkt diese Wahrscheinlichkeit, und flache Winkel erzeugen durch abprallende Strahlen tatsächlich mehr falsche Geometrien.
Ein direkter Rücklauf ist am besten, da dies bedeutet, dass der Scanner das Glas selbst erfasst hat und nicht das, was sich dahinter befindet. Flache Winkel lenken den Strahl auf andere Objekte, was falsche Geometrien erzeugt.
Es gibt keinen perfekten Winkel für das Scannen. Sehr flache Winkel verschlimmern die Situation, und das direkte Scannen eines Spiegels kann den Sensor überlasten. Moderate, eher frontale Winkel liefern die besten Ergebnisse, aber kein Winkel löst das Problem vollständig.
Warum Photogrammetrie scheitert
Die Photogrammetrie verwendet keinen Laser. Sie rekonstruiert Geometrie, indem sie dieselben visuellen Merkmale in überlappenden Fotos findet und durch die Verschiebung dieser Merkmale zwischen den Standpunkten trianguliert.
Reflexionen verursachen Probleme, da sie nicht an einer festen Stelle auf der Oberfläche bleiben. Wenn Sie sich bewegen, bewegt sich die Reflexion anders als reale Objekte, sodass die Software keine echte Position dafür finden kann. Bei sauberem Glas gibt es kaum Merkmale für einen Abgleich, weshalb dieser Bereich vom Scan ausgeschlossen wird.
Beide Scanmethoden funktionieren am besten bei Oberflächen, die Licht gleichmäßig streuen – ein Vorgang, der als diffuse Reflexion bezeichnet wird. Die Oberflächenvorbereitung trägt dazu bei, diesen Effekt zu erzielen.
Methode 1: Physikalische Oberflächenvorbereitung
Das Auftragen einer Beschichtung ist die einzige Möglichkeit, das Problem an der Wurzel zu packen. Sie verwandelt eine glänzende Oberfläche in eine diffuse, die von beiden Scanmethoden präzise erfasst werden kann.
Sich verflüchtigendes Scanspray
Zweckgebundene Sprays sind die professionelle Wahl. Für den Einsatz vor Ort ist es entscheidend, dass sich hochwertige Produkte von selbst auflösen. AESUB blue hinterlässt eine dünne, etwa 8 bis 15 Mikrometer dicke weiße Schicht, die anschließend von selbst sublimiert. Das technische Datenblatt des Herstellers verweist auf Tests durch Dritte, die bestätigen, dass nach dem Auflösen keine Rückstände verbleiben. Die Formel ist zudem frei von Pigmenten, weshalb sie für den Einsatz in Laboren und Produktionsumgebungen zugelassen ist, in denen lose Partikel ein Problem darstellen würden, und weshalb nach der Anwendung keine Reinigung erforderlich ist.
Die Beschichtung hält nur etwa ein bis zwei Stunden. Sie können diese Zeit verlängern, indem Sie das Spray auf bestimmte Bereiche erneut auftragen, sobald es zu verschwinden beginnt. Sprühen Sie aus einer Entfernung von 15 bis 20 cm in gleichmäßigen Strichen und beginnen Sie mit dem Scannen, sobald die Schicht trocken ist. Arbeiten Sie bei großen Flächen in Abschnitten, damit die Beschichtung nicht verschwindet, bevor Sie fertig sind.
Wissen Sie, was Sie in der Hand halten. Das Sortiment von AESUB ist nicht austauschbar: Blue verflüchtigt sich von selbst, Transparent mattiert glänzende Oberflächen vorübergehend und White ist permanent. Jeder Typ hat spezifische Anforderungen an die Oberflächenverträglichkeit. AESUB blue ist für die meisten nicht porösen und empfindlichen Oberflächen sicher und eignet sich daher für fertiggestellte Innenräume und Kundenbereiche, in denen keine Rückstände verbleiben dürfen. AESUB transparent ist ebenfalls rückstandsfrei und für glänzende Oberflächen geeignet, sollte jedoch auf Spezialbeschichtungen getestet werden. AESUB white ist permanent und daher nur für Produktionsteile oder Oberflächen geeignet, bei denen keine Entfernung erforderlich ist.
Verwenden Sie niemals Sprays auf antikem Glas, Kunstwerken, Spezialbeschichtungen wie Low-E- oder UV-Folien, geätztem oder dekorativem Glas, historischen Oberflächen oder anderen Materialien, bei denen selbst vorübergehende Rückstände oder Wechselwirkungen Schäden verursachen könnten. Diese Oberflächen sollten immer geschützt und nur mit berührungslosen Methoden gescannt werden. In einem fertiggestellten Innenraum oder bei der Übergabe an einen Kunden ist die falsche Dose ein schwerwiegender Fehler.
Die Verwendung von Mattierungssprays ist beim Objekt-Scannen weit verbreitet, insbesondere bei Systemen wie Artec 3D. Es funktioniert bei kleinen Flächen besser als bei großen. Ein Badezimmerspiegel lässt sich problemlos beschichten, eine ganze Glasfassade hingegen nicht. Bei großen Glas- oder Spiegelflächen, bei denen Sprühen nicht möglich ist, sollten Sie sich auf Scantechniken und die Nachbearbeitung verlassen. Wählen Sie Ihre Aufnahmepositionen und Winkel sorgfältig aus, um Artefakte leichter erkennbar zu machen, und planen Sie eine digitale Bereinigung des Scans ein. Einige Lücken oder Artefakte sind unvermeidlich und müssen bearbeitet werden. Dieser Ansatz hilft, wenn Sie die Oberfläche vor Ort nicht vorbereiten können.
Malerkrepp
Klebeband mit geringer Klebkraft erfasst das Glas zwar nicht selbst, zeigt dem Scanner aber, wo sich die Oberfläche befindet. Das Abkleben des Spiegelrandes oder das Anbringen eines Rasters auf einer großen Scheibe bietet beiden Scanmethoden einen echten Referenzpunkt, sodass Sie die Begrenzung bei der Bereinigung leicht finden können. Es geht schnell, beschädigt nichts und reicht oft aus, wenn Sie lediglich die Öffnung lokalisieren müssen, anstatt das Glas zu modellieren.
Trockenshampoo und improvisierte Puder
Aerosol-Trockenshampoo kann funktionieren, indem es ein feines, mattes Puder hinterlässt, das Licht streut. Es ist jedoch nicht für diesen Zweck hergestellt, hinterlässt Rückstände, muss abgewischt werden und kann poröse oder fertiggestellte Oberflächen verfärben. Verwenden Sie es nur auf Ihrer eigenen Ausrüstung, wenn Sie keine andere Wahl haben, und niemals in den fertiggestellten Räumlichkeiten eines Kunden. Sich verflüchtigende Sprays wurden speziell entwickelt, um diese Reinigungsprobleme zu vermeiden.
Methode 2: Arbeitsabstand und Aufnahmeposition
Wenn Sie keine Beschichtung verwenden können, was bei großen Glasflächen häufig der Fall ist, wird Ihre Scantechnik zum wichtigsten Mittel, um Probleme zu reduzieren.
Verwenden Sie moderate Winkel anstelle von sehr flachen. Das Scannen von Glas in einem flachen Winkel erzeugt mehr, nicht weniger falsche Reflexionen. Winkel, die näher an einer direkten Draufsicht liegen, liefern bessere Ergebnisse vom Glas selbst.
Ändern Sie bewusst Ihre Scanposition. Dies ist eine hilfreiche Gewohnheit, da sie Fehler leichter erkennbar macht. Eine echte Wand sieht aus jedem Winkel gleich aus, aber eine Reflexion bewegt sich je nachdem, wo Sie stehen. Das Scannen desselben Glasbereichs aus verschiedenen Positionen hilft Ihnen, später den Unterschied zu erkennen.
Achten Sie auf Ihren Abstand zum Spiegel. Wenn Sie zu nah dran sind, ist das Rücksignal sehr stark. Ein Schritt zurück reduziert die Intensität.
Notieren Sie sich, was Sie sehen. Ein Foto des Glasbereichs mit dem Smartphone oder eine Notiz darüber, welche Wände verspiegelt sind, kann Ihnen später helfen, wenn Sie prüfen, ob ein Korridor im Modell echt ist.
Methode 3: Digitale Nachbearbeitung nach der Aufnahme
Sie können einige Artefakte bereits während des Scannens beheben, andere müssen jedoch später gelöscht werden. Das ist völlig normal und bedeutet nicht, dass Sie einen Fehler gemacht haben.
Beginnen Sie mit dem Zuschneiden in Polycam. Spiegelartefakte sind meist leicht zu finden, da sie außerhalb der tatsächlichen Gebäudegrenzen erscheinen – etwa als Raum, der über eine Außenwand hinausragt, oder als Duplikat des Raums, in dem Sie sich befinden. Durch das Zuschneiden auf die korrekte Kontur lassen sich die meisten dieser Fehler in einem Schritt entfernen.
Verwenden Sie CloudCompare für gezielte Bearbeitungen. Wenn Artefakte mit der tatsächlichen Geometrie verwoben sind, anstatt sauber außerhalb zu liegen, helfen die Segmentierungswerkzeuge von CloudCompare dabei, bestimmte Bereiche zu isolieren und zu löschen. Einige Softwarelösungen, einschließlich Plugins für CloudCompare und Tools in spezialisierten Punktwolken-Plattformen, bieten mittlerweile Funktionen zur automatischen Erkennung von Phantom-Geometrien durch Spiegel oder Glas, die auf gängigen Mustern oder Symmetrien basieren. Dies kann die Bereinigung bei großen oder wiederkehrenden Fehlern beschleunigen. Zudem liest das Programm PLY-Dateien nativ und behält benutzerdefinierte Skalarfelder bei, was beim Datenaustausch zwischen verschiedenen Tools wichtig ist. Informationen zu den Formaten für diesen Datentransfer finden Sie im Artikel „Point Cloud Export Formats Explained“.
Bereinigen Sie Ihren Scan, bevor Sie ihn in ReCap oder Revit importieren. Autodesk ReCap übernimmt alle Daten, die Sie importieren. Jede Phantom-Geometrie, die in die RCP-Datei gelangt, führt später zu Problemen bei der Modellierung. Es ist wesentlich einfacher, einen falschen Raum in der Punktwolke zu löschen, als ihn nachträglich zu korrigieren.
Stellen Sie sich auf Lücken ein. Durch das Zuschneiden werden fehlerhafte Daten entfernt, aber keine neuen Informationen hinzugefügt. Wenn dort eine Glaswand war, werden Sie eine Öffnung im Scan sehen. Benötigt das Modell diese Wand, muss sie anhand der erfassten Maße oder Rahmen manuell eingezeichnet werden. Dies ist die Grenze aktueller Feldmethoden. Erklären Sie Kunden vorab, dass transparente und spiegelnde Oberflächen eine bekannte Herausforderung für alle Scantechnologien darstellen. Lücken oder fehlendes Glas sind daher normal und werden manuell anhand von Referenzpunkten ergänzt. Wenn Sie diese Erwartungen frühzeitig klären, vermeiden Sie spätere Überraschungen.
Um vollständigere Modelle zu erstellen, beinhalten manche Arbeitsabläufe das manuelle Hinzufügen fehlender Glasflächen in CAD- oder BIM-Software unter Verwendung von Referenzpunkten aus dem Scan. Es gibt auch fortschrittliche KI-Tools, die wahrscheinliche Formen für fehlendes Glas vorschlagen oder ergänzen können, insbesondere bei Standardfällen wie Vorhangfassaden oder Trennwänden. Diese erfordern jedoch eine sorgfältige Überprüfung und können echte Scandaten nicht ersetzen.
Wie die Funktionen von Polycam helfen
Bestimmte Schritte im Arbeitsablauf helfen Ihnen dabei, Reflexionsfehler leichter zu erkennen und zu beheben.
Virtuelle Rundgang-Foto-Overlays dienen als Verifizierungsschritt. Wenn das Modell einen Korridor zeigt, das Foto aber einen Spiegel, haben Sie Ihr Artefakt gefunden.
Der 2D-Grundriss-Editor ist oft der Ort, an dem Spiegelartefakte offensichtlich werden, da ein Phantom-Raum einen Grundriss erzeugt, der nicht zum Gebäudeumriss passt. Die Korrektur des Plans ist schneller als die Bearbeitung der 3D-Daten.
FAQ
Wie geht man bei 3D-Scans mit reflektierendem Glas und Spiegeln um?
Es gibt drei Hauptansätze, die oft kombiniert werden. Erstens: Beschichten Sie die Oberfläche nach Möglichkeit mit einem temporären Mattierungsspray. Zweitens: Scannen Sie aus mehreren Positionen in moderaten Winkeln, um Reflexionen von echten Objekten unterscheiden zu können. Drittens: Schneiden Sie verbleibende Phantom-Artefakte während der Bereinigung heraus.
Warum zeigt mein 3D-Scan einen doppelten Raum hinter einem Spiegel?
Der Strahl des Scanners traf auf den Spiegel, wurde auf ein anderes Objekt reflektiert und kam dann zurück. Da der Sensor nur die Gesamtdistanz misst, platziert er das Objekt so, als befände es sich hinter dem Spiegel, wodurch ein Spiegelbild des Raums entsteht. Dies ist eine Fehlmessung, die nicht durch einen erneuten Scan auf die gleiche Weise behoben werden kann.
Warum verschwindet Glas komplett aus meinem Scan?
Klares Glas lässt den Großteil des Laserimpulses durch, sodass der Scanner das misst, was sich hinter dem Fenster befindet, anstatt das Glas selbst. Die Photogrammetrie hat ein ähnliches Problem, da sauberes Glas kaum Merkmale zur Nachverfolgung aufweist und dieser Bereich daher im Scan fehlt.
Beschädigt Scanspray Oberflächen?
Verflüchtigende Sprays wie AESUB blue wurden speziell entwickelt, um dies zu vermeiden. Die Beschichtung sublimiert und hinterlässt laut den vom Hersteller zitierten Tests Dritter keinerlei Rückstände. Es ist zudem pigmentfrei, was den Einsatz in Laboren und sauberen Produktionsbereichen ermöglicht. Das eigentliche Risiko besteht darin, das falsche Produkt zu wählen, da AESUB white für eine dauerhafte Anwendung konzipiert ist.
Sollte ich Glas in einem 45-Grad-Winkel scannen?
Oft hört man, dass man Glas in einem 45-Grad-Winkel scannen sollte, doch die Forschung stützt dies nicht. Flache Winkel erzeugen tatsächlich mehr Fehlreflexionen, da der Strahl auf andere Objekte abgelenkt wird. Winkel, die näher an einer direkten Draufsicht liegen, liefern bessere Ergebnisse vom Glas selbst. Das Scannen eines Spiegels direkt von vorne kann ebenfalls Probleme verursachen, daher sind moderate Winkel die beste Wahl.
Können professionelle Scanner das besser bewältigen?
Professionelle Scanner bewältigen dies zwar besser, sind aber nicht immun dagegen. Alle Scanner unterliegen denselben physikalischen Gesetzen, da es um das Verhalten von Licht auf glänzenden Oberflächen geht und nicht um das Gerät selbst. High-End-Systeme bieten zwar mehr Optionen zur Filterung von Reflexionen, doch Glas und Spiegel bleiben eine bekannte Herausforderung.
Reflektierende Oberflächen sind tückisch, da ihre Probleme nicht sofort offensichtlich sind. Ein Geisterraum wirkt echt, und eine fehlende Glaswand sieht einfach wie ein offener Bereich aus. Die wichtigste Gewohnheit ist die Überprüfung Ihrer Arbeit. Scannen Sie aus ausreichend vielen Positionen, um Daten zu sammeln, und vergleichen Sie das Modell anschließend mit dem, was Sie vor Ort tatsächlich gesehen haben.
