Was ist eine Punktwolke?
Computermodellierung und computergestützte dreidimensionale Grafiken basieren auf einer Reihe von Punkten entlang der Oberfläche, um eine ordnungsgemäße Wiedergabe zu gewährleisten. Mehrdimensionale Punkte liefern Computern die Informationen, die zur Wiederherstellung eines physischen Objekts in einer digitalen dreidimensionalen Ebene erforderlich sind. Die mit einem bestimmten Modell, Bild oder einer anderen Grafik verknüpften Punkte werden durch X-, Y- und Z-Koordinaten definiert. Alle Koordinaten, die sich auf ein solches Bild beziehen, sind in einem Konzept enthalten, das als Punktwolke bezeichnet wird. Punktwolken stellen alle Koordinaten dar, die zur Veranschaulichung der äußeren Oberfläche eines dreidimensionalen Objekts beitragen.
Branchen wie das verarbeitende Gewerbe nutzen eine Punktwolke für das Reverse Engineering, die Qualitätssicherung, die Anpassung und das Produktdesign. Mithilfe von CAD-Modellen (Computer Aided Design) kann ein bestimmtes Teil gescannt und auf Genauigkeit und Standardisierung analysiert werden. Wenn ein fertiges Teil gescannt und in eine Reihe von Koordinaten konvertiert wird, sollte es mit den CAD-Modellen übereinstimmen, wenn die Renderings überlagert werden. In der medizinischen Fertigung kann die Verwendung einer ähnlichen 3D-Modellierung die Anpassung von Medizinprodukten an die Bedürfnisse bestimmter Patienten unterstützen. Medizinische Bildgebung, wie 3D-Computertomographie (CAT), verwendet ebenfalls solche Datenkompressionstechniken, um Bilder in ein drei- oder vierdimensionales Computermodell umzuwandeln und zu kompilieren.
Eine Punktwolke allein kann keine computergestützte Rekonstruktion eines Objekts darstellen. Stattdessen werden Punktwolken verwendet, um ein Modell mit einer Vielzahl von Oberflächenrekonstruktionsmethoden zu erstellen. Ein Dreiecksnetzmodell verbindet beispielsweise Scheitelpunkte mithilfe einer Reihe von Dreiecken, um einen groben Umriss der Oberfläche eines Objekts zu erstellen. CAD- und NURBS-Oberflächenmodelle (Non-Uniform Rational Basis Spline) werden häufig auch mit verschiedenen Anwendungen und Oberflächenrekonstruktionsmethoden in Verbindung gebracht.
Dreidimensionale Renderings sind nicht die einzige Verwendung für eine Punktwolke. Beim Rendern der Oberfläche eines Objekts führt das Hinzufügen von Farb- oder Texturinformationen zu einer vierdimensionalen Punktwolke. Diese zusätzlichen Informationen ermöglichen dem Benutzer mehr Flexibilität bei der Arbeit mit rekonstruierten Bildern und Objektoberflächen. Mit Bildern, die eine Punktwolke mit Farbinformationen verwenden, kann die Datenverarbeitungssoftware ein realistischeres Computermodell rekonstruieren.
Für die Erfassung von Scans zur Umwandlung in eine Punktwolke sind spezielle Geräte erforderlich, um die für die Rekonstruktion erforderlichen Detailinformationen bereitzustellen. Es werden spezielle 3D-Kameras, Laserscanner und andere Geräte sowie ein Verarbeitungsframework zum Interpretieren und Rendern von Punktwolkendaten benötigt. Bestimmte Computerprogramme können Punktwolkenmodelle basierend auf synthetisch eingegebenen Variablen rendern. Die Verarbeitung von synthetischen Punktwolken erweitert die computergestützten Modellierungsoptionen für die Fertigung, medizinische Geräte, computergenerierte Grafiken für Filme und die Erstellung virtueller Welten oder virtueller Umgebungen weiter.