In seinem vorausschauenden Werk malte der Informatiker und Autor ein Bild von der Welt von morgen – einer Welt, in der die physische Realität perfekt in digitaler Form dargestellt wird; einem lebendigen Dokument gleich, das in Echtzeit sämtliche Feinheiten unserer Gesellschaft wiedergibt.
Was genau ist mit einer gespiegelten Welt gemeint? Ein Zitat aus Gelernters richtungsweisendem Werk:
Es handelt sich um Softwaremodelle eines Ausschnitts der Realität, eines Teils der realen Welt, die draußen vor Ihrem Fenster stattfindet. Ganze Fluten von Informationen strömen in das Modell (durch ein riesiges Labyrinth von Softwareleitungen und -schläuchen): derart viele Informationen, dass das Modell sämtliche in der Realität ablaufenden Vorgänge exakt nachbilden kann, und zwar jeden einzelnen Moment. Eine gespiegelte Welt ist ein bewegtes, realitätsgetreues Spiegelbild einer riesigen Institution, gefangen in einem Computer – wo man es als Ganzes sehen und begreifen kann. Auch die einen umgebende, dichte, betriebsame Subwelt befindet sich nun als Objekt in Ihren Händen.
Zweiunddreißig Jahre später haben sich diese Voraussagen tatsächlich erfüllt. Dank der 3D-Laserscan-Technologie, der statischen terrestrischen sowie der mobilen SLAM-Technologie (simultane Lokalisierung und Kartierung) werden jeden Tag weltweit Millionen physischer Objekte – von Menschenhand sowie von der Natur geschaffene – wie Wohn- und Geschäftsgebäude, Kraftwerke, Industrieanlagen und unterirdische Anlagen wie Bergwerke zu virtuellen Modellen mit digitalen Daten.
Zwei Wege, ein Pfad
In der fast 60-jährigen Geschichte von terrestrischen (statischen bzw. ortsfesten) Laserscans und der etwas jüngeren Geschichte des mobilen Scannens (mobile Realitätserfassung) schlugen die beiden verwandten, aber unterschiedlichen Technologien jedoch unterschiedliche Wege ein.
Die terrestrischen Laserscanner (TLS) des Unternehmens überzeugten durch die immer höhere Genauigkeit und Präzision der Technologie, deren Anwendungsbereiche vom Reverse Engineering und der Qualitätskontrolle über die forensische Analyse im Bereich der öffentlichen Sicherheit bis hin zur Punktewolkenmodellierung für Architektur, Ingenieurwesen und die Baubranche reichen. Die Unternehmen waren sich der begrenzten Datengranularität ihrer Produkte bewusst und warben stattdessen für die Schnelligkeit der Datenerfassung, die Benutzerfreundlichkeit, Kosteneinsparungen und die Mobilität ihrer Technologie, mit der das Projektmanagement und die Überwachung von Bau- und Infrastrukturprojekten sowie von Bergbauarbeiten mit maximaler Effizienz vorangetrieben werden können – und das bei kürzeren Fertigstellungszeiten und besseren Ergebnissen.
Zwar war dies kein wörtlicher Slogan der Branche, dennoch galt beim mobilen Scannen zunehmend das Mantra „die Perfektion darf nicht zum Feind des Guten werden“. Bei vielen Projekten, so die Argumentation, sei ein mobiler Hochgeschwindigkeitsscan mit geringerer Auflösung mehr als ausreichend.
Inzwischen laufen diese einst getrennten Wege jedoch wieder zusammen. Diese Veränderung vollzieht sich unter der Führung innovativer Unternehmen auf beiden Seiten der Realitätserfassungsbranche, und zwar aus zwei Gründen:
- Man kam zu der Erkenntnis, dass insbesondere bei AEC- und Bergbauanwendungen – wie der Konvergenzanalyse, Kartierung des Produktionsfortschritts, Überprüfung von vertikalen Schächten, Haldenvolumen, geologischer Kartierung sowie bei Design und Planung – die Zweiteilung in mobile und statische Scans viel differenzierter ausfällt; es gibt tatsächlich viele Beispiele, bei denen sowohl hochauflösende terrestrische Scans als auch schnelle mobile Scans mit geringerer Auflösung bei ein und demselben Projekt sinnvoll sein können.
- Fortschritte bei auf SLAM basierenden Softwarealgorithmen, der Geschwindigkeit der Datenverarbeitung sowie Online- und Offline-Arbeitsabläufen ermöglichen die Zusammenführung von statischen und mobilen Scantechnologien in einheitliche Hardware- und Softwaresysteme – in diesen Anwendungsfällen erfüllen mobile Scangeräte im Wesentlichen eine Doppelrolle und verbinden so das Beste aus beiden Welten.
Mit anderen Worten ist „gut genug“ möglicherweise immer noch „gut genug“ für die meisten mobilen Scananwendungen. Wenn jedoch die Technologie an ihre Grenzen stößt oder ein spezieller Anwendungsfall in einem Bergbau- oder AEC-Projekt aufkommt (sowie in anderen Projekten, wie in weiteren Artikeln erläutert), kann das statische Scannen das Datenbild vervollständigen und Lücken schließen, die bei einem mobilen Scan unter Umständen übersehen werden.
Es gibt zahlreiche Beispiele für derartige Anwendungen. Bei AEC sind, wie auch im Bergbau, die Darstellung des Produktionsfortschritts und die Projektüberwachung besonders wichtig. Es gibt in beiden Branchen eine Vielzahl von Beteiligten, und viele von ihnen sind Tausende von Kilometern vom jeweiligen Projektstandort oder dem Bergwerk entfernt. Mit einem mobilen Scan auf SLAM-Basis lässt sich ein großes Areal erfassen, ohne dass dafür eine GPS-Triangulation von ausreichender Qualität erforderlich ist. Man erhält damit bereits einen Überblick über den aktuellen Stand eines Projekts.
Das Verfahren ist denkbar einfach: Punktewolken werden in einem Softwareprogramm verarbeitet und mit früheren Scans oder CAD-Modellen verglichen. Nach Abschluss der Bearbeitung wird eine digitale Datei erstellt (oft ein einfaches PDF-Format) und an die Beteiligten gesendet. Zwar kann dieses Ziel auch mit einem herkömmlichen statischen 3D-Laserscanner erreicht werden (und zwar mit extremer Genauigkeit), allerdings kann dies mit einem mobilen Scanner in ausreichender Qualität, zu einem wettbewerbsfähigeren Preis und mit viel höherer Geschwindigkeit erledigt werden – was den gesamten Prozess beschleunigt. Genau das ist das entscheidende Argument für mobile Scans. Warum sollte man das 750-Dollar-Steakmesserset aus Damaszenerstahl verwenden, das man zur Hochzeit geschenkt bekommen hat (oder sogar das 500-Dollar-Set, das man zusammen mit dem neuen Grill gekauft hat), wenn ein Edelstahlmesser von IKEA genau so gut funktioniert?
Allerdings gibt es auch bei diesem hypothetischen Projekt Bereiche, in denen ein statischer Scan, also das „Messer aus dem Hochzeitsgeschenk“ oder sogar das „Grillmesser“, am sinnvollsten ist. Dies ist häufig bei MEP-Anwendungen (Mechanik, Elektrik und Sanitärtechnik) der Fall. Hier übersteigt die erforderliche Granularität für die detaillierte Erfassung aller Rohrleitungen in einem Gebäude oder in einem MEP-Raum die Möglichkeiten eines mobilen Scans. In diesem Fall sind terrestrische Laserscanner (oder vergleichbare Lösungen) am nützlichsten.
Das Gleiche gilt für Anwendungen im Bergbau. Ein mobiler Scanner eignet sich zwar hervorragend für die oben erwähnte Konvergenzanalyse, die Abbildung des Produktionsfortschritts, die Prüfung von vertikalen Schächten und das Haldenvolumen, allerdings ist diese Technologie nicht so ideal, wenn ein Projekt eine detaillierte Analyse der Struktur und Konfiguration einer bestimmten geologischen Formation erfordert. Das Gleiche gilt für die Konzeption und Planung von Bergwerken, bei denen sichergestellt werden muss, dass neue Tunnel, Rampen und Abbaustellen an die bestehende Infrastruktur und die geologischen Gegebenheiten angepasst werden.
Die unvergängliche Weisheit von „Zwei zum Preis von einem“
Dabei stellt sich natürlich eine Frage. Wenn das mobile Scannen und das terrestrische Scannen weniger als „Frenemies“ (freundschaftlich verbundene Konkurrenten, wenn Sie so wollen) und mehr als echte Partner wahrgenommen werden, was hält dann Architekten, Ingenieure, Bergleute und Verantwortliche aus anderen Branchen davon ab, einen hochmodernen mobilen SLAM-basierten Scanner und einen statischen 3D-Laserscanner der Spitzenklasse anzuschaffen?
Die kurze Antwort lautet: nichts. Manchmal sind eigenständige mobile Scanner und eigenständige Laserscanner tatsächlich die richtigen Werkzeuge für die jeweilige Aufgabe – auch wenn das bedeutet, dass man zwei bekommt, aber auch zwei bezahlt.
Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung beider Technologien werden auf dem Markt jedoch zunehmend kombinierte Geräte zu finden sein, d. h. mobile Scanner, die auch statische Scanfunktionen bieten, auch wenn diese Funktionen einen TLS nicht vollständig ersetzen können. (Zumindest noch nicht.)
Die Vorteile eines solchen Hybridgeräts liegen auf der Hand. Ein mobiler Scanner, der neben bewegten auch qualitativ hochwertige statische Scans erstellen kann, ermöglicht Folgendes:
- Geringere Anschaffungskosten – Sie erhalten praktisch zwei Geräte zum Preis von einem.
- Verschlankung der Lasertechnik im Unternehmen – ein Gerät für alles (in den meisten Fällen).
- Bessere Mobilität im Einsatz – Für schwer zugängliche Stellen wie unterirdische Anlagen oder Wälder mit dichtem Bewuchs und Unterholz – oder sogar bei Zwischendecken in Büroräumen.
- Einfachere Softwaresysteme – Mit nur einer Software können alle Anforderungen an die Verarbeitung, Speicherung, Filterung und Registrierung eingehender Daten erfüllt werden.
- Geringeres Gewicht und weniger Platzbedarf vor Ort – Dadurch sinkt die Verletzungsgefahr und die Agilität beim Scannen steigt. (Mit modernen mobilen Hand- oder Stabscannern ist die Datenerfassung während des normalen Gehtempos des Benutzers möglich. Und abhängig von der gewünschten Datenqualität, die Benutzer vor Ort erheben wollen, manchmal auch wesentlich schneller).
- Schnellerer Projektabschluss – Zeitersparnis (bis zu 10-mal schneller als herkömmliche TLS) und Kostenersparnis durch Reduzierung von Vor-Ort-Terminen, weniger Personal, weniger Materialverbrauch und schnellere Genehmigungsverfahren. Mit einem solchen Gerät dauert die Erfassung von Umgebungen, für die bisher Wochen benötigt wurden, jetzt nur noch Tage.
Terrestrische Lasercans/das mobile Scannen und die entsprechenden Hard- und Softwareanwendungen stellen somit nicht nur eine echte Innovation dar, sondern bilden auch die Grundlage für die Art und Weise, wie weltweit Daten erfasst, verarbeitet und weitergegeben werden. Dies gilt insbesondere für Anwendungen in den Bereichen AEC und Bergbau, wo sich sowohl das statische als auch das mobile Scannen weiterhin als sinnvoll erweisen. Aber auch andere Sektoren profitieren von dieser Entwicklung: Bildungswesen, Sicherheits- und Verteidigungsindustrie, Versorgungsunternehmen und Energieversorger, Behörden sowie Transport- und Logistikdienste – all diese Bereiche werden in weiteren Artikeln thematisiert.
Während sich die Möglichkeiten von SLAM-fähigen und LiDAR-basierten Präzisionsmesssystemen immer weiter entwickeln, obliegt es den Herstellern – und Anbietern – dieser Technologie, die komplexen Grundlagen zu erläutern, die die Grundlage für den fortschreitenden digitalen Wandel unserer Welt bilden.
In seinem 1995 erschienenen Buch „Der Drache in meiner Garage. Oder die Kunst der Wissenschaft, Unsinn zu entlarven“ beschreibt der verstorbene Carl Sagan, Astronom und begnadeter Wissenschaftspublizist, den Sachverhalt wohl am „Reden Sie mit dem allgemeinen Publikum nicht so, wie Sie mit Ihren wissenschaftlichen Kollegen sprechen würden. Es gibt Begriffe, deren Bedeutung Sie gegenüber anderen Experten rasch und exakt vermitteln können. Sie verwenden diese Ausdrücke wahrscheinlich tagtäglich bei Ihrer Arbeit. Aber bei einem Publikum aus Laien stiften sie nur Verwirrung.“Koryphäen wie Sagan und David Gelernter, der Autor von Mirror Worlds, lagen richtig. Ob die Entwickler von 3D-Laserscannern und ihre Kunden das auch sind, wird sich noch zeigen. Dieser Artikel stellt den Auftakt zu einer vielseitigen und spannenden Auseinandersetzung mit der Frage dar, wohin uns die Zukunft der Hybridtechnologie für statisches und mobiles Scannen mit einem Gerät führen wird.
Oder wie Gelernter es so treffend formulierte:
„Technologie ist wie das Meer an einem klaren, frischen Frühlingstag. Aus der Distanz glitzernd; atemberaubend kalt; berauschend, wenn man einmal reingesprungen ist.“
Lassen Sie uns gemeinsam „springen“.