Automatische Gebäuderekonstruktion mittels parametrisierter Komponenten

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein vollautomatisches Verfahren zur Rekonstruktion von Gebäuden anhand von 3D-Liniendaten, die aus mehrfach überdeckenden Luftbildern hergeleitet wurden. Die dazu eingesetzte Volumenmodellierung verwendet semantisches Wissen in Form von parametrisierten, gebäudespezifischen Komponenten. Diese werden durch spezialisierte CSG Operationen miteinander verbunden. Die nichtlineare und symbolisch repräsentierte Parametrisierung der Komponenten bleibt dabei erhalten. Explizte Constraints schränken die Parameterbelegungen auf für Gebäude gültige Werte ein.<br /> Zur Rekonstruktion wird das Prinzip der Hypothesenkonstruktion und -verifizierung eingesetzt. Die Hypothesenkonstruktion erfolgt durch gezielte Anwendung von vier Arten von Operationen. Indizierung anhand der 3D Beobachtungen erzeugt die initialen Komponenten. Teilbeobachtungen von gleichen Komponenten werden durch die Unifizierung zusammen geführt. Die Aggregation verbindet Komponenten iterativ zu vollständigen Gebäuden. Mit der Prädiktion werden fehlende Beobachtungen ergänzt.<br /> Um Hypothesen mit einer minimalen Anzahl dieser -- in der praktischen Umsetzung teuren -- Operationen erzeugen zu können werden drei alternative Algorithmen zur Reihenfolgesteuerung vorgestellt. Neben einem simplen Verfahren das den generellen Ablauf illustriert, wird der A* Algorithmus eingesetzt, mit dem gewisse Optimalitätseigenschaften bewiesen werden. Des weiteren hat ein auf der Gestaltgrammatik basierendes kombinatorisches Verfahren zu sehr guten praktischen Ergebnissen geführt.<br /> Die Verifizierung der Gebäudehypothesen basiert auf der Schätzung von deren Parameterbelegungen und der Anwendung des Prinzips der kleinsten Beschreibungslänge. Wenn eine Hypothesen von der Bewertung ihrer Parameterschätzung unterstützen wird, dann wird sie in die originalen Luftbilder zurück projiziert und anhand von Ansichtenhierarchien verifiziert.<br /> Die in der Arbeit beschriebenen Modellierungen und Verfahren wurden realisiert und anhand von bekannten Datensätzen erfolgreich evaluiert.