Von swisstopo-Geodaten zum druckbaren 3D-Modell.

Wie lässt sich ein Ausschnitt der realen Schweizer Landschaft mitsamt Gebäuden massstabsgetreu auf einem 3D-Drucker herstellen?

Die hochauflösenden Geodaten von swisstopo bilden dafür eine ausgezeichnete Grundlage. Allerdings sind diese Daten nicht unmittelbar für den 3D-Druck geeignet. Insbesondere die komplexen Gebäudegeometrien müssen umfangreich aufbereitet werden.

Im Rahmen dieses Projekts entstand eine weitgehend automatisierte Verarbeitungskette, die Geländedaten und dreidimensionale Gebäudemodelle zusammenführt und daraus druckbare Modelle erzeugt.

Eine besondere Herausforderung ist die Darstellung grösserer Landschaftsausschnitte bei begrenzter Druckfläche. Dafür können unterschiedliche Massstäbe innerhalb eines Modells kombiniert werden: Der zentrale Bereich wird detailliert dargestellt, während die umliegende Landschaft zum Rand hin zunehmend verkleinert wird.

So lassen sich Gebäude und Gelände im interessierenden Bereich präzise abbilden, ohne den geografischen Zusammenhang zu verlieren. Die dafür notwendige Transformation der Geometrien erfolgt bereits während der digitalen Modellaufbereitung.

Die Grundlage bilden zwei Datensätze des Bundesamts für Landestopografie:

• swissALTI3D: Ein digitales Höhenmodell, das die Geländeoberfläche detailliert beschreibt.
• swissBUILDINGS3D 3.0: Dreidimensionale Gebäudegeometrien mit Dachformen, Fassaden und weiteren geometrischen Informationen.
• eigene Datenquellen: geplante Gebäude, zum Beispiel im IFC Format, können nahtlos in die Modelle integriert werden

Alle Datensätze werden geografisch aufeinander abgestimmt, auf das gewünschte Gebiet zugeschnitten und in den Massstab des Druckmodells übertragen.

Während sich ein digitales Höhenmodell vergleichsweise direkt in ein Geländeprofil umwandeln lässt, ist die Verarbeitung der Gebäude erheblich anspruchsvoller.

Die von swisstopo bereitgestellten Geometrien dienen primär der geografischen Modellierung und Visualisierung. Für den 3D-Druck müssen daraus geschlossene, geometrisch konsistente Körper entstehen.

Dabei stellten sich insbesondere folgende Aufgaben:

• Dachgeometrien erhalten: Komplexe Dächer sollen auch nach der Verarbeitung ihre ursprüngliche Form behalten.
• Gebäude schliessen: Einzelne Dach- und Fassadenflächen müssen zu druckbaren Volumenkörpern zusammengeführt werden.
• Geländeanschluss herstellen: Gebäude müssen korrekt auf dem Gelände stehen, ohne schwebende Teile oder störende Stufen an den Fassaden.
• Gebäude zuschneiden: Gebäude an den Grenzen des gewählten Ausschnitts müssen sinnvoll abgeschlossen werden.
• Geometriefehler behandeln: Offene Kanten, überlappende Flächen und ungültige Volumenkörper können bei der weiteren Verarbeitung und beim Slicing Probleme verursachen.

Gerade diese Aufbereitung erforderte zahlreiche Versuche und Anpassungen. Ziel war es, die geometrische Qualität der Originaldaten möglichst weitgehend zu erhalten und gleichzeitig robuste Druckmodelle zu erzeugen.

Physische Geländemodelle machen räumliche Zusammenhänge unmittelbar verständlich. Sie eignen sich beispielsweise für die Architektur und Raumplanung, die Visualisierung von Bauvorhaben oder die anschauliche Darstellung komplexer Landschafts- und Siedlungsstrukturen.

Durch die Kombination bestehender Geodaten mit digitalen Gebäudemodellen lassen sich auch geplante Bauwerke in ihre Umgebung integrieren. Austauschbare Gebäudeteile ermöglichen es, unterschiedliche Planungsvarianten direkt am Modell zu vergleichen.

Der eigentliche Mehrwert liegt dabei in der Verbindung unterschiedlicher Datenquellen und der automatisierten Aufbereitung zu einer geometrisch konsistenten, physisch herstellbaren Darstellung.

Die Verarbeitung erfolgt mit einer eigens entwickelten, Python-basierten Software.

Sie übernimmt die Beschaffung und Auswahl der benötigten swisstopo-Daten, die geografische Verarbeitung, die Erzeugung der Geländeoberfläche und die Integration der Gebäude.

Unterschiedliche Datenformate und Gebäudegeometrien erfordern dabei verschiedene Verarbeitungswege. Neben CityGML-Daten werden auch Geometrien aus File-Geodatabases verarbeitet.

Das Ergebnis wird als STL-Modell für die weitere Druckvorbereitung bereitgestellt.

Das Projekt zeigt, wie aus komplexen, für andere Anwendungszwecke entwickelten Geodaten druckbare Modelle entstehen können.

Der Schwerpunkt liegt weniger auf dem eigentlichen Druckvorgang als auf der automatisierten Verarbeitung und geometrischen Aufbereitung der Ausgangsdaten.

Die entstandene Verarbeitungskette ermöglicht es, unterschiedliche geografische Ausschnitte mit ihren Gebäuden als physische Modelle darzustellen.