"Photogrammetrie und 3D-Modellierung" im interdisziplinären Projekt "Altbergbau 3D"

Das Projekt Altbergbau 3D ist ein interdisziplinäres Projekt zur Erforschung und Dokumentation des montanhistorischen Erbes im Harz. Nähere Information in der Projekthomepage altbergbau3d.de

Projektpartner

  • Arbeitsstelle Montanarchäologie des Niedersächsischen Landesamtes für Denkmalpflege,
  • Institut für Geotechnik und Markscheidewesen der Technischen Universität Clausthal,
  • Weltkulturerbe Museum und Besucherbergwerk Rammelsberg

Unterstützende und nicht geförderte Partner

Stiftung Bergwerk Rammelsberg mit Oberharzer Bergwerksmuseum, Altstadt von Goslar und Oberharzer Wasserwirtschaft, Oberharzer Bergwerksmuseum sowie Bergbau Goslar GmbH.

Förderung durch BMBF-Förderlinie: „eHeritage“   

Teilprojekt „Photogrammetrie und 3D-Modellierung“

Schwerpunkte dieses Teilprojektes sind

  • die 3D-Aufnahme von Grubenbauten im Rammelsberg und die Erzeugung entsprechender 3D-Modelle,
  • die digitale 3D-Aufnahme historischer Bergbau- und Funktionsmodelle aus regionalen Fachmuseen sowie die Erzeugung entsprechender 3D-Modelle,
  • Erfassung von Metadaten, Erstellung eines Datenmodells entsprechend LIDO-Standard,
  • Anpassung eines 3D-Viewers zur online-Eingabe und Abfrage der Datenbestände.

 

 

Aufnahme und Digitalisierung

Für die Aufnahme der Hohlräume und der Bergbaumodelle und die Umsetzung in digital nutzbare dreidimensionale Objekte verwendet die Projektgruppe das „Structure from Motion“ Verfahren (SfM). Datengrundlage für dieses Verfahren ist die vollständige Erfassung des Hohlraumes bzw. Bergbaumodells mittels Fotos aus verschiedenen Blickwinkeln. Diese Mehrfacherfassung eines jeden Objektpunktes ermöglicht dessen Positionierung im Raum und die Generierung einer dreidimensionalen Punktwolke. Die Einzelpunkte dieser Wolke werden dann zu einem dreidimensionalen Oberflächenmodell vermascht.

In diesem Projekt werden zusätzlich auf den Objekten photogrammetrische Zielmarken eingesetzt. Diese unterstützen zum einen das Auffinden identischer Punkte mit den SfM-Algorithmen. Des Weiteren ermöglicht die tachymetrische Einmessung der Zielmarken die realitätstreue Skalierung innerhalb des Modells, sowie eine spätere Verortung in einem übergeordneten Koordinatensystem. Somit können untertägige Hohlräume des Rammelsberges durch Kombination mit einem digitalen Geländemodell realitätsgetreu in Bezug zur Situation an der Tagesoberfläche dargestellt werden.

Mit den o.g. Verfahren lässt sich den Herausforderungen der Digitaliserbarkeit der Objekte in besonderer Weise begegnen. So ermöglicht SfM die flexible Positionierung der Kamera, die nicht genau bekannt sein muss, sondern per Algorithmus ermittelt wird. Dies bietet sowohl bei den komplexen, teils verwinkelten und schlecht begehbaren Grubenbauen, als auch bei den filigranen detailreichen Bergbaumodellen, die Möglichkeit mit größenordnungsmäßig mehreren hundert bis zu mehreren tausend Fotos ein möglichst naturgetreues 3D-Abbild zu erzeugen.

Datenbank und Dokumentation

Die digitalisierten Grubenbaue und Bergbaumodelle werden mit interdisziplinären Informationen aus der Montanarchäologie und Bergbauhistorik verknüpft. Dazu wird in Zusammenarbeit mit diesen Disziplinen ein Datenbankschema erarbeitet.

Projektstand (März 2021)

Bisher wurden im untertägigen Rammelsberg mehr als fünfzigtausend Fotos aufgenommen sowie hunderte photogrammetrische Zielmarken eingemessen. Diese wurden zu einem 3D Modell verarbeitet und stehen den projektbeteiligten Archäologen und Historikern zur Auswertung und Interpretation zur Verfügung. Zusätzlich wurde auch die Möglichkeit der virtuellen Exploration und Begehbarkeit mittels VR Brille realisiert.

Derzeit arbeitet die Projektgruppe an der photogrammetrischen Aufnahme und 3D-Digitalisierung der historischen Bergbaumodelle. Bisher wurden das Saigermodell der Grube Dorothea/Caroline von Markscheider E. Borchers aus dem Jahre 1849 als Punkwolke (http://altbergbau3d.de/2019/09/12/digitalisierung-der-bergbaumodelle/) und das Funktionsmodell der Sicherung der Rosenhöfer Fahrkunst als vermaschtes 3D Modell realisiert.

Im Laufe des Projektes wurden weitere historische Bergbaumodelle aus dem Oberharzer Bergwerksmuseums digitalisiert. Hierzu zählt zum Beispiel das im Jahr 1928 von Oskar Langer erstellte Tischmodell der ehemals freien Bergstädte Clausthal und Zellerfeld. Auf der Grundlage historischer Risse und Pläne rekonstruiert, zeigt es die Gebäude und Bergbaulandschaft um 1650.

Das digitale Modell besteht aus rund 35 Millionen vermaschten Punkten. Dafür wurden vor Ort im Clausthaler Bergwerksmuseum über 600 Fotos aus verschiedenen Blickwinkeln gemacht und mit der Structure from Motion Technik verarbeitet. Eine besondere Herausforderung spielten bei der Aufnahme des hinter Glas befindlichen Modells die Lichtspiegelungen, die durch Abdunklung und lange Belichtungszeiten, sowie den Einsatz eines Polarisationsfilters minimiert wurden.

Veröffentlichungen

Malek, K., Schmidt-Händel, A., Drechsler, G., Schäfer, T., Hannemann, W., Dettmer, H.-G.: Neue Ansätze zur Entwicklung der Wasserhaltung im Rammelsberg und erste Einblicke in die dreidimensionale Aufnahme der historischen Bergbaumodelle im Rahmen des Vorhabens "Altbergbau 3D. Ein interdisziplinäres Projekt zur Erforschung des montanhistorischen Erbes im Harz". Der Anschnitt 72, 2020, H. 5, S. 177-196.

Katharina Malek, Hans-Georg Dettmer, Wilhelm Hannemann, Astrid Schmidt-Händel, Georg Drechsler, Jessica Meyer: Neue Forschungen zum Rammelsberg im Rahmen des Vorhabens "Altbergbau3D. Ein interdisziplinäres Projekt zur Erforschung des montanhistorischen Erbes im Harz". Der Anschnitt 72, 2020, H.-1-2, 2-18. 

Hannemann, W.: Deep-Learning-Methoden zur Objekterkennung  und  Semantischen Segmentierung im Projekt  ‚Altbergbau 3D‘. In: Mayer, G.; Tondera, D.; Löbel, K.-H.; Busch, W. (Hrsg.): Tagungsband 19. Altbergbaukolloquium, 7. bis 9. November 2019, Leoben. Wagner Digitaldruck und Medien GmbH, Nossen, S. 186 – 195

Hannemann, W. Meyer, J. N.: Application of object detection and semantic segmentation in structure-from-motion mappings of historic mining sites. Vortrag. Computer Applications in Archaeology (CAA), 24.-26. April 2019, Jagiellonian University, Kraków

Hannemann, W. Meyer, J. N.: Automatic object detection and segmentation in structure-from-motion mappings of historic mining sites. Vortrag. CAA Joint Chapter Meeting, 4.-5. Oktober 2018, Deutsches Bergbau-Museum, Bochum

 

Presse:

26.03.2020 „Altbergbau 3D“ erforscht das montanhistorische Erbe im Harz

https://www.geistes-und-sozialwissenschaften-bmbf.de/index.html

14.05.2018 Altbergbau 3D: Projekt zur Harzer Bergbauhistorie

https://www.tu-clausthal.de/universitaet/einrichtungen/presse-und-oeffentlichkeitsarbeit/pressemitteilungen/artikel/altbergbau-3d-projekt-zur-harzer-bergbauhistorie

Teilprojekt „Photogrammetrie und 3D-Modellierung“

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Busch

Projektmitarbeiter: Dipl. Inf. Wilhelm Hannemann, Dr. rer. nat. Tanja Schäfer (ab Nov. 2019), M.A. Jessica Meyer (bis Sept. 2019)

Studentische Hilfskräfte: Alexander Emme, Richard Wahono

Gefördert durch BMBF-Förderlinie „eHeritage“

Laufzeit: März 2018 bis Mai 2021