21. November 2023
Marcus Zepp, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Gruppe „Immersive Medien und Kommunikation“ der Abteilung „Vision and Imaging Technologies“ (VIT) am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) ist beim diesjährigen Forum Bauinformatik (FBI) in Bochum mit dem Best Paper Award ausgezeichnet worden. In seinem Paper „Hybrid semantic clustering of 3D point clouds in construction“ stellt er ausgewählte Themen aus dem Projekt BIMKIT (Bestandsmodellierung von Gebäuden und Infrastrukturbauwerken mittels Künstlicher Intelligenz (KI) zur Generierung von Digital Twins) vor, das vom BMWK gefördert wird.
Das Forschungsprojekt BIMKIT nutzt das sogenannte Building Information Modeling (BIM), um KI- und Cloud-Technologien für die Bauwirtschaft nutzbar zu machen. Dabei werden alle relevanten Bauwerksdaten digital modelliert, kombiniert und erfasst, um z. B. ein geometrisch visualisiertes, virtuelles Modell (einen sog. Digital Twin) zu erstellen. So können Gebäude effizient und nachhaltig instandgehalten und Erneuerungen sowie Rückbaumaßnahmen geplant werden. Bei Bestandsbauten stehen derartige digital auswertbare Modelle jedoch meist nicht zur Verfügung. Dies verzögert nicht nur die Einführung von BIM, sondern bedeutet auch, dass der gesamten Bau- und Wohnungswirtschaft verlässliche Daten zur Optimierung des Gebäudelebenszyklus fehlen.
Daher ist die Erstellung genauer und aktueller 3D-Informationen bestehender Gebäude ausschlaggebend, um die Wohnungswirtschaft effizienter und nachhaltiger zu machen. Moderne 3D-Scantechnologien sind in der Lage, die notwendigen Informationen in Form von 3D-Punktwolken zu liefern. Die Nachteile dieser Punktwolken sind jedoch, dass die Datenmenge enorm groß ist und nicht ausreichend semantische Informationen liefert.
In seiner Arbeit stellt Marcus Zepp zu diesem Zweck einen KI-basierten semantischen Segmentierungsansatz für 3D-Punktwolken vor, die aus 2D-Bildern mit einer Structure from Motion (SfM)-Pipeline erzeugt wurden. Das Ziel ist es dabei, grundlegende Objekte wie Boden, Decke, Wände oder Säulen in einem Gebäude während der Bauphase zu unterscheiden. Er verwendet dafür modernste neuronale Netze (RandLA-Net), um die 3D-Punkte zu beschriften. Erstmals werden diese Netze in der hybriden 2D/3D-Domäne und nicht nur in der 3D-Domäne durchgeführt, um von der hohen Effizienz und Genauigkeit der bereits trainierten Netze im 2D-Bereich zu profitieren. Sein Ansatz registriert die 2D-Bilder auf die 3D-Punktwolke und fusioniert so die einzelnen 2D-Segmentierungsergebnisse, um eine konsistent segmentierte 3D-Punktwolke zu erstellen. Das preisgekrönte Paper stellt somit einen nahezu automatischen Arbeitsablauf vor, mit dem Trainingsdaten für die 3D-Punktwolkensegmentierung im Bauwesen erstellt werden können.
Marcus Zepp ist seit 2017 beim Fraunhofer HHI tätig und beschäftigt sich dort mit 3D Human Body Reconstruction, Virtual, Augmented und Mixed Reality sowie interaktiven Anwendungen, immersive Computing und Volumetrischem Video.
Das FBI wird seit 1989 jährlich von einem Lehrstuhl der beteiligten Universitäten des Arbeitskreises Bauinformatik organisiert. In diesem Jahr trafen sich junge Forschende aus dem Bereich der Bauinformatik an der Ruhr-Universität Bochum (RUB), um über ihre Arbeiten zu berichten und zu diskutieren. Das FBI richtet sich besonders an junge Forschende und bietet ihnen die Gelegenheit, erste Erfahrungen bei der Veröffentlichung wissenschaftlicher Beiträge im Rahmen einer Konferenz zu sammeln.