Notre-Dame: Wie Laserscanner bei der Rekonstruktion helfen

Nach dem verheerenden Brand hat ein Team von Art Graphique & Patrimoine AGP gemeinsam mit dem Messspezialist FARO eine Sofortmaßnahme zur Sicherung von Notre-Dame durchgeführt. Das französische Unternehmen Art Graphique & Patrimoine besitzt eine hohe Expertise für neue Technologien zur Dokumentation des kulturellen Erbes.

Die Daten, die das Team rund um Geschäftsführer Gaël Hamon bei den 3D-Messungen in Paris mit den FARO Focus Laserscannern gewonnen hat, können mit den Bestandsdaten, die AGP bereits vor dem Brand von Notre-Dame erstellt haben, verglichen werden.

Sie liefern wichtige Informationen für den Wiederaufbau und die laufende Untersuchung. Alle am Rekonstruktionsprozess Beteiligten verfügen damit über einen wertvollen Korpus an technischen Unterlagen, 3D-Messungen und Bildern. 

Ziel der Erfassung unter dem Titel "Operation Commando" war es, die gesamte Kathedrale, insbesondere die am stärksten betroffenen Teile, digital zu kartieren. Die Messung  konnte an einem einzigen Tag fertig gestellt werden.

Die außergewöhnlichen Umstände erforderten außergewöhnliche Maßnahmen: FARO hat seine Focus Laserscanner kostenlos und schnell an die Experten für die digitale Erfassung ausgeliehen. AGP hat über 15 Jahre viel Erfahrung mit diesen Geräten gesammelt, denn sie eignen sich hervorragend für die Vermessung des architektonischen Erbes.

Die Notre-Dame-Vermesser nutzten ein leichtes und portables Gerät, dass es seinen Benutzern ermöglicht, Fassaden und komplexe Strukturen schnell und präzise direkt zu vermessen. Der Scanner erlaubt es, die aufgezeichneten Daten in Echtzeit zu betrachten. Sie können in die Softwarelösung FARO Scene 2019 importiert werden, um so ein schnelles Aufmaß und 3D-Modell zu erhalten.

Bei der eintägigen Erfassung wurden mehr als 300 Farbscans mit etwa 30 bis 40 Milliarden Punkten durchgeführt. Die unzugänglichen Bereiche der Kathedrale wurden mittels Photogrammetrie mit einer Drohne kartiert.

Anhand dieser Daten werden die durch den Brand verursachten Schäden bewertet. So lässt sich feststellen, welche Teile am stärksten betroffen sind. Diese ersten Schritte sind für den Wiederaufbau von hoher Dringlichkeit und für die Rettung der Kathedrale unerlässlich.

50 Milliarden Messpunkte

Die Experten bei AGP arbeiten nun an der Verarbeitung dieser Datenmenge. Dazu gehören neben der Zusammenstellung und Konsolidierung der Scans zu einer vollständigen Punktwolke auch die Färbung und der Vergleich mit den bereits vorhandenen Daten.

In den 25 Jahren, in denen AGP im Einsatz ist, hat das Unternehmen in Zusammenarbeit mit FARO mehrere 3D-Vermessungen von Notre-Dame mit Laserscanning und Photogrammetrie durchgeführt. Dank der gesammelten Daten konnte das Team Punktwolken der bei dem Brand zerstörten Gebäudeteile erzeugen - nämlich das Dach, den Holzrahmen und den Turm. Mit 50 Milliarden Messpunkten verfügt AGP nun über eine vollständige und hoch genaue 3D-Karte von Notre-Dame, insbesondere in Bezug auf den Holzrahmen und die Spitze, die im Feuer verloren gegangen sind.

Für den Holzrahmen wurden die folgenden Daten erhoben: 150 Scans mit Millimetergenauigkeit für insgesamt 3 bis 5 Milliarden Punkte. Die außergewöhnliche Punktdichte (ca. 1 bis 2 Punkte pro mm²) ermöglicht eine in ihrer Genauigkeit einzigartige Nachbildung der Details von Holzrahmen, Dach und Rumpf.

Im Jahr 2010 unterstützte und arbeitete AGP mit Andrew Tallon bei seinem Digitalisierungsvorhaben von Notre-Dame zusammen. Diese digitale Kartierung mit Millimetergenauigkeit auf der Grundlage einer Zentimeterdichte war Teil seiner Forschung über die Baukonstruktion von Kathedralen. Dadurch waren die allgemeinen Abmessungen des Gebäudes bereits erfasst. Für die gesamte Kathedrale hat Art Graphique & Patrimoine bei seinen Scans in den vergangenen Jahren insgesamt etwa 50 Milliarden Messpunkte erfasst.

Zwischen 2010 und 2013 arbeitete Laurence Stefanon von AGP zudem an einer historischen Rekonstruktion von Notre-Dame. Dazu erstellte sie ein 3D-Modell, das 14 verschiedene Bauphasen beinhaltet - von 1163 bis heute. Dieses mit FARO Hard- und Softwarelösungen erstellte 3D-Modell wurde für eine pädagogisch orientierte Veröffentlichung angefertigt.

Es beinhaltet die durchgängigen Rekonstruktionen von Notre-Dame in den verschiedenen Epochen, von ihren Ursprüngen bis in die heutige Zeit vor dem Brand. Damit steht ein unschätzbarer Datenbestand für die Rekonstruktion der Kathedrale zur Verfügung. 

Art Graphique & Patrimoine ist ein Pionier und Marktführer auf dem Gebiet der neuen Technologien zur Dokumentation des kulturellen Erbe. Das Unternehmen beschäftigt 25 Mitarbeiter – Steinmetze, Landvermesser, Architekten, Archäologen, Kunsthistoriker, Computergrafiker und Entwickler – und hat seinen Sitz in Seine-Saint-Denis in historisch bedeutsamen Räumen.

Seit 25 Jahren stellt AGP sein Know-how und seine Expertise in den Dienst der Erhaltung und Restaurierung historischer Denkmäler. Spezialisiert auf Laservermessung, Digitalisierung und 3D-Rekonstruktion trägt es zur Verbesserung von Werken, Architekturen und gefährdeten Standorten in Frankreich und im Ausland bei. Zu den 2.000 Referenzen gehören die bemerkenswerten Gebäude in Frankreich wie etwa der Mont-Saint-Michel, das Schloss von Versailles, der Eiffelturm, das Musée d'Orsay, der Louvre, der Pont du Gard, die Arenen von Arles und Nîmes und etwa dreißig Kathedralen, die in Frankreich und in 18 weiteren Ländern verteilt sind.

Ein Flug durch die Punktwolken des Dachgestühls zeigt das folgende Video: