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Virtuelle 3D-Rekonstruktion von zerstörten russisch-orthodoxen Kirchen aus unvollständigen Punktwolken

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: http://d-nb.info]

Das kulturelle Erbe von Völkern ist für die Identität nachfolgender Generationen wichtig und daher auch in geeigneter Weise zu konservieren. Im Laufe der Zeit sind viele Informationen über ehemalige Kulturbauten verloren gegangen, da manche Objekte durch natürliche Erosion oder aufgrund menschlichen Wirkens stark beschädigt oder gar zerstört wurden. Die gegenwärtigen 3D-Erfassungstechniken bieten prinzipiell die Möglichkeit, Oberflächen von Bauwerken in ihrem aktuellen Zustand umfassend aufzunehmen, zu speichern und damit virtuell zu erhalten. Dabei wird typischerweise eine unstrukturierte und häufig verrauschte Punktmenge produziert, in der jeder Punkt in verschlüsselter Form Informationen über Objektattribute enthält. Die vollautomatische Weiterverarbeitung dieser Punktwolken zu hochwertigen Endprodukten ist in der Regel noch nicht zufriedenstellend gelöst und hängt stark von den aufgenommenen Objekten selbst, den technischen Möglichkeiten des Aufnahmesystems, dem Wissen über die gesamte Bearbeitungskette und den Anforderungen an das Endprodukt ab. Es ist nach wie vor von hohem wissenschaftlichem und praktischem Interesse, Verfahren zu entwickeln, die aus den Messdaten hochwertige Aussagen über Bedeutung und Zustand der Objekte erlauben. Das Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung einer Strategie zur Analyse und Rekonstruktion von unvollständigen und lückenhaften Daten aus Punktwolken auf Basis eines modellbasierten Verfahrens. Dieses Verfahren, das zunächst mit einer signifikanten Datenreduktion beginnt, nutzt hierarchische Ansätze zur automatischen semantischen Segmentierung, Klassifizierung und Geometrieextraktion auf Grundlage von Datenbanken vorhandener Objekttypen sowie verbindlicher Konstruktionsregeln. Es vervollständigt dabei zerstörte oder beschädigte Objekte oder lückenhafte Datensätze. In der Arbeit werden neue Verfahren für spezifische Teilprobleme entwickelt, z.B. die automatische Bestimmung einer geeigneten Formerkennungsmethode oder das Hashing von Punktwolken (mathematisches Verfahren zur Datenreduktion). Diese werden mit bekannten Methoden der diskreten Mathematik (zelluläre Automaten) und der wahrscheinlichkeitsbasierten Statistik (Bayes-Netze) verknüpft. Als Gegenstand der experimentellen Untersuchungen werden zerstörte russisch-orthodoxe Kirchen herangezogen, die sich durch regelmäßige Geometrie und Gebäudetypologie auszeichnen. Es ist inzwischen von hohem gesellschaftlichen Interesse, zerstörte oder beschädigte Kirchen in Russland möglichst in ihrem Originalzustand wiederherzustellen. Das entwickelte Verfahren sowie einzelne Algorithmen werden anhand ausgesuchter Beispiele getestet. Dabei werden die wesentlichen Einflussgrößen (Zerstörungsgrad des Objektes, Vollständigkeit der Punktwolke, Abweichungen von Baukanons) anhand von typischen Szenarien untersucht. Das Verfahren lässt sich grundsätzlich auf andere Anwendungsgebiete erweitern, z.B. Industrieanlagen, zerstörte Gebäude oder BIM. Voraussetzung ist die Erstellung geeigneter Datenbanken mit hinreichender Anzahl von Vergleichsobjekten sowie den zugehörigen semantischen Beschreibungen. Der vorgestellte Ansatz lässt sich auch umkehren. So kann nicht die virtuelle Rekonstruktion eines (teilweise) zerstörten Objektes im Vordergrund stehen, sondern die Analyse realer Punktwolken auf Vollständigkeit oder die Ermittlung von Veränderungen (change detection) durch Vergleich von Punktwolken aus unterschiedlichen Zeitperioden.

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Im Forschungsprojekt SCHIK (2018-2021) wurden im Auftrag der Evangelischen Kirche Mitteldeutschlands (EKM) und ihrer Partner praktikable Strategien gegen einen Schimmelbefall an Orgeln erprobt. Ausgehend von den Ursachen des Pilzbefalls und den Wachstumsbedingungen der in situ angetroffenen Arten wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, das die Abschätzung des Schimmelrisikos unter verschiedenen Klimabedingungen ermöglicht. Es konnte gezeigt werden, dass ein Schimmelbefall verhindert werden kann, indem das Feuchteangebot an den gefa¨hrdeten Oberfla¨chen reduziert wird. Als geeignete Verfahren erwiesen sich eine passive Dämmung, eine lokale Temperierung und/oder eine technische Entfeuchtung. Die Ergebnisse wurden in einem "Werkzeugkasten" für Eigentümer, Bauverwaltungen, Denkmalpfleger, Restauratoren, Orgelbauer, Architekten und Haustechnikingenieure zusammengeführt. Empfohlen werden ein schrittweises Vorgehen und gezieltes Monitoring.

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Klimaethisches Architekturkonzept zur nachhaltigen Fortentwicklung historischer Kirchenbauwerke
Innovative Maßnahmen zur langfristigen Sicherung der Decken- und Wandmalerei am Beispiel der Katholischen Kirche St. Joseph in Osnabrück
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Manfred Torge
Untersuchung und modellhafte Sanierung schwer geschädigter mittelalterlicher Glasmalereien bedeutender sakraler Bauten in den durch Umweltschadstoffe extrem belasteten Städten Kujawiens Thorn/Torun und Leslau/Wloclawek (Polen). Abschlussbericht
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Die mittelalterlichen Glasmalereien der Johanniskirche in Thorn und der Kathedrale von Leslau sind Belastungen durch Industrieabgase und im Winterhalbjahr auch durch Emissionen aus Heizanlagen ausgesetzt. Im Rahmen des Projektes wurden Glasproben beider Bauwerke analysiert und ihre chemische Zusammensetzung bestimmt. Die Analysen tragen zur Bestandscharakterisierung bei. Restaurierungsmaterialien aus den 1950er Jahren und Beschichtungen auf den Gläsern aus Thorn, Leslau und auf Glasmalereien aus Kulm (Chelmno), die im Stadtmuseum Thorn aufbewahrt werden, wurden dokumentiert, Materialproben entnommen und analysiert.

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Manfred Torge, Erhard Drachenberg, Wolfgang Müller, U. Schaaf, Michael Bücker, Ines Feldmann, Birte Mull, Doris Brödner, Helena Mathies, Sonja Krug
Sanierung der umweltgeschädigten Fensterverglasungen der Friedenskirche in Schweidnitz-Niederschlesien und Ermittlung der die Kirche beeinflussenden Material- und Klimaparameter in Sinne einer nachhaltigen Konservierung. Abschlussbericht
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Die evangelische Friedenskirche in Schweidnitz (Polen) ist ein besonderes Zeugnis des deutsch - polnischen und damit europäischen Kulturerbes. Deshalb wurde sie auch 2001 einstimmig vom UNESCO-Komitee in die Liste des Kultur- und Naturerbes der Welt aufgenommen. Sie stellt ein einmaliges Denkmal des hoch entwickelten schlesischen Fachwerk- und Holzbaues aus dem 17. Jahrhundert dar. Im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Fachleuten aus Deutschland und Polen erfolgte die fachgerechte Restaurierung von 39 Fensterverglasungen und Rahmen mit dem Ziel, eine Abdichtung des Kirchenraumes gegen eine zeitweilig zu feuchte und mit Schadstoffen angereicherte Außenluft zu erreichen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin führte Untersuchungen zu den klimatischen Bedingungen im Kirchentraum durch, um für die Kunstschätze nachhaltig verträgliche Bedingungen zu sichern. In der Friedenskirche war, wie auch in vielen anderen Bauwerken, in den 70er und 80er Jahren des 20. Jh. das Holzschutzmittel Xylamon verwendet worden. Neben der Gefahr für die sensiblen Materialien der Kunstwerke ist durch Holzschutzmittel auch ein Einfluss auf die Gesundheit von im Kirchenraum befindlichen Personen nicht auszuschließen. Mit Hilfe unterschiedlicher Untersuchungsmethoden konnten Emissionen aus Holzschutzmitteln und ihre Verbreitung im Kircheninneren nachgewiesen werden.

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Zeitschriftenartikel

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Drey, Sabine
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Stock, Wolfgang Jean
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Gerhards, Albert
Kirchenraum und Amtsverständnis
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