Punktwolken gehören heute zu den wichtigsten Kategorien räumlicher Daten, da sie digitale 3D-Modelle der Ist-Realität darstellen, die mit beispielloser Geschwindigkeit und Präzision erstellt werden können. Ihre einzigartigen Eigenschaften, d.h. das Fehlen von Struktur-, Ordnungs- oder Konnektivitätsinformationen, erfordern jedoch spezielle Datenstrukturen und Algorithmen, um ihre volle Präzision zu nutzen. Insbesondere gilt dies für die interaktive Visualisierung von Punktwolken, die es erfordert, Hardwarebeschränkungen in Bezug auf GPU-Speicher und -Bandbreite mit einer naturgemäß hohen Anfälligkeit für visuelle Artefakte in Einklang zu bringen.
Diese Arbeit konzentriert sich auf Konzepte, Techniken und Implementierungen von robusten, skalierbaren und portablen 3D-Visualisierungssystemen für massive Punktwolken. Zu diesem Zweck wird eine Reihe von Rendering-, Visualisierungs- und Interaktionstechniken vorgestellt, die mehrere grundlegende Strategien zur Entkopplung von Rendering-Aufwand und Datenmanagement erweitern: Erstens eine neuartige Visualisierungstechnik, die kontextabhängiges Filtern, Hervorheben und Interaktion innerhalb von Punktwolkendarstellungen erleichtert. Zweitens hardwarespezifische Optimierungstechniken, welche die Rendering-Leistung und die Bildqualität in einer immer vielfältigeren Hardware-Landschaft verbessern. Drittens natürliche und künstliche Fortbewegungstechniken für eine übelkeitsfreie Erkundung im Kontext moderner Virtual-Reality-Geräte. Viertens ein Framework für webbasiertes Rendering, das die kollaborative Erkundung von Punktwolken über Geräteökosysteme hinweg ermöglicht und die Integration in etablierte Workflows und Softwaresysteme erleichtert.
In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft wird die Praxistauglichkeit und Robustheit der vorgestellten Techniken anhand mehrerer Fallstudien aufgezeigt, die repräsentative Anwendungsszenarien und Punktwolkendatensätze verwenden. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass die interaktive Visualisierung von Punktwolken durch eine mehrstufige Softwarearchitektur mit einer Reihe von domänenunabhängigen, generischen Systemkomponenten realisiert werden kann, die auf Optimierungsstrategien beruhen, die speziell für große Punktwolken geeignet sind. Sie demonstriert die Machbarkeit einer interaktiven, skalierbaren Punktwolkenvisualisierung als Schlüsselkomponente für verteilte IT-Lösungen, die mit räumlichen digitalen Zwillingen arbeiten, und liefert Argumente für die Verwendung von Punktwolken als universelle Art von räumlichen Basisdaten, die direkt für Visualisierungszwecke verwendet werden können.
