Entwicklung einer Community-getriebenen und nachhaltigen wissenschaftlichen Software HELIOS++

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Höfle; Dr. Dominic Kempf
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528521476

Laserscanning ist eine führende Methode zur 3D-Erfassung der Umwelt und ihrer zeitlichen Dynamik und findet in den Geo- und Umweltwissenschaften breite Anwendung. Die wissenschaftliche Open-Source-Software HELIOS++ ist eine vielseitig einsetzbare Anwendung für die Durchführung realistischer - aber virtueller - Laserscanning-Aufnahmen in einer Computersimulation zur Erzeugung synthetischer LiDAR-Daten. Ein solches virtuelles Laserscanning ermöglicht die vollständige Kontrolle über die Aufnahmeparameter, die Reproduzierbarkeit sowie hochautomatisierte Workflows mit direkt integrierter Datenanalyse. Die größten Stärken von HELIOS++ sind 1) dass damit Laserscanning über eine große Spannweite von räumlichen Maßstäben simuliert werden kann und auch verschiedene Maßstäbe und geometrische Detailgrade kombiniert werden können und 2) dass eine Vielzahl von verschiedenen Plattformen und Scannern unterstützt wird, die leicht austauschbar und beliebig erweiterbar sind. Dank der flexiblen und modularen Softwarearchitektur ist HELIOS++ ein stetig wachsendes Softwareprojekt und wurde in etlichen Publikationen zitiert und verwendet. Die Hauptanwendungsfälle von HELIOS++ sind i) die Optimierung und Planung der Datenerfassung, ii) die Entwicklung von Algorithmen, iii) die Erstellung von Trainingsdaten für maschinelles Lernen und insbesondere Deep Learning, iv) das Design neuartiger zukünftiger Sensoren und v) die Nutzung für Bildungszwecke. Mit diesem Projekt werden drei Ziele verfolgt: Erstens die Erhöhung der Usability und des Impacts durch a) eine verbesserte Interoperabilität mit führender Software von Drittanbietern, b) ein webfähiges HELIOS++-Datenmanagement einschließlich DOI-Archivierung aller Eingangsdaten, c) eine High-Level-Python-API und Jupyter-Integration, d) ein neues Tool für die Nutzbarkeitsprüfung von HELIOS++ für einen spezifischen Zweck. Zweitens werden wir die Qualitätssicherung erhöhen, indem wir a) ein Refactoring des C++ Cores durchführen, b) professionelle Code-Governance-Standards einführen (z.B. Code-Review, Coverage Reports) und c) moderne Paketierung und Continuous Delivery (z.B. Conda) anbieten. Drittens werden wir die weitere nachhaltige Entwicklung der Software durch die Vergrößerung der User- und Developerbasis fördern: durch direkten aktiven Aufbau der User-Community (z. B. Online-Lehrmaterialien und -workshops) und Developer-Community (z.B. professionelles Onboarding für Developer) sowie durch verschiedene indirekte Effekte wie der Gewinn weiterer potenzieller User/Developer durch die High-Level Python-API. Eine wesentliche Stärke dieses interdisziplinären Projekts ist die enge und strategische langfristige Einbindung einer international anerkannten und zunehmend genutzten wissenschaftlichen Software für die LiDAR-Simulation in ein institutionelles Scientific Software Center (SSC). Dies ermöglicht das Co-Design und das "Co-Sourcing" einer professionellen, nachhaltigen und stark verbesserten Forschungsmethode und -software.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen