Geo3Dprint

Geo3Dprint erstellt aus Schweizer Höhendaten ein 3D-druckbares STL-Geländemodell. Das Programm nimmt einen Ort oder Koordinaten entgegen, holt passende swissSURFACE3D-Rasterdaten von swisstopo, baut daraus ein Höhenraster und schreibt am Ende eine geschlossene STL-Datei mit topografischer Oberfläche, Seitenwänden und Bodenplatte.

Das Ergebnis heisst standardmässig terrain.stl.

Quickstart

Der geführte Modus ist der Standard und wird für die maximale Kompatibilität empfohlen:

python .\programm.py

Der geführte Standardmodus fragt nur die wichtigsten Werte ab, nutzt feste, druckfreundliche Einstellungen und erzeugt ein Modell in Millimetern mit einer langen Seite von 10 cm. Nach dem Export wird die STL-Datei automatisch mit der Standard-App für STL-Dateien geöffnet.

Für die maximale Detailgenauigkeit sollte der gewählte Ausschnitt unter 1 km pro Seite bleiben. Grössere Ausschnitte funktionieren, werden aber automatisch grober gerastert und können sehr grosse STL-Dateien erzeugen.

Voraussetzungen

• Windows: kein vorinstalliertes Python nötig, wenn Geo3Dprint-starten.bat verwendet wird
• Internetzugang beim ersten Start sowie für geo.admin und swisstopo
• Python 3.10 oder neuer nur bei manuellem Start über python .\programm.py
• Ein 3D-Viewer oder eine Slicer-Software zum Öffnen der fertigen STL-Datei, zum Beispiel Microsoft 3D Viewer: https://apps.microsoft.com/detail/9nblggh42ths?hl=de-DE&gl=US

Installation

Unter Windows reicht ein Doppelklick auf:

Geo3Dprint-starten.bat

Der Starter verwendet zuerst ein bereits vorhandenes Python. Nur wenn kein nutzbares Python gefunden wird, lädt er automatisch eine lokale Python-Laufzeit in den Projektordner. Danach erstellt er .venv, installiert die Abhängigkeiten und startet den geführten Standardmodus. Auf dem Computer muss Python dafür nicht vorher installiert sein; beim ersten Start ohne vorhandenes Python ist aber Internetzugang nötig.

Wenn Python bereits installiert ist, kann Geo3Dprint auch manuell gestartet werden. Im Projektordner zuerst die Python-Abhängigkeiten installieren:

python -m pip install -r requirements.txt

Danach den geführten Standardmodus starten:

python .\programm.py

Der Ordner .runtime/ enthält nur die automatisch heruntergeladene lokale Python-Laufzeit und wird nicht ins Git-Repository aufgenommen.

Fertiges Modell anschauen

Die erzeugte STL-Datei kann mit jedem beliebigen 3D-Viewer oder jeder Slicer-Software geöffnet werden. Ein solcher Viewer oder Slicer sollte vor dem Export installiert sein, damit die Datei nach dem Export direkt geöffnet werden kann.

Beispiele:

• Microsoft 3D Viewer: https://apps.microsoft.com/detail/9nblggh42ths?hl=de-DE&gl=US
• Windows-Dateizuordnung für .stl
• Cura, PrusaSlicer, Bambu Studio oder eine andere Slicer-Software
• MeshLab, Blender oder andere 3D-Viewer

Im geführten Standardmodus versucht Geo3Dprint nach dem Export, die STL-Datei automatisch mit der Standard-App des Systems zu öffnen. Wenn das nicht klappt, kann terrain.stl manuell im gewünschten Viewer oder Slicer geöffnet werden.

Verwendung

Geführter Standardmodus

python .\programm.py

programm.py ist der empfohlene Startpunkt. Er startet den geführten Assistenten mit reduzierten, druckfreundlichen Einstellungen.

Beim Start wird automatisch die Schweizer Karte geöffnet:

https://map.geo.admin.ch/

In der Karte kann ein Ort gesucht werden. Mit Rechtsklick auf die Karte werden Koordinaten angezeigt. Das oberste Koordinatenpaar kann kopiert und im Programm eingefügt werden. Alternativ kann direkt ein Ortsname eingegeben werden, zum Beispiel Bern oder Matterhorn.

Der geführte Standardmodus fragt:

1. Ort oder Koordinaten
2. Breite des Ausschnitts
3. Höhe des Ausschnitts

Akzeptierte Beispiele für den Ort:

Bern
Matterhorn
2620760.50 1158843.35
2620760,50 1158843,35
2'620'760.50, 1'158'843.35
46.948 7.447

Akzeptierte Beispiele für Breite und Höhe:

500
1000
1000m
1 km
0.5km
klein
mittel
gross

Die Breite und Höhe sind auf maximal 5000 m pro Seite begrenzt. Für beste Detailqualität sollte der Ausschnitt aber kleiner als 1000 m x 1000 m sein.

Feste Einstellungen im geführten Standardmodus:

Einstellung	Wert
Ausgabedatei	terrain.stl
STL-Einheit	mm
Modellgrösse	lange Seite 100 mm
Sockel im Modell	3 mm
Z-Verstärkung	1.0
Resampling	bilinear
Rechteck-Merge	aktiv
Wand-Merge	aktiv

Die Rasterauflösung wird automatisch gewählt. Ein Ausschnitt bis 1000 m x 1000 m wird mit 0.5 m/Pixel verarbeitet. Grössere Flächen werden automatisch grober gerastert, damit Speicherbedarf, Laufzeit und STL-Grösse beherrschbar bleiben.

Ausschnitt	Automatische Auflösung
500 m x 500 m	0.5 m/Pixel
1000 m x 1000 m	0.5 m/Pixel
2000 m x 2000 m	1.0 m/Pixel
4000 m x 4000 m	2.0 m/Pixel

Alternativer Assistenten-Startpunkt

python .\programm_assistent.py

Dieser Startpunkt verwendet denselben Assistenten wie programm.py. Er bleibt als neutral benannte Alternative erhalten.

Erweiterter Modus

python .\programm_advanced.py

Dieser Modus richtet sich an Nutzer, die alle technischen Einstellungen selbst setzen wollen. Er fragt unter anderem:

• Ort oder Koordinaten
• Rasterauflösung
• Rechteckbreite und Rechteckhöhe
• Z-Verstärkung
• Sockelhöhe
• Massstab
• Resampling-Methode
• Ausgabedatei

Im erweiterten Modus gibt es kein fixes 5000 m x 5000 m-Seitenlimit. Sehr grosse Ausschnitte können aber lange laufen und sehr grosse STL-Dateien erzeugen.

Standardwerte in programm_advanced.py:

Einstellung	Standard
Ausgabedatei	terrain.stl
Rasterauflösung	0.5 m/Pixel
Z-Verstärkung	1.0
Sockelhöhe	50.0 m
Rechteckbreite	1000.0 m
Rechteckhöhe	1000.0 m
Massstab	1:10000
Ausgabeeinheit	m
Resampling	bilinear
Rechteck-Merge	aktiv
Wand-Merge	aktiv

Nicht-interaktiver Start

Ohne Eingabedialog muss eine Bounding Box in Schweizer LV95-Koordinaten übergeben werden:

python .\programm_advanced.py --no-interactive --bbox MIN_E MIN_N MAX_E MAX_N

Beispiel:

python .\programm_advanced.py --no-interactive --bbox 2620260.5 1158343.35 2621260.5 1159343.35

Dieses Beispiel erzeugt ein Modell um den Mittelpunkt E=2620760.50, N=1158843.35.

Wie Geo3Dprint arbeitet

1. Die Eingabe wird als Ortsname, LV95-Koordinate oder WGS84-Koordinate gelesen.
2. Ortsnamen werden über die geo.admin Search API in Schweizer LV95-Koordinaten umgewandelt.
3. Aus Mittelpunkt, Breite und Höhe wird eine LV95-Bounding-Box berechnet.
4. Die Bounding Box wird für die STAC-Suche nach WGS84 umgerechnet.
5. Über die swisstopo STAC API werden passende swissSURFACE3D-Rasterkacheln gesucht.
6. Die GeoTIFF-Kacheln werden heruntergeladen und gelesen.
7. Die Kacheln werden in ein gemeinsames Zielraster eingefügt.
8. Fehlende Höhenwerte werden mit dem tiefsten vorhandenen Wert aufgefüllt.
9. Koordinaten und Höhen werden auf die Modellgrösse skaliert.
10. Das Programm schreibt eine binäre STL-Datei.
11. Die STL enthält eine topografische Oberfläche, Seitenwände und eine flache Bodenplatte.

Die verwendete STAC-Collection ist:

ch.swisstopo.swisssurface3d-raster

Datenquellen:

Dienst	Zweck
geo.admin Search API	Ortsname zu LV95-Koordinate
swisstopo STAC API	Suche nach swissSURFACE3D-Kacheln
swissSURFACE3D Raster	Höhendaten für das Modell

Genauigkeit, Laufzeit und Dateigrösse

STL-Dateien können sehr gross werden. Die Dateigrösse hängt vor allem von der Fläche, der Rasterauflösung und der Topografie ab. Kleine Auflösungswerte wie 0.5 m/Pixel liefern mehr Detail, erzeugen aber deutlich mehr Rasterpunkte und Dreiecke.

Empfehlungen:

• Für maximale Kompatibilität programm.py verwenden.
• Für maximale Detailqualität Ausschnitte unter 1 km pro Seite wählen.
• Nur so viel Umgebung wählen, wie wirklich gebraucht wird.
• Sehr grosse Gebiete können lange laufen und sehr grosse STL-Dateien erzeugen.
• Slicer und Viewer reagieren auf sehr grosse STL-Dateien unterschiedlich.

Der geführte Standardmodus reduziert das Risiko grosser, schwer ladbarer Modelle, indem er:

• die Modellgrösse fest auf 100 mm lange Seite setzt,
• den Sockel auf 3 mm setzt,
• die STL in mm ausgibt,
• die Auflösung für grosse Ausschnitte automatisch grober wählt,
• planare Flächen konservativ zusammenfasst,
• steile Wandbereiche separat behandelt.

API-Limits und Fair Use

Geo3Dprint verwendet geo.admin.ch und data.geo.admin.ch bewusst sparsam:

• eine Ortssuche über api3.geo.admin.ch, wenn ein Ortsname eingegeben wird,
• eine STAC-Suche über data.geo.admin.ch pro Modell,
• danach die gefundenen GeoTIFF-Kacheln als direkte Downloads.

Für allgemeine REST-Services von *.geo.admin.ch gelten seit 2025 als Fair Use 40 requests / minute und 21 Mio requests / year. Geo3Dprint taktet HTTP- Requests deshalb zentral auf maximal 40 Requests pro Minute, setzt einen eigenen User-Agent, wiederholt temporäre Fehler und wartet bei 429 Too Many Requests gemäss Retry-After oder mit exponentiellem Backoff.

Heruntergeladene GeoTIFF-Tiles werden lokal unter .tile_cache/ wiederverwendet. Der Ordner ist in .gitignore eingetragen und wird nicht nach GitHub gepusht. Mit GEO3DPRINT_TILE_CACHE_DIR kann ein anderer lokaler Cache-Pfad gesetzt werden.

Koordinaten und Grenzen

LV95-Koordinaten müssen als E N eingegeben werden, zum Beispiel:

2600000 1200000

WGS84-Koordinaten müssen als lat lon eingegeben werden, zum Beispiel:

46.948 7.447

Das Programm prüft:

• ob Koordinaten plausibel in der Schweiz liegen,
• ob LV95- und WGS84-Koordinaten nicht vertauscht wurden,
• ob Breite und Höhe positiv sind,
• im geführten Standardmodus, ob der Ausschnitt maximal 5000 m x 5000 m gross ist.

Der erweiterte Modus prüft weiterhin positive Breite und Höhe sowie plausible Schweizer LV95-Koordinaten, erzwingt aber kein fixes Seitenlimit.

CLI-Optionen für den erweiterten Modus

Diese Optionen gehören zu programm_advanced.py.

Option	Beschreibung
--out	Pfad der STL-Ausgabedatei
--res	Rasterauflösung in Metern pro Pixel
--zex	Vertikale Höhenverstärkung
--base	Sockelhöhe, also Extrusion nach unten
--bbox	Bounding Box in LV95: MIN_E MIN_N MAX_E MAX_N
--collection	STAC-Collection-ID
--interp	Resampling: nn oder bilinear
--no-interactive	Keine Eingabeaufforderungen, nur CLI-Parameter verwenden
--scale	Modellmassstab als Nenner, z. B. 10000 für 1:10000
--unit	Ausgabeeinheit für STL-Koordinaten: m oder mm
--planar-merge	Rechteck-Merge aktivieren
--no-planar-merge	Rechteck-Merge deaktivieren und Raster direkt schreiben
--planar-tolerance	Maximale Höhenabweichung für zusammengefasste Rechtecke
--planar-max-seconds	Optionales Zeitbudget für Rechteck-Merge; 0 bedeutet kein Zeitlimit
--merge-workers	Worker-Threads für Rechteck-Merge; 0 bedeutet automatisch
--tile-workers	Parallele Downloads und Dekodierungen für GeoTIFF-Kacheln
--no-wall-merge	Wand-Merge deaktivieren
--wall-slope-threshold	Minimale Steigung für erkannte Wandkanten

Projektstruktur

Datei	Aufgabe
programm.py	Empfohlener geführter Standardmodus für maximale Kompatibilität
programm_assistent.py	Alternativer Startpunkt für denselben geführten Assistenten
geo_assistent.py	Geführter Ablauf, Kartenstart, vereinfachte Eingaben und automatischer Export
programm_advanced.py	Erweiterter interaktiver und nicht-interaktiver CLI-Modus
geo_input.py	Eingabevalidierung, Geocoding und Koordinatenumrechnung
terrain_pipeline.py	STAC-Suche, GeoTIFF-Lesen, Rasteraufbau, Optimierung und STL-Export
requirements.txt	Python-Abhängigkeiten
Geo3Dprint-starten.bat	Windows-Starter mit automatischer lokaler Python-Laufzeit

Fehlerfälle

Das Programm beendet sich mit einer Fehlermeldung, wenn:

• keine passenden swisstopo-Kacheln gefunden werden,
• keine Höhenpixel in den Ausschnitt fallen,
• Koordinaten ausserhalb der Schweiz liegen,
• der Ausschnitt ungültig ist,
• der Download einer benötigten Kachel fehlschlägt.