Level Up / Upgrade – Scannen der nächsten Generation. Wie mittels 3D Scanner ganze Sammlungen digitalisiert werden können und was man mit solchen Digitalisaten eigentlich anstellt.

Ein Objekt genauso einfach scannen zu können, wie die Seiten eines Buches. Das wäre ein langfristiges Ziel von Pedro Santos, dem Leiter der Abteilung für Digitalisierung von Kulturerbe am Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung und seinem Team. Am 7. Juli 2022 stellte er den Gästen des Kolloquiums „Digital Humanities – Aktuelle Forschungsprojekte“ die Arbeit mit dem CultArm3D vor, mit dem bereits Sammlungen mehrerer Museen als 3D-Objekte digitalisiert wurden. Fokus lag während der Entwicklung insbesondere darauf mit dem System wiederholbar hohe Qualität zu erreichen und aus demselben Objekt auch definitiv immer dasselbe digitale Modell erstellen zu können.

Digitalisierung, und dann…?

Welche Beweggründe stecken neben dem Erkenntnisgewinn durch das Erforschen neuer Technologien noch hinter der Digitalisierung von Kulturgütern? Da gibt es zunächst einmal den Gedanken der Sicherungskopie, denn die Objekte fallen oft der Zerstörung durch Naturkatastrophen, Kriege und Unfälle zum Opfer. Existieren jedoch mehrere Versionen des Objekts, so ist es wahrscheinlicher, dass zumindest eine davon erhalten bleibt. Ebenso müssen die Originale möglichen Gefahren seltener ausgesetzt werden, wenn auch (digitale) Kopien genutzt werden können. Entsprechend müssen sensible Objekte bei Leihgaben keine langen Versandwege überstehen oder unter für die Konservation schwierigen, aber für die Ausstellung notwendigen Umständen gelagert werden. Ein weiterer Vorteil liegt in der Fülle an Details, die mithilfe von 3D-Modellen gespeichert werden können. Im Vergleich zu einer Fotografie kann zum einen ein größerer Detailgrad festgehalten und gleichzeitig neue Anwendungsgebiete erschlossen werden. Denn auf diese Weise können die Modelle weltweit detailgetreu erforscht und betrachtet werden, ohne das Original zu gefährden bzw. ohne die Notwendigkeit das Original vorliegen zu haben. Es besteht zudem Potenzial, sonst schwierige Rekonstruktionen, Simulationen und Reproduktionen möglich zu machen oder die Modelle in Filmen, VR-Anwendungen und Computerspielen zu nutzen.

In den Museen könnten die Besucher*innen mit den digitalen Objekten interagieren und Ausstellungen hybride Formate ausprobieren. Die vielen Möglichkeiten setzen jedoch alle eine schnelle und genaue Digitalisierung voraus, mit deren Erforschung und den damit einhergehenden Herausforderungen sich unter anderem das CultLab3D vom Fraunhofer Institut beschäftigt. Denn bei der Entwicklung neuer Technologien besteht immer die Herausforderung etablierte Techniken abzulösen und neue Standards zu setzen. Somit war das Ziel Photographie als prädominantes Dokumentationsverfahren abzulösen, denn auch wenn es bereits zuvor Möglichkeiten gab, 3D-Objekte zu scannen und zu digitalisieren, fehlte es bisher an Standards, die den Vergleich der fertigen Scans ermöglichen.

Einmal Digitalisierung nach Maß bitte!

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden im Rahmen des Vortrags zwei Projekte vorgestellt, durch die die Digitalisierung automatisiert wird und wiederholbar hohe Qualität erreicht werden kann, sodass die Ergebnisse nicht nur untereinander sondern auch mit dem Original vergleichbar sind: Der CultArm3D, ein Roboterarm der selbstgesteuert Objekte digitalisiert und das CultLab3D, das ähnlich einer Produktionsstraße mit einem Fließband, und zwei Scanstationen, dem CultArm3D und dem CultArc3D, ausgestattet ist (siehe Abbildung 1). Die Scanner nehmen mittels Kameras und Lasern hochauflösende Bilder auf, die daraufhin über Fotogrammetrie zu digitalen dreidimensionalen Rekonstruktionen des Artefakts verarbeitet werden.

CultArm3D

Der CultArm3D ist eine Scanstation, die im Grunde aus einem Roboterarm und einer Kamera besteht. Die Station wiegt unter 250 kg und ist somit recht mobil einsetzbar (siehe Abbildung 2).

Aufnahmen können bis zu einer Auflösung von 30 μm gemacht werden. Die grundlegende Verwendung läuft folgendermaßen ab: nach dem Aufbau des Arms werden die zu scannenden Objekte auf einem Drehteller aus Glas platziert und eine umfassende Kalibrierung zu Farbe, benötigtem Abstand, Posen und Fokus wird gestartet. Die Kalibrierung erfolgt über einen Wizard, einem digitalen Assistenten, sodass keine Fachkompetenz seitens der Nutzer*innen notwendig ist. Um sicherzustellen, dass während der Aufnahmen weder das Objekt noch ein Mensch zu Schaden kommen, wurden mehrere Sicherheitsvorkehrungen wie Mindestabstände und Verhalten bei unzureichender Stromzufuhr sowohl im Arm als auch in der Software verbaut. Bis das Modell die gewollte Qualität erreicht hat, werden in mehreren Phasen Bilder aufgenommen. Dabei folgen die Phasen dem Motto vom Groben ins Feine zu gehen. Die erste Phase erstellt mittels ihrer Aufnahmen ein erstes und grobes Modell, das in der zweiten Phase durch Detailaufnahmen verbessert wird. In Phasen drei und vier werden so lange Aufnahmen gemacht, bis der Zielzustand des Modells erreicht ist.

Insbesondere Material und Transluzenz des Ausgangsobjekts nehmen Einfluss auf die Dauer der letzten Phasen. Glänzende und durchscheinende Oberflächen brauchen eine sehr hohe Anzahl an Bildern, um ein scharfes Modell berechnen zu können, während matte oder intransparente Materialien mit weniger Bildern erfasst werden können. Endprodukt des Scanvorgangs ist das fertige Modell sowie alle verwendeten Bilder und deren technischer Metadaten, wie zum Beispiel Fokuseinstellung und Position der Kamera. Das dient nicht nur der Dokumentation, sondern ermöglicht auch eine einfache Neuberechnung des Models durch Hinzufügen neuer Bilder für den Fall, dass fehlende Details, Schäden oder Neuerungen ins Modell mit aufgenommen werden sollen. Es ist ebenfalls kein Problem Objekte während des Scannens zu bewegen, allerdings darf sich die ursprüngliche Form der Oberfläche eines Objekts nicht verändern. Sodass es zwar nicht unmöglich, aber deutlich schwieriger ist, lebendiges Material zu digitalisieren (siehe Abbildung 3).

Zum aktuellen Zeitpunkt gibt es den Arm in drei verschiedenen Größen, mit denen sich unterschiedlich schwere und große Objekte scannen lassen. Die Systeme sind miteinander kompatibel und erweiterbar. Vorteil der geringen Größe ist, dass die bereits vorhandenen Fotografie-Abteilungen der Museen nur durch den Arm erweitert werden müssten, ohne sich um neue Räume, Kabelleitungen etc. kümmern zu müssen, wie es bei größeren Scan-Anlagen der Fall wäre. Auch müssen die Originale nicht extra in ein weit entferntes Labor gebracht werden.

Fazit

Pedro Santos gab einen spannenden und detaillierten Einblick in sein Forschungsfeld, dass sich mit der Digitalisierung und Speicherung kulturellen Erbes befasst. Sein Vortrag handelte von der Leitfrage, inwiefern mit Hilfe von modernster Technik reale Objekte digitalisiert werden und als digitale 3D-Modelle realisiert und verfügbar gemacht werden können. Die Digitalisierung stellt dabei nur das Mittel zum Zweck dar, denn die Digitalisierung ermöglicht neue Untersuchungen und Forschungsfeldern an kulturellen Objekten, die ohne universal verfügbare Modelle nicht durchzuführen sind und somit als das eigentliche Ziel zu betrachten sind. Auch wenn es sich dabei noch um ein Pilot-Projekt handelt, liefert das CultLab3D bereits beeindruckende Ergebnisse, die den originalen Objekten detailgetreu ähneln und somit einen Meilenstein in der Erforschung kulturellen Erbes und der Digital Humanities bilden.

Zu den AutorInnen:
Julian Klink studierte Medienkulturwissenschaften mit dem Schwerpunkt Medieninformatik im Bachelor und studiert derzeit Informationsverarbeitung im Master an der Universität zu Köln.
Lilly Rühle studiert Informationsverarbeitung im Master an der Universität zu Köln und interessiert sich seit Beginn ihres Bachelorstudiums für 3D-Modellierung und Game-Engines.


OpenEdition schlägt Ihnen vor, diesen Beitrag wie folgt zu zitieren:
dhstudi (26. September 2022). Level Up / Upgrade – Scannen der nächsten Generation. Wie mittels 3D Scanner ganze Sammlungen digitalisiert werden können und was man mit solchen Digitalisaten eigentlich anstellt. Digital Humanities Cologne. Abgerufen am 12. Juli 2024 von https://doi.org/10.58079/nkkv


Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.