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3D-Scanner Präzise 3D-Modelle auf Knopfdruck

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Das Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD hat zusammen mit dem dänischen Kamerahersteller Phase One einen mobilen 3D-Scanner für Museen entwickelt. Der Cult-Arm-3D soll auf Knopfdruck eigenständig präzise, farbechte 3D-Modelle von Ausstellungsstücken verschiedener Größe liefern.

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Fraunhofer Institut für Graphischen Datenverarbeitung
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BMF Boston Micro Fabrication
Das autonome, farbechte 3D-Scansystem Cult-Arm-3D GT10 des Fraunhofer IGD erstellt automatisch und sicher hochauflösende 3D-Scans – perfekt für den Einsatz in Museen.
Das autonome, farbechte 3D-Scansystem Cult-Arm-3D GT10 des Fraunhofer IGD erstellt automatisch und sicher hochauflösende 3D-Scans – perfekt für den Einsatz in Museen.
(Bild: Fraunhofer IGD)

Ein virtuelles Abbild einer Sammlung zu erstellen, bringt Museen und Ausstellungen nicht nur Vorteile, wenn Besucher vor verschlossenen Türen stehen und virtuell auf Entdeckungstour gehen müssen. 3D-Modelle haben auch eine enorme Bedeutung für die Forschung und können helfen, Objekte und ihre Herkunft besser zu verstehen und ihre Eigenschaften zu analysieren.

3D-Modelle sind auch die Grundlage für eine Visualisierung in Virtual- und Augmented Reality und bei der Erstellung farbechter physischer Repliken im 3D-Druckverfahren.

Pedro Santos, Abteilungsleiter am Fraunhofer IDG

Bei der 3D-Digitalisierung ganzer Sammlungen müssen einerseits die Ergebnisse in höchster Qualität vorliegen, andererseits muss das System einfach zu bedienen, mobil einsetzbar und dennoch sicher sein. Dies verspricht der 3D-Scanner Cult-Arm-3D. Der autonome Scanroboter ist mit einer iXG-100-Megapixel-Kamera von Phase One, autonomen Scanalgorithmen des Fraunhofer IGD und speziell entwickelten Ringlichtern für eine optimale Ausleuchtung ausgestattet. Er soll Objekte eigenständig aus allen Winkeln einscannen und in kürzester Zeit detaillierte 3D-Darstellungen in hoher Qualität erstellen können.

Nach eigenen Angaben haben die Entwickler ein besonderes Augenmerk auf Objekte mit glänzenden oder reflektierenden Oberflächengeometrien und auf Objekte mit komplexen Hinterschneidungen gelegt. Hier werden sowohl bei der Systemkalibrierung (basierend auf ISO/TS 19264 und VDI/VDE 2634) als auch bei den Objekt-Metadaten und digitalen Modelldaten (basierend auf Europeana Data Model, 3D Task Force und CARARE) alle gängigen Standards und internationalen Empfehlungen eingehalten, was eine wiederholbar hohe Qualität hinsichtlich Geometrie, Texturen und Farbe sicherstellen soll.

Scanergebnis des CultArm3D: Goldener Halsring des Keltenfürsten – 400 v. Chr.; v.l.n.r.: Dreiecksnetz, farblos, texturiert. Exponat der Keltenwelt am Glauberg
Scanergebnis des CultArm3D: Goldener Halsring des Keltenfürsten – 400 v. Chr.; v.l.n.r.: Dreiecksnetz, farblos, texturiert. Exponat der Keltenwelt am Glauberg
(Bild: Fraunhofer IGD)

Einfacher, automatisierter Workflow

Ein schneller Vorabscan führt zu einem ersten grundlegenden Verständnis der Größe und Form des individuellen Objekts. Eine dynamische Ansichtenplanung stellt während des Scanprozesses sicher, dass alle für den Sensor sichtbaren Details des Objekts, mit der minimalen Anzahl von Bildern, in optimaler Schärfe und farbecht erfasst werden. Bei komplexen Objektgeometrien wird manuelles Post-Processing der 3D-Modelle minimiert oder meist vollständig eliminiert. Die dynamische Ansichtenplanung setzt ihre Arbeit so lange fort, bis die vom Benutzer definierten Qualitätsziele hinsichtlich minimaler Abdeckung und Auflösung erreicht werden. Im Anschluss daran kann das finale 3D-Modell in verschiedenen Formen ausgegeben werden, beispielsweise als hochaufgelöstes Video in 2D oder 3D, als 3D-Web-Modell für Virtual- und Augmented Reality Präsentationen oder als Druckdatei für einen 3D-Drucker. Dabei werden alle gängigen 3D-Standardformate und viele weitere Ausgabeformate bedient.

Auch für das reverse Engineering geeignet

Die 3D-Scantechnologie ermöglicht auch die 3D-Rekonstruktion von Werkstücken und Bauelementen, die als Ersatzteile nicht mehr erhältlich sind. Der autonome Scanroboter liefert finale hochauflösende OBJ-Modelle, die aus Geometrie und Textur bestehen. Mesh-Modelle bilden die Oberflächengeometrie des Objektes nach und Texturen die Farbigkeit des Objekts. Mit Tools wie beispielsweise X-Tract-3D für Solidworks oder Geomagic Design X können die OBJ-Modelle in CAD-Modelle rückgeführt werden.

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