Verschiedene 3D-Scanverfahren bieten die Möglichkeit reale Objekte zu digitalisieren. Je nach Anwendungsfall sind die gewonnen Daten von besonderer Bedeutung. So werden 3D-Scans im Bereich Medizin, Kunst und Kultur, Archäologie und in vielen weiteren Forschungsfeldern verwendet.

Im Bereich Kunst und Kultur beispielhafte Anwendungen sind die Konservierung des aktuellen Zustands eines Werkes, die Archivierung von Sammlungen oder das Schaffen eines digitalen Zugangs. Die Archäologie nutzt 3D-Scans um Funde zu digitalisieren, beschädigte Funde digital zu ergänzen oder Bruchstücke virtuell zusammenzusetzen. Im Bereich Medizin werden Befunde anhand von 3D-Scans visualisiert, Operationsabläufe geplant und im Vorfeld erprobt.

Im Bereich der Forschung entkoppeln 3D-Scans Untersuchungen von dem realen Objekt. Weltweit können so verschiedene Wissenschaftler zeitgleich dasselbe Objekt untersuchen. Einzelne Forschungsobjekte sind in Folge einer breiteren Gruppe an Wissenschaftlern zugänglich.

Bei den genannten Beispielen und Möglichkeiten ist eine Frage von zentraler Bedeutung:
Zu welchem Grad entspricht ein 3D-Scan seiner realen Vorlage bzw. wie hoch ist die Reproduktionsgenauigkeit?

So ist die Archivierung eines Werkes nicht zielführend, wenn relevante Details verloren gehen. Gleiches gilt für archäologische Funde. Fehler in einem medizinischen 3D-Scan beeinflussen gegebenenfalls die Diagnostik.

Um die Reproduktionsgüte eines 3D-Scans zu beurteilen, ist die genaue Kenntnis der Geometrie des zugrundeliegenden Objektes vonnöten. Jedoch erlangt man diese Kenntnis bei komplexen Körpern eben erst durch einen 3D-Scan.

Der Spatial Star löst dieses Dilemma. Hierbei handelt es sich um ein dreidimensionales Testelement mit bekannter Geometrie. Er ersetzt das zu erfassende Objekt in einem zweiten Scandurchgang mit gleichbleibenden Einstellungen. Anschließend wird die Genauigkeit des 3D-Scans des Spatial Stars ermittelt. Das Ergebnis lässt sich dann auf das eigentlich erfasste Objekt übertragen.

Als dreidimensionales Derivat des Siemenssterns dient der Spatial Star zudem als analytisches Werkzeug. So liefert er neben der Reproduktionsgenauigkeit Informationen über die Auflösung und die Spatial Frequency Response eines 3D-Scans.

Publikationen:

Ritzmann, S.; Urban, P.; 2021, Designing the Spatial Star as a Three-Dimensional Derivate of the Siemens Star and Developing the Methods to Determine the Accuracy, Resolution and Spatial Frequency Response from a 3d Scan of the Spatial Star, Journal of Print and Media Technology Research 10(4), 231-245, DOI 10.14622/JPMTR-2109 Link

Mehr Informationen: Sven Ritzmann, M.Sc.

Kommerzielle 3D-Scanner bestehen aus einer Hardwarekomponente, die scanverfahrensspezifische Datensätze erzeugt, und einer Softwarekomponente, die diese Datensätze zu einer digitalen Reproduktion verarbeitet. Die Hardware ist hierbei für Objekte in einem definierten Größenbereich generalisiert. Weisen die Objekte nicht generalisierbare Anforderungen an die Erfassung auf, ist Spezialisierung der Generalisierung vorzuziehen.

Gerade im Bereich der Forschung existieren solche Anforderungen, da zumeist ein definierter Aspekt untersucht werden soll. Der Aufbau spezialisierter Scansysteme setzt hierbei den Fokus auf die spezifische Anforderung.

Ein Beispiel ist die Kooperation mit dem Bereich Evangelische Theologie der Bergischen Universität Wuppertal, in deren Untersuchungen das Sujet von Rollsiegeln von besonderer Bedeutung ist.

Rollsiegel sind zylindrische Kunstgegenstände aus der Antike Vorderasiens, deren Mantelfläche ein eingraviertes Motiv trägt. Die Rollsiegel bestehen aus teils transluzentem Stein.

Typischerweise wird das Motiv der Mantelfläche durch Abrollen in bspw. Ton übertragen. Hierbei wird das unendliche Motiv der Mantelfläche zu einer vorinterpretierten Sequenz und der Kontext zwischen Farbinformation des Steins und Motiv geht verloren. Oftmals sind Rollsiegel dem Forschenden lediglich durch solche Abrollungen oder Abbildungen zugänglich.

Das angepasste 3D-Scansystem ermöglicht jedoch die digitale Bereitstellung der Rollsiegel. Das System fokussiert die Erfassung der Mantelfläche. Die Digitalisierung erfolgt teilautomatisiert, um Sammlungen von mehreren hundert Rollsiegeln verarbeiten zu können. Die erfassten Farbinformationen werden durch die Verwendung von Farbfiltern erweitert und auf die digitale Reproduktion übertragen. Polarisationsfilter erleichtern die Digitalisierung der transluzenten Materialien.

Das 3D-Scansystem erlaubt zudem Datenzugriff über alle Prozessschritte hinweg. Dies ermöglicht die Verarbeitung der erlangten Informationen. So können digitale Abrollungen mit beliebiger Sequenz bei Erhalt der Farbinformation erzeugt werden. Die Kombination aus 3D-Druck und Inkjet-Druck führt zu einer physischen Abrollung samt Farbinformation.

Mehr Informationen: Sven Ritzmann, M.Sc.