Oberflächliches – 3D-Scanner an physikalischen Grenzen

Was tun mit unkooperativen Oberflächen? Claus Henkensiefken, zuständig für technische Umsetzung im Projekt 3D-Visualisierung, über 3D-Scans.

Wenn man sich mit 3D-Scan beschäftigt, begegnet man ihnen früher oder später unweigerlich: unkooperative Oberflächen – insbesondere in einem Technikmuseum.

Funktionsweise von 3D-Scannern

Die meisten 3D-Scanner funktionieren kontaktlos nach dem Prinzip, dass ein optischer Strahl auf einer Objektoberfläche reflektiert und von einem Sensor des Scanners erfasst wird. Dieser Strahl kann entweder aktiv vom Scanner selbst emittiert worden sein (z.B. Streifenlichtscanner) oder passiv aus dem Umgebungslicht stammen (Photogrammetrie). Wünschenswert ist dabei eine gut sichtbare, diffuse, gleichmäßige Reflektion, egal wie die Objektoberfläche zur Kamera orientiert ist.

Ziel ist es nun, die Entfernung eines Oberflächenpunktes zum Sensor zu ermitteln. Viele Scanner berechnen diesen Abstand über Triangulation, anhand von Aufnahmen eines Punktes aus unterschiedlichen Perspektiven. Hierzu müssen diese Punkte auf den einzelnen Aufnahmen erkannt werden.

Schwierigkeiten mit unkooperativen Oberflächen

Dummerweise verhalten sich viele Oberflächen unkooperativ, indem sie zu dunkel, spiegelnd oder gar transparent sind. Dies erschwert die eindeutige Zuordnung der einzelnen Punkte und führt damit zu Fehlern in der Abstandsberechnung. Dies führt wiederum im finalen 3D-Modell zu einer falsch wiedergegebenen Oberflächenstruktur, falls überhaupt eine Oberfläche ermittelt werden kann. Insbesondere bei technischen Objekten, die häufig aus Metall und Glas bestehen, kommt es dadurch zu einer verminderten Abbildungsqualität.

Im Teilprojekt 3D- Visualisierung: Perspektiven in der musealen Vermittlung am Deutschen Museum sammeln wir Erfahrungen mit Objekten, die schwer zu scannen sind. Wir kommunizieren unsere Ergebnisse mit den übrigen Mitarbeitern des Museums, um ein allgemeines Verständnis darüber zu erzeugen, was man von einem 3D-Scan erwarten kann und was man für eine Verbesserung der Qualität eventuell unternehmen muss. Hier geht es zum Beispiel um den möglichen Einsatz von Mattierungsprays, was jedoch Fragen zur Verträglichkeit mit den Objektoberflächen aufwirft. Auch wird dabei Einfluss die originale Farbwiedergabe des 3D-Modell genommen.

Dieses Thema wird den 3D-Scan noch eine Weile beschäftigen. Denn es ist nicht abzusehen, ob es einer Scantechnologie gelingen wird, diese physikalischen Grenzen zu überwinden.

Ein Beitrag von: Claus Henkensiefken