3D-Modell eines Feuersteins

Das 3D-Modell unten ist eine Rekonstruktion eines Feuersteins aus dem Erdaushub des Regenrückhaltebeckens beim Neubau der Firma Wecon mit den Abmessungen 24 x 20 x 10 cm, rund 2,3 kg schwer.

Vom realen Modell des Feuersteins wurden ein Smartphone-Video erstellt und daraus 446 Fotos mit einer Auflösung von 1920x1080 exportiert. Hieraus wurde dann das 3D-Modell unten erstellt.

3D-Modell des Belemnitenschlachtfelds

Das 3D-Modell unten ist eine 3D-Rekonstruktion des Kalksteins Belemniten-Schlachtfeld aus der Ausstellung des Museums mit den Abmessungen 128 x 90 x 45 cm, rund 1000 kg schwer.

Vom Fundstück wurden 113 Digitalkamera-Fotos mit einer Auflösung von 4608x3072 mittels einer gewöhnlichen Spiegelreflex-Kamera erstellt. Das daraus errechnete 3D-Modell enthielt 1,7 Mio. Kanten bzw. 3,5 Mio. Flächen, was für die Veröffentlichung im Internet viel zu groß ist. Daher haben wir die Datenmenge der Modell-Rekonstruktion um 90% reduziert auf ca. 357.000 Kanten bzw. 712.000 Flächen, was zwar die Detailauflösung verschlechtert, aber erst so zu erträglichen Ladezeiten führt.

Virtuelles Museum

3D in Geologie, Mineralogie und Paläontologie

Für Künstler und Museen ist das Präsentieren der Werke und Exponate schon immer eine zentrale Aufgabe, einerseits um Besucherinnen und Besucher anzusprechen, andererseits möchte man das Erlebnis auch einem größeren Besucherkreis zugänglich machen. So sind neben den Print-Medien heutzutage Internet und Social-Media-Plattformen aus Kunst und Kuktur nicht mehr wegzudenken. Neu an dieser Entwicklung ist, das mit Virtual Reallity und 3D sich für Kunst und Kultur ganz neue Möglichkeiten eröffnen.

Einfache Technik - tolles Ergebnis
Mit der Entwicklung der 3D-Technik, hier in Form der Photogrammetrie und 3D-Rekonstruktion, hat sich in den letzten Jahren ein ganz neuer Zweig entwickelt, durch den es möglich ist, aus einfachen Bilderserien (Handy, Digitalkamera) virtuelle Kopien eines 3D-Modells herzustellen. Damit lassen sich Objekte wie in einem "virtuellen Museum" zugänglich machen.
Virtuelle 3D-Modelle kann man dann bequem vom Sofa aus intuitiv mit Maus oder Wisch-Gesten drehen und in die Darstelung hinein zoomen. So wird jedes Museum ein Stückchen mehr barrierefrei.

Was geht?
Für alle die sich über die dahinterstehende Technik informieren möchten, haben wir eine kurze Einführung vorbereitet
(3D-Modellierung - was ist das?).
Einige Exponate aus dem Museum sind jetzt Online zu sehen.

Abb.: Kamerapositionen der Fotoserie "Belemnitenschlachtfeld"

Das erwartet Sie
Das Museum Zurholt zeigt auf seinen Seiten mittels 3D-Rekonstruktion erstellte Kopien realer Modelle, die der Besucher auf seinem Computer, Tablet oder Smartphone um 360 Grad drehen kann. Hier einige Beispiele:
3D Kettenkoralle
3D Calcit-Gestein
3D Kristallstruktur von Calcit
3D Ammonit Scaphites Binodosus
3D "Belemnitenschlachtfeld"
3D Feuerstein
Wir wünschen viel Spass.

3D-Modellierung - was ist das?

1. Fotoserie erstellen

Ausgangspunkt eines 3D-Modells ist eine Serie von überlappenden Bildern, wie sie für Panoramafotos erstellt werden. Grundsätzlich kann von beliebigen Objekten ein 3D-Modell rekonstruiert werden, beispielsweise von einer Skulptur, einem archäologischen Fundstück oder wie in unserem Beispiel einem Kalkstein, der mit Belemniten übersäht ist (mehr Infos unter "Belemnitenschlachtfeld"). Das Objekt muss dazu aus möglichst allen Richtungen überlappend fotografiert werden. Hierzu wurden 113 Bilder mit einer einfachen Spiegelreflexkamera aufgenommen.

Abb.: Fotoserie mit 113 Kamerapositionen des Kalksteins "Belemnitenschlachtfeld"

2. Wolke aus Bildpunkten erstellen

Aus der Fotoserie werden mittels Software alle charakteristischen Bildpunkte ermittelt, die im gleichen überlappenden Bildbereich identifiziert werden können. Aus den Bild- und Kameradaten (Objektiv-Brennweite, Parallaxe) werden die 3D-Koordinaten dieser Bildpunkte rekonstruiert und zu einer sogenannten dreidimensionalen Punkt-Wolke zusammengetragen. Das ist die äußere 3D-Kontur, die aus einzelnen Punkten im Raum besteht, die auf der Oberfläche des Objekts liegen. Für eine gute Auflösung werden bis zu 5 Mio. Gitternetzpunkte ausgewertet. Das ist eine für das Internet viel zu große Datenmenge, um sie direkt für die Darstellung zu nutzen. Daher wurde im Beispiel unten die Auflösung drastisch auf rund 3000 Gitternetzpunkte (1500 Flächen) reduziert.   

Abb.: Punktwolke des vereinfachten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 3000 Bildpunkte, 1500 Flächen)

3. Gitternetz aus Punktwolke erstellen

Unter Verwendung der 3D-Punktwolke wird nun ein Gitternetz erzeugt, durch das dann ein Flächenmodell entsteht. Erst damit bekommt das rekonstruierte 3D-Modell für den menschlichen Betrachter eine "Kontur".

Abb.: Gitternetz des vereinfachten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 3000 Bildpunkte, 1500 Flächen)

4. Auf 3D-Oberfläche Bildinfos projezieren

Zum Schluss wird die Bildinformation (Textur) der Fotos auf die Oberfläche projeziert. Erst durch diesen Schritt bekommt das rekonstruierte 3D-Modell seine natürlich Farbe zurück. Bei unzureichender Auflösung wird die durch das Gitternetz angenäherte Oberfläche als Facettierung sichtbar. Dabei gehen je nach Komplexität des Modells mehr oder weniger Kontur- und Bilddetails verloren.

Abb.: Facettierte Oberflächentextur des vereinfachten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 3000 Bildpunkte, 1500 Flächen)

5. Auflösung anpassen

Möchte man eine gute Darstellung des 3D-Modells erzielen, benötigt man je nach geometrischer Komplexität eine Rekonstruktion mit mehreren Hundertausend bis mehrere Millionen Gitternetzpunkte. Die Datenmengen werden dabei umso größer, je genauer die Rekonstruktion durchgeführt wird. Das Modell unten wurde mit 360.000 Punkten und 710.000 Flächen erstellt.

Abb.: Oberflächentextur des erweiterten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 360.000 Bildpunkte, 710.000 Flächen)

Hier können Sie sich das komplette 3D-Modell des Belemnitenschlachtfelds anschauen.