3D - Scannen / 3D Metrologie
So wie der klassische Papierscan gewissermaßen die Kehrseite des Papierdrucks ist, so kann dieses Verhältnis ebenso auf die dreidimensionale Welt übertragen werden.
3D-Scan ermöglicht es, durch optische Verfahren dreidimensionale Objekte zu digitalisieren und somit ein virtuelles 3D-Modell dieses Objektes zu erschaffen, das entweder weiterbearbeitet oder für weitere Replizierungen verwendet werden kann.
Im Bereich des 3D-Scannens gibt es zwei grundlegende Verfahren- das sogenannten "structured light scanning" und Photogrammetrie.
Structured light scanning:
Beim "structured light scanning" werden mittels eines Projektors oder Lasers einzelne Linie auf das zu scannende Objekt projiziert. Entsprechend der Geometrie und Kontur des Objekts werden diese Linie optisch "verformt". Eine Kamera erfasst diese Verformungen und eine entsprechende Software berechnet daraus einzelne Punkte innerhalb eines räumlichen Koordinatenssystems. Diese Punkte werden durch einen softwarebasierten Algorithmus durch Verbindungslinien zu einzelnen, dreieckigen Flächen verbunden. Daraus spannt sich ein Gitternetz auf, welches das gescannte Objekt repräsentiert.
Die besonderen Stärken dieses Verfahren liegen hauptsächlich in der hohen Genauigkeit und Schnelligkeit, sowie der bereits beim Scannen maßstäblichen Berechnung des Objektes. D.h., dass die Größe des gescannten, dreidimensionalen Modells bereits der des Originales entspricht.
Zudem können hiermit auch geometrisch einfache Objekte erfasst werden, indem auf das Objekt kleine reflektierende Aufkleber, sogenannte "Marker" oder "Targets" aufgebracht werden. An diesen kann sich der Scanner ähnlich wie bei einem Sternenhimmel orienteren und somit die gescannte Geometrie bereits eindeutig aneinander reihen. Dadurch können auch vergleichsweise große und sperrige Ojekte durch mehrere Einzelscans erfasst werden.
Nachteilig ist an diesem Verfahren, wie bei allen optischen Messverfahren, dass die Genauigkeit sowie die generelle Erfassbarkeit sehr stark von den optischen Eigenschaften des zu scannenden Objektes abhängig sind.
So müssen bspw. glänzende Oberflächen zuvor mittels eines abwaschbaren oder selbst-verflüchtigenden Mattierungssprays vorbehandelt werden.
Photogrammetrie:
Die sogenannte Photogrammetrie stellt eine grundlegend andere Herangehensweise zur Ermittlung der virtuellen, dreidimensionalen Modelle dar. Hierbei werden mittels einer Digitalkamera sehr viele Bilder des zu scannenden Objektes aus möglichst vielen Betrachtungswinkeln erstellt. Diese Bilder werden mittels einer speziellen Software erfasst und anhand verschiedener Merkmale abgearbeitet.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in erster Linie an der relativ einfachen Erfassungsmöglichkeit des Objektes, wodurch bspw. auch organische Formen wie Skulpturen sehr gut erfasst werden können. Zudem kann das spätere 3D-Modell mit farbigen Texturen berechnet werden, was eine sehr realistisch wirkende Darstellung ermöglicht.
Die Nachteile dieses Verfahens liegen auch hier in der Beschränkung auf nicht glänzende Oberflächen. Zudem sind aufgrund der spezifischen Verfahrens nur geometrisch komplexe Objekte scannbar. Darüberhinaus ist bei der Berechnung der Geometrie aus zweidimensionalen Bilder die Qualität des 3D-Modells sehr stark von der Qualität der Bilder abhängig. Weiterhin ist der Massstab des generierten 3D-Modells zunächst aufgrund des fehlenden Bezugspunktes zunächst nicht definiert.
