Verfasst von Holger Wegendt ● 20.12.2018

Making of: So entsteht ein 3D Scan in 3 Schritten

so entsteht ein 3D Scan

3D-Scanner gehören derzeit sicherlich zu den interessantesten Entwicklungen im Bereich der 3D-Bildgebung. Auf Basis der Bildaufnahme und durch smarte Algorithmen lassen sich von einem Objekt in kurzer Zeit fotorealistische, maßstabsgetreue 3D-Modelle, so genannte Digital Twins, erstellen. Wo früher Computer Generated Imagery (CGI) Artists mehrere Tage manuell an einem 3D-Modell gearbeitet haben, ist es jetzt möglich, innerhalb weniger Minuten automatisiert einen digitalen Zwilling zu erzeugen.

In diesem Artikel erfahren Sie, welche drei Schritte erforderlich sind, um mittels RealScan ein 3D-Modell Ihres Produktes anfertigen zu lassen; vom Platzieren des Objektes bis zur Fertigstellung des 3D-Modells am PC.

Weshalb sollten Unternehmen sich jetzt mit der Umstellung auf 3D auseinandersetzen?

Die 3D-Technologie bringt gegenüber der klassischen 2D-Fotografie viele Vorteile und eine Zeit- und Kostenersparnis entlang der kompletten Produkt-Wertschöpfungskette – angefangen bei der frühen Produktentwicklung bis zur Produktvisualisierung auf Web-Plattformen. Zudem lassen sich für das interaktive Kauferlebnis des Kunden vielfältige innovative Anwendungsszenarien entwickeln, welche ausschließlich durch 3D-Modelle möglich sind. Die Art und Weise, wie wir Dinge im wahrsten Sinne des Wortes „begreifen“, wird sich in den nächsten Jahren stark weiterentwickeln. Jetzt ist der Zeitpunkt und die Chance, ganz vorne mit dabei zu sein.


 

Was macht RealScan besonders?

Ein Service, der dem Anwender zu Ergebnissen in herausragender Qualität ohne hohe Investitionskosten verhilft - das ist RealScan. Zeiss bietet seinen Kunden mit RealScan einerseits die Möglichkeit, einen 3D-Scanner zu leasen und andererseits eine Scan-as-a-Service Dienstleistung zur Erstellung fotorealistischer 3D-Modelle in Anspruch zu nehmen. Bei der Scan-as-a-Service Option kann das Objekt wiederum entweder an ZEISS geschickt werden, wo direkt im Scan Center ein 3D-Modell erstellt wird oder aber, ZEISS kommt mit RealScan zu seinen Kunden vor Ort. Je nach individueller Anforderung kann so die praktikabelste sowie rentabelste Lösung für jeden Scan-Job gefunden werden. Der große Vorteil dieses Leasing-Modells gegenüber einem Kauf ist, dass der Kunde laufend mit Soft- und Hardware Updates versorgt wird und so immer ein aktuelles System mit den neuesten Features zur Verfügung hat.


Wie entsteht ein 3D-Scan?

Bis zum fertigen 3D-Modell, welches man entweder für den Druck eines 3D-Objektes verwenden, oder aber im virtuellen Fotostudio weiter bearbeiten kann, sind drei Schritte erforderlich.

 

1. Schritt: Vorbereitung des Objektes

Um das Objekt optimal digitalisieren zu können, muss es im ersten Schritt mittig auf einem Drehtisch aus Glas platziert werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Kameras freie Sicht auf das Objekt haben, und es von allen Seiten, inklusive der Unterseite, erfassen können. Die Möglichkeit, ein Objekt tatsächlich von allen Seiten abzubilden, und damit auch Objekte zu scannen, die nicht gedreht und gewendet werden können, ohne dass sie ihre Form verlieren, ist eine Besonderheit von RealScan. Diese kommt beispielsweise bei Food Scans, wie Burgern oder Torten, sowie bei verformbaren Artikeln, wie Kissen, Schals etc. zum Tragen.

Anschließend werden Kameras und Beleuchtung perfekt auf das Objekt ausgerichtet, sowie relevante Kameraparameter eingestellt. Außerdem können gleich zu Beginn Einstellungen für die anschließende Rekonstruktion eingestellt werden, in dem angegeben wird, für welche Anwendung (Produktvisualisierung, AR, VR, etc.) der Digital Twin verwendet werden soll.

Foto von Schritt 1 linksFoto von Schritt 1 rechts


2. Schritt: Die Erfassung des Objektes

Nach Einstellung von Hard- und Software startet im nächsten Schritt der automatisierte Scanprozess durch einen einzigen Klick. RealScan erfasst das Objekt mittels Streifenlichtprojektion. Dabei wird mithilfe eines Projektors zeitlich sequentiell ein Streifenmuster flächenhaft auf das zu scannende Objekt projiziert, während sich dieses auf der Glasplatte dreht. In der Deformation der Streifen ist die Tiefeninformation – sprich die Topografie des Objektes kodiert. In einem ausgeklügelten Verfahren aus Bildgebung und Bildverarbeitung, wird die Objektform auf Basis des Streifenmusters berechnet. Die Besonderheit von RealScan ist das automatisierte Freistellen des gescannten Objektes ohne die sonst übliche manuelle Interaktion durch den Nutzer. Bereits drei Minuten nach Beendigung des Scanvorganges kann sich der Anwender ein erstes Ergebnis ansehen, das im nächsten Schritt vollständig mit einer hochaufgelösten Objekttextur rekonstruiert wird.


Die Streifenlichtprojektion hat gegenüber anderen Methoden wie z. B. der klassischen Photogrammetrie den enormen Vorteil, dass beinahe jedes Objekt erfasst werden kann. Sie ist sowohl für einfarbige Objekte und welche mit sehr geringer Textur als auch für weiche, flexible oder empfindliche Oberflächen, wie beispielsweise die, von leicht beschädigbaren archäologischen Fundstücken, geeignet. Ausnahmen bilden derzeit noch transparente oder stark reflektierende Oberflächen.


Eine detaillierte Erläuterung zur Methode der Streifenlichtprojektion bietet unser Artikel „3D-Methoden im Überblick“.


Foto von Schritt 2 linksFoto von Schritt 2 rechts


3. Schritt: Die 3D-Rekonstruktion

Nach der Rekonstruktion des 3D-Modells aus den aufgenommenen Bilddaten kann das Modell aus jeder beliebigen Perspektive betrachtet werden. Den letzten Schritt stellt die Nachbearbeitung des Modells dar. Das, was CGI Artists früher in mühevoller Kleinarbeit erstellen mussten, ist bei RealScan ein automatisierter Vorgang, der in etwa 15 - 20 Minuten dauert. Eine Software berechnet anhand der im ersten Schritt eingegeben Rekonstruktionsparameter, die optimale Objektform des 3D-Modells. Nach Abschluss der Berechnung erhält man einen fotorealistischen Digital Twin seines Objektes, der nur darauf wartet, ins richtige Licht gerückt zu werden.


Foto von Schritt 3 linksFoto von Schritt 3 rechts


Wie geht es nun weiter?

Das 3D-Modell lässt sich jetzt vielfältig einsetzen. Manche Digital Twins sind nach der Rekonstruktion bereits makellos. Bei manchen ist es je nach Anwendungsfall sinnvoll, noch einmal manuell nachzuarbeiten und kleine Korrekturen vorzunehmen. Objekte organischen Ursprungs mit eher rauen Oberflächen und einem natürlichen Finish, wie etwa bei Holz oder Brotkrusten, benötigen in den meisten Fällen keine weitere Bearbeitung, während geometrische Formen oder technische Oberflächen durchaus manchmal „gerade geschliffen“ und Unregelmäßigkeiten korrigiert werden müssen.

Im Anschluss hat man die Option, das fotorealistische 3D-Modell im virtuellen Fotostudio weiter zu bearbeiten. Dort kann es durch individuelle Beleuchtung und passende Hintergründe in Szene gesetzt werden. Dabei sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt. Größe und Perspektive beispielsweise, lassen sich beliebig an jede Anforderung anpassen. Diese Tatsache macht die 3D-Scantechnik unter anderem so wertvoll gegenüber der klassischen Fotografie, denn plötzlich ist es möglich, mit vergleichsweise geringem Aufwand eine nahtlose Rundum-Ansicht von jedem erdenklichen Objekt und vor jeder erdenklichen Szene zu erhalten und dieses ohne Qualitätsverlust zu verkleinern und vergrößern. Selbstverständlich können von diesen 3D-Szenen auch beliebige klassische 2D-Ansichten erzeugt werden.

 

Fazit - so entsteht ein 3D-Scan in 3 Schritten

Die 3D-Technologie ist die Zukunft der digitalen Bildgebung. Wer seinen Kunden zeigen möchte, dass er bei Innovationen ganz vorne mitspielt, sollte bereits jetzt beginnen, 3D-Objekte in seine Arbeitsabläufe zu implementieren. Denn jetzt ist der Zeitpunkt, an dem man die Technologie als echten Wettbewerbsvorteil nutzen kann, während andere den Einstieg verschlafen.

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3-Scans Paper

Topics: Digitalisierung

Holger Wegendt

Senior Engineer Application and Development of 3D-Scanning and Metrology Technologies, Head of RealScan Scanning-Center at Carl Zeiss Oberkochen, Germany

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