1.1.2 Generierung der 3D-Modelle

Autor: Isaak Lenth

Das Generieren der computergrafischen 3D-Modelle der Gesteine stellt sich praktisch als schwierig dar (vgl. dazu Ausführungen unter 1.1.1). Grundsätzlich lassen sich mehrere Vorgehensweisen zur Modellgewinnung unterscheiden: Einerseits können 3D-Modelle von Hand in geeigneten 3D-Modellierungsprogrammen erstellt und modelliert werden. Dies kostet jedoch zumeist sehr viel Arbeitszeit und Mühe. Zusätzlich muss darauf geachtet werden, dass Maßstäbe eingehalten werden und das Objekt detailgetreu nachgebildet wird. Alternativ lassen sich für reale Objekte mittels Laserscanning dreidimensionale Geometrien gewinnen oder auch mittels photogrammetrischer Verfahren.

Innerhalb des Projektrahmens wurde die Laserscanning-Methode seitens der Bochumer Arbeitsgruppe des Instituts für Technik und Didaktik (ISD) weiter verfolgt. Während es heutzutage bereits möglich ist, mit Hilfe eines modernen Smartphones 3D-Objekte einzuscannen und zugehörige 3D-Modelle zu erstellen, gibt es hier jedoch ein paar zu beachtende Besonderheiten, wodurch viele Methoden wegfallen. So sollen die Bohrkerne und Handstücke besonders detailgetreu erfasst und dokumentiert werden. Besonders bei stark reflektierenden Stücken, sowie bei besonders kleinen Handstücken ist dies eine große Herausforderung. Nicht jeder Laserscanner ist dafür geeignet. Daher wurden verschiedene Methoden ausprobiert. Unter anderem die Generierung eines Modells mit verschiedenen Laserscannern, sowie die Generierung von Modellen mithilfe der Fotografie mit einer Spiegelreflexkamera. Die Ergebnisse sind in [1] dokumentiert.

Für die generierten Modelle sind Grafikformate wie obj, 3ds, stl, ply, gltf, glb, 3dm oder fbx weit verbreitet. Innerhalb der durchgeführten Scans entstanden meistens Dateien im obj-Dateiformat (Wavefront OBJ) und JPEG für die Texturen. Im weiteren Projektverlauf wurden für die Erstellung der prototypischen Anwendung in das Dateiformat glTF gewechselt, um die Nutzbarkeit moderner Web-fähiger 3D-Viewer untersuchen zu können, die in weiten Teilen ebendieses Format unterstützen.

Referenzen:

[1] ToDo

Ergänzende Hinweise:

• Aktuell gescannte 3D-Objekte können projektintern unter folgendem Link als OBJ-Dateien heruntergeladen werden: http://iot.fbg-hsbo.de/obj_data/
• Im Rahmen des GI-Projektes wurde von Calvin Heiermeier außerdem versucht, einen Test-Scan mithilfe eines Handscanners durchzuführen. Informationen dazu gibt es unter Test 3D Scanner Kinect.
• Relevante in 3D-Modellen abzubildende Objekteigenschaften der Originalobjekte:
  • Farbe -> im computergrafischen 3D-Modell Abbildung auf Textur ("Texture Mapping")
  • Transparenz (einfaches Beispiel: Quarz) -> visuell nur sehr schwer (oder gar nicht) nachbildbar
  • Glanz (Beispiel: Glimmer) -> visuell ebenfalls nur sehr schwer (oder gar nicht) nachbildbar
  • Form -> im computergrafischen 3D-Modell Abbildung auf Geometrie ("Mesh")
  • Oberflächenbeschaffenheit -> Hier bietet das 3D-Modell sogar Vorteile gegenüber dem Original, da sich die Textur z. B. interaktiv in der 3D-Ansicht ausblenden lässt und somit die Oberflächenbeschaffenheit gut sichtbar wird; weiterhin lässt sich die Beleuchtungssituation in der 3D-Szene interaktiv ändern, so dass hier ein weiteres Erkundungswerkzeug zur Verfügung steht.
  • Gewicht und Härte -> nicht im computergrafischen 3D-Modell wiedergegeben; Angabe z, B. in zusätzlichem Steckbrief
  • Gefüge -> im computergrafischen 3D-Modell hier Abbildung auf Textur
  • Hohlräume -> im computergrafischen 3D-Modell Abbildung auf Mesh, wobei sich tiefer in den Stein erstreckende Hohlräume zumeist nur sehr schwer oder gar nicht erfasst werden können durch 3D-Scanner (oder photogrammetrische Methoden)
  • Bruchmuster -> aktuell nicht berückichtigt; ein Ansatz würde darin bestehen, einen Stein (z. B. ein Handstück) zweimal einzuscannen, nämlich vor und nach dem Bruch, und so das Brechen in der 3D-Szene durch eine animierte Darstellung zu veranschaulichen.
  • ... ToDo: Auflistung weiter ergänzen

(Zurück zum Inhalt des Endberichts)