13-14. 3D-Rekonsturktion

February 06, 2020

3D-Rekonstruktion ist ein Prozess, die Form und das Aussehen der realen Objekte einzufangen. Wenn das Modell erlaubt ist, seine Form in der Zeit zu ändern, wird dies bezeichnet als nicht-starre oder räumlich-zeitliche Rekonstruktion.
Im geist- und kulturwissenschaftlichen Kontext geben die 3D-Modelle das zum Zeitpunkt ihrer Erstellung zusammengetragene Wissen zum betreffenden Obejekt wieder. Interpretationen und Hypothesen sind damit ebenso wesentliche Bestandteile von digitalen Rekonstruktionen.
Zu fragen ist nun wie das Wissen, die Unsicherheiten, die Interpretationen und Hypothesen im 3D-Modell visuell dargestellt werden können.

palmyra 3D-Rekonstruktion von Tempel Palmyra¹

Structure from Motion(SFM) bezeichnet einen automatischen Prozess, der die räumliche Struktur von Objekten aufgrund korrespondierender Merkmale in Bildern erkennt.Rekonstruiert wird die Kamera- und Szenengeometrie.
Aufgrund der einfachen Handhabung und der hervorragenden Ergebnisse hat das Verfahren breite Anwendung in unterschiedlichen Gebieten gefunden, neben der Ausgrabungsdokumentation2 beispielsweise in der Lutbildarchäologie, bei der Dokumentation von antiken Steinbrüchen, historischen Gebäuden etc.
Für die Berechnung eines 3D-Modells ermittelt ein Algorithmus zunächst charakteristische Punkte in den einzelnen Photos, die dann über die gesamte Bildserie miteinander verknüpt werden.
Aus den unterschiedlichen Parallaxen der sich beim Photographieren um die abzubildende Szene bewegenden Kamera können schließlich die dreidimensionalen Eigenschaten der Szene errechnet werden.
Nachteil:
- Die Qualität einer SFM-Rekonstruktion ist direkt von den Eigenschaten des abgebildeten Objekts und der Eignung der Algorithmen des verwendeten Programms für dieses Objekt abhängig.
- Die zur Erstellung eines 3D-Modells mit PhotoScan notwendigen Rechenzeiten variieren stark, sie hängen unter anderem von der verwendeten Hardware, der Menge der in ein Modell eingehenden Bilddaten und dem gewünschten Detaillierungsgrad der Rekonstruktion ab.

sfm SFM-Verfahren in Software Agisoft Metashape²

Weiterer Vorgang zur 3D-Rekonstruktion ist die Erstellung Meshes bzw. STL-Datei aus Punktwolken.
Mesh ist dabei ein Polygonnetz zur geometrischen Beschreibung von Objekt-Oberflächen. Dabei können das Output des 3D-Scans als Knotenliste oder vermaschtes Dreiecksnetz in MeshLab importiert werden.
Arbeitsvorgang:
- Bereinigung der Punktwolke
- Registrierung des Scans
- Oberflächen-Rekonstruktion
- Reduktion und Glätterung

Bereinigung der Punktwolken aus dem 3D-Scans von Nofretete in Software CloudCompare³

nofretete Das erstellte Mesh aus Punktwolken.