Hinter den Kulissen: Aufnahmen des Großherzoglichen Palastes in Luxemburg für die Weltausstellung

Als das Support-Team von Artec 3D den Auftrag erhielt, Luxemburg für die Weltausstellung zu digitalisieren, war die Begeisterung zunächst groß. Die eigenen Grenzen im 3D-Scannen auszuloten und das Land auf der Weltkarte zu präsentieren? Was für eine Chance! Doch es stellten sich auch einige Herausforderungen, die nach einer schnellen und unkomplizierten Methode verlangten.

Zunächst versuchten die Spezialisten, ein aus Zucker gefertigtes Modell des Palastes mit dem hochauflösenden Artec Spider II zu digitalisieren. Obwohl Modell äußerst realistisch war (und Spider II seine Nuancen hervorragend erfasste), besaß die Replik nicht die geometrische Genauigkeit, die für die Erstellung eines echten 3D-Modells im Maßstab 1:1 erforderlich war.

Artec Spider II beim Erfassen eines aus Zucker gefertigten Modells des Großherzoglichen Palastes in Luxemburg.

Nachdem ein erster Versuch also gescheitert war, blieb den Mitarbeitern von Artec keine andere Wahl: Sie mussten den Großherzoglichen Palast selbst scannen, was jedoch einige neue Herausforderungen mit sich bringen würde. Denn Artec Ray II eignet sich zwar hervorragend zum Erfassen großer Objekte und Flächen, doch schränkt die Stativbefestigung die Möglichkeiten zur Aufnahme von Bildern aus der Luft bedeutend ein. Glücklicherweise aber bietet Artec Studio nun drohnenkompatible Photogrammetrie-Funktionen.

Die nächste Herausforderung bestand darin, eine Drohne über einem stark frequentierten historischen Gelände fliegen zu lassen. Dazu musste der Premier Conseiller des Palastes kontaktiert werden, damit dieser die Genehmigung für einen solchen Flug erwirken konnte. Schließlich stellten noch die Fußgänger ein Problem dar, denn beliebte Touristenattraktion ist oft von Menschenmassen überlaufen. Bei einer 3D-Datenerfassung ist dies äußerst ungünstig, da es zu verdeckten Details und Bewegungsunschärfe führen kann.

Dank einiger vorsichtiger Doppelscans, des in Ray II integrierten Visual Inertial System (VIS) und der leistungsstarken Algorithmen in Artec Studio konnte das Team schließlich ein unglaublich großes und dennoch detailliertes 3D-Modell mit einem realistischen Erscheinungsbild für immersive VR-Anwendungen erfassen.

Unkompliziertes Scannen, hervorragende Ergebnisse

Laut Keynan Tenenboim, einem der 3D-Scanning-Spezialisten des Projekts, war die Datenerfassung mit Ray II gar nicht so schwierig. Denn dank des VIS-Systems kann das Gerät seine eigene Position im dreidimensionalen Raum verfolgen, sodass die Nutzer den Scanner lediglich für die Erfassung aus allen Winkeln positionieren müssen. „Meine Aufgabe im Außendienst bestand im Grunde darin, den Scanner zu bewegen und einen Knopf zu drücken“, so Tenenboim. „Es waren keine weiteren Fähigkeiten erforderlich. Ich hätte diese Aufgabe jedem Dahergelaufenen anvertrauen können!“

Die eigentliche Herausforderung bestand darin, aus ausreichendem Abstand zu scannen, um die Details maßstabsgetreu zu erfassen. Ray II erreicht eine Genauigkeit von bis zu 1,9 mm aus einer Entfernung von zehn Metern. Würde Tenenboim jedoch zu nah herangehen, würden Teile der Palastarchitektur andere verdecken. Daher musste er einen Schritt zurücktreten – auf eine Entfernung von etwa 20 Metern, sodass das gesamte Bauwerk im Bild war – und eine Schleife um den Komplex drehen.

Das finale 3D-Modell des Großherzoglichen Palastes.

Während Tenenboim mit Ray II scannte, steuerte sein Kollege Jerry Klein eine Drohne über das Gebiet. Obwohl er eine Flugerlaubnis hatte, war das alles andere als eine leichte Aufgabe: Der Palast ist von einem komplexen Straßennetz umgeben, und jeder Navigationsfehler hätte enorme Kosten verursacht. Dennoch gelang es Klein, der selbst wenig Erfahrung im Drohnenflug mitbrachte, die Szenerie vollständig einzufangen.

„Eine Drohne zu fliegen ist wie ein Videospiel, nichts Besonderes. Es ist ziemlich intuitiv“, erklärt Klein. „Der Vorteil von Fotos liegt in der höheren Bildqualität und dem geringeren Bildrauschen. In Artec Studio lassen sich auch 3D-Modelle aus Videos erstellen – ich habe vorsichtshalber beides aufgenommen. Mit Videos geht es schneller, während sich Fotos für kniffligere Teile eignen.“

Zusammenführen verschiedener Datensätze in Artec Studio

Artec Studio bietet in seiner aktuellen Version eine Komplettlösung zum Erfassen, Verarbeiten und Kombinieren von 3D-Datensätzen, die mit Strukturlicht-, Laser- und LiDAR-Scannern sowie Photogrammetrie erfasst wurden. Um 3D-Scans und Fotos/ Videos zusammenzuführen, müssen Anwender zunächst 3D-Polygonnetze generieren. Bei der Fusion der Daten aus Ray II spielte VIS erneut eine Schlüsselrolle und optimierte die Vorausrichtung.

„Das VIS-System von Ray II richtet alle Scans automatisch aus. Wenn man also Daten in Artec Studio hochlädt, sind sämtliche Objekte bereits vorjustiert“, fügt Tenenboim hinzu. „Statt 100 einzelner Scans sieht man nur noch ein einziges Objekt auf dem Bildschirm. Wir haben uns sehr bemüht, dieses System so gut wie möglich zu pflegen und weiterzuentwickeln.“

Artec Ray II vor der Weltkulturerbestätte „Hohler Zahn“ in Luxemburg.

Die Erstellung eines 3D-Modells mit KI-Photogrammetrie funktioniert etwas anders, liefert aber dennoch hervorragende Ergebnisse. Zunächst wandeln dabei die Algorithmen von Artec Studio Fotos oder Videos in eine „Modellvorschau“ mit anpassbarem Begrenzungsrahmen um. Sobald die zu verwendenden Daten ausgewählt sind, generiert die Software in Echtzeit lebensechte 3D-Modelle, die mit aus 3D-Scans erstellten Modellen zu detailreichen und maßstabsgetreuen Darstellungen kombiniert werden können.

In Artec Studio lassen sich außerdem Löcher füllen, bewegliche Objekte entfernen, Texturen zuordnen und Modelle verkleinern, um die Polygonanzahl zu reduzieren. All dies ermöglicht es den Nutzern, ihre Modelle zu verfeinern – selbiges war auch für die 3D-Scanning-Experten von Artec entscheidend, um ressourcenschonende Modelle für VR-Anwendungen zu erstellen.

Denkmalpflege der nächsten Generation: Die Bewahrung des Kulturerbes

Durch die Kombination von Ray II, KI-Photogrammetrie und tragbaren Geräten wie dem drahtlosen Artec Leo konnte das Team schließlich weitere Sehenswürdigkeiten für den Luxemburger Pavillon digitalisieren. Dazu gehört auch der „Hohle Zahn“, ein UNESCO-Welterbe mit einer Felswand an einer Seite, für dessen Digitalisierung eine Drohne eingesetzt werden musste. Die Daten wurden auch in diesem Fall mit Scans aus Ray II zusammengeführt, um ein abgeschlossenes Modell zu erstellen.

Neben all den anderen wunderschön eingefangenen Modellen ist der Hohle Zahn nun über die Osaka Expo App verfügbar und erschließt so einem neuen Publikum die Geschichte des Landes. Besucher der Expo selbst können sich denjenigen anschließen, die sich virtuell zuschalten, und beliebte Sehenswürdigkeiten in VR „besichtigen“.

Ein 3D-Modell des „Hohlen Zahns“, ebenfalls aufgenommen mit Ray II und KI-Photogrammetrie.

Klein sieht erhebliches Potenzial in diesem Ansatz, nicht nur für die Denkmalpflege, sondern auch in anderen groß angelegten Anwendungen, in denen verschiedene 3D-Scanner und Photogrammetrie den Anwendern eine unglaublich hohe Genauigkeit und einen großen Erfassungsmaßstab bieten können: als das Beste aus beiden Welten!

„Ich sehe diesen Ansatz überall Anwendung finden, von der Hollywood-Filmindustrie bis hin zu Videospielen – überall dort, wo traditionell weniger Wert auf Geometrie, sondern vielmehr auf Textur gelegt wird“, resümierte Klein. „Da man 3D-Scans und Photogrammetrie kombinieren kann, erhält man eine präzise Geometrie und gleichzeitig eine hochauflösende Textur. Das ist äußerst praktisch, denn man muss sich nicht mehr entscheiden!“

Artec 3D ist erfreut, zur Entstehung des Luxemburger Pavillons in Osaka beigetragen zu haben.