Wie funktioniert die 3D-Scantechnologie?

Von Natalia Kivolya
5. Februar 2020
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Der Einstieg in die Welt des 3D-Scannens kann zunächst ein wenig einschüchternd sein, – doch das alles wird verständlicher, sobald man sich einen Moment Zeit nimmt, um die Technologie dahinter zu verstehen. Von Ihren eigenen Augen (der Mutter aller Scanner!) bis zum neuesten 3D-Scanner auf dem Markt: So funktioniert alles!
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Dimensionen unserer Welt, zum Betrachten, Scannen und mehr

Bevor wir in das faszinierende Universum des 3D-Scannens, mit seinen Unmengen von Laserscannern, Strukturlicht-Scannern, Design-Software, 3D-Modellen und vielem mehr eintauchen, nehmen wir uns eine Minute Zeit, um besser zu verstehen, worüber wir sprechen, wenn es um die drei Dimensionen geht, die uns umgeben (und uns definieren).

Jeder weiß, dass wir in einer 3D-Welt leben – auch Menschen, die keine Ahnung haben, was ein 3D-Scanner ist. Aber was bedeutet eine „3D-Welt“? Es bedeutet, dass der Raum um uns herum dreidimensional ist, und dass die Position von allem durch drei Zahlen, auch Parameter oder Koordinaten genannt, beschrieben werden kann. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese drei Parameter zu spezifizieren, und die Regeln dafür werden als Koordinatensystem bezeichnet.

Abb.1a​

Das bekannteste Koordinatensystem ist das sogenannte kartesische Koordinatensystem.​

Wenn wir über die Breite, Höhe und Tiefe der Dinge um uns herum sprechen, verwenden wir die Begriffe eines kartesischen Koordinatensystems - das entweder das rechtshändig (RHS) oder das linkshändig (LHS) sein kann. Der einzige Unterschied zwischen den beiden ist die Richtung der z-Achse, die sich auf die Tiefe von etwas bezieht.

Abb.1b​

Abb.1c

Es gibt aber noch einige andere Koordinatensysteme, darunter ein sphärisches (links) und ein zylindrisches Koordinatensystem (rechts).​

Allen 3D-Koordinatensystemen ist gemein, dass sie drei unabhängige Parameter haben, welche die Position eines beliebigen Punktes im Raum, sei es eine Fläche oder eine anderer Raum, eindeutig beschreiben. Dies scheint ein einfacher Punkt zu sein, doch wenn es um 3D-Scanner und Scannen geht, sind es grundlegende Prinzipien wie dieses, welche Ihnen wirklich helfen werden, diese weltbewegende Technologie besser zu verstehen und erfolgreich mit ihr zu arbeiten.

Jede Diskussion über Dimensionen, wie sie sich auf das Universum des 3D-Scannens und Scanners beziehen, wird noch zentraler, wenn wir nun noch die Genauigkeit und Auflösung der heutigen professionellen 3D-Scanlösungen und -Software berücksichtigen. Bis weit über das für das menschliche Auge sichtbare Maß hinaus hängt die Leistung der neuesten 3D-Scanner von zuverlässigen und wiederholbaren Hardware- und Software-basierten Koordinatensystemen ab.

Eine kurze Einführung über Objekte und 3D-Scannen

Neben ihrer Position im Raum haben alle physischen Objekte Dimensionen. Die Objekte können 0D, 1D, 2D oder 3D sein.

Denken wir nun an etwas extrem Kleines, etwa ein Atom, von dem wir sagen können, dass es fast keinen Platz einnimmt: Wir es einen Punkt nennen. Wenn ein Punktobjekt eine Position im Raum hat, die durch seine x-, y- und z-Koordinaten beschrieben werden kann, aber keine Abmessungen hat, wird es als 0D-Objekt bezeichnet. Und während Sie sicherlich Scanner für 1D-, 2D- und 3D-Objekte finden können, kann man das gleiche nicht von 0D-Objekten sagen.

Eine sehr dünne Kette ist ein Beispiel für ein 1D-Objekt. Jedes Kettenglied, mit Ausnahme des ersten und letzten, hat nur zwei "Nachbarn" oder benachbarte Links.

Ein dünnes Blatt Papier (c) ist ein 2D-Objekt, da seine dritte Dimension (Höhe) im Vergleich zu seiner Länge und Breite unbedeutend ist.

0D- und 1D-Objekte​

2D-Objekte​

3D-Objekte

Ein einfaches Beispiel für ein 3D-Objekt ist ein Kasten, der eine Länge, Breite und Höhe hat und in allen 3 Dimensionen einen gewissen Platz einnimmt.

Im Hinblick auf die heutzutage am Markt verfügbaren professionellen 3D-Scanner bezeichnen die Hersteller auf ihren Produktseiten sowie innerhalb ihrer Produktdokumentation die optimale(n) Objektgröße(n) (die gescannt werden sollen) sehr eindeutig. Die Größenordnung der 3D-Scanner reicht dabei von automatischen Desktop-Scannern für kleine und kleinste Objekte über handgeführte Scanner mit Strukturlicht für kleine und mittlere Objekte bis hin zu größeren Scannern, wie z.B. 3D-Laserscanner für große und sehr große Objekte. Die mit diesen Scannern erstellten 3D-Modelle wiederum können je nach Bedarf in der Größe verändert werden, nicht zuletzt auch über professionelle CAD-Konstruktionssoftware.

Wie Sie und ich die Welt in 3D wahrnehmen (und gedanklich abtasten)

Die meisten Informationen über entfernte Objekte kommen mit Hilfe von Licht zu uns. Licht ist elektromagnetische Strahlung, die mit der schnellstmöglichen Geschwindigkeit durch den Raum rast. Meistens von der Sonne kommend, prallt das Licht von den Oberflächen ab, wird von ihnen absorbiert oder reflektiert und reist weiter, wenn es nicht absorbiert weiter wird. Dem Licht kann vieles zustoßen: Es kann reflektiert, gebrochen, gestreut oder absorbiert werden, und nach dem Auftreffen auf Objekte in seinem Weg kann es sogar deren Eigenschaften, d.h. ihre Farbe, Intensität, Richtung usw., verändern.

Das menschliche Auge ist ein Sinnesorgan, das die Richtung, Intensität und Farbe des sichtbaren Lichts erkennen kann. Das Auge hat eine Augenlinse, die das durch sie hindurchtretende Licht auf die Netzhaut bündelt. Die Netzhaut enthält spezielle lichtempfindliche Zellen, die aus rund 120 Millionen Stäbchen und 6-7 Millionen Zapfen bestehen. Diese Stäbchen lassen uns Schwarz und Weiß wahrnehmen, während die Zapfen uns Farben sehen lassen. Um diese Farben zu sehen, sammeln unsere Augen Lichtstrahlen aus unserer Umgebung und leiten sie auf unsere Netzhaut.

Unsere Augen können nicht aus allen Entfernungen gleichzeitig scharf sehen, so dass weiter entfernte Objekte verschwommen erscheinen – und umgekehrt. Ein spezieller Fokussierungsprozess, der als „Akkommodationsreflex“ bezeichnet wird, lässt uns in Entfernungen von 6-7 Zentimetern bis ins Unendliche deutlich sehen. Die Akkommodation funktioniert meist wie ein Reflex, kann aber auch bewusst gesteuert werden. Ein Aspekt der Akkomodation besteht darin, dass die entsprechenden Muskeln die notwendigen Anpassungen an der Augenlinse vornehmen, wie in Abb. 2 gezeigt, um in verschiedenen Entfernungen scharfzustellen.

Die Akkommodation hilft dem Auge nicht nur beim Fokussieren, sondern lässt uns auch nahe Objekte von weiter entfernten unterscheiden, auch wenn ein einzelnes menschliches Auge die Tiefe nicht so gut wahrnehmen kann. Hier macht ein zweites Auge den Unterschied (siehe Abb.3).

Das menschliche 3D-Sehen basiert auf dem so genannten stereoskopischen Effekt. Dieser Effekt bezieht sich auf den Prozess des Betrachtens eines Objekts von zwei verschiedenen Positionen aus, bei dem das Bild, das von jedem Ihrer Augen gesehen wird, ähnlich, aber leicht verschoben ist. Wie groß die Verschiebung ist, hängt von der Tiefe (dem Abstand) zwischen Ihnen und dem Objekt ab, während das Bild bei näher gelegenen Objekten eher zu einer Verschiebung neigt. Dieses Phänomen wird als retinale (binokulare) Disparität, auch als binokulare Parallaxe bezeichnet.

Abb. 2​

Fokussierung: a. auf etwas Entferntes...​

b. auf etwas in der Nähe​

Ein Aspekt der Akkomodation besteht darin, dass die entsprechenden Muskeln die notwendigen Anpassungen an der Augenlinse vornehmen, wie in Abb. 2 gezeigt, um in verschiedenen Entfernungen scharfzustellen.

Abb.3a

Abb.3b

Die Akkommodation hilft dem Auge nicht nur beim Fokussieren, sondern lässt uns auch nahe Objekte von weiter entfernten unterscheiden, auch wenn ein einzelnes menschliches Auge die Tiefe nicht so gut wahrnehmen kann. Hier macht ein zweites Auge den Unterschied.​

Das menschliche 3D-Sehen basiert auf dem so genannten stereoskopischen Effekt. Dieser Effekt bezieht sich auf den Prozess des Betrachtens eines Objekts von zwei verschiedenen Positionen aus, bei dem das Bild, das von jedem Ihrer Augen gesehen wird, ähnlich, aber leicht verschoben ist. Wie groß die Verschiebung ist, hängt von der Tiefe (dem Abstand) zwischen Ihnen und dem Objekt ab, während das Bild bei näher gelegenen Objekten eher zu einer Verschiebung neigt. Dieses Phänomen wird als retinale (binokulare) Disparität, auch als binokulare Parallaxe bezeichnet.

Leider ist die Auflösung des Auges nicht bei allen Dingen, die es betrachtet, gleich. Die höchste Dichte der Kegel liegt im Zentrum, so dass, wenn wir eine gute Auflösung und Tiefenwahrnehmung haben wollen, beide Augen direkt auf das Objekt fokussiert sein sollten. Die Konvergenz für das Betrachten näher Objekte (siehe Abb. 3 (b)) nutzt die extraokulare Muskulatur, und der Blickwinkel ist bei der Fokussierung auf weit entfernte Objekte deutlich kleiner.

Nachdem die beiden Bilder (eines von jedem Auge) auf die Netzhaut projiziert worden sind, gelangen sie durch die Sehnerven zu verschiedenen visuellen Gehirnsystemen. Verschiedene Teile des Gehirns analysieren das Bild gleichzeitig. Einige Teile erkennen einfache Oberflächengeometrie, andere registrieren Bewegungen, und wieder andere vergleichen das Bild mit vorher gelernten Bildern usw.

Schließlich, in nur etwa 50 Millisekunden, sprudeln all diese Informationen in unser Bewusstsein hoch und wir nehmen die Farbe, Tiefe, Bewegung und Form(en) dessen, was wir betrachten, wahr. Artec 3D-Scanner arbeiten fast genauso, sind aber in der Tiefenmessung wesentlich präziser, als es das menschliche Sehsystem je sein kann. Dies gilt sowohl für Artec 3D-Laserscanner als auch für Strukturlicht-Scanner.

Das menschliche Auge, 3D-Wahrnehmung und 3D-Scanner

Da sich das Licht entsprechend den unmittelbaren Umständen unterschiedlich verhält, funktioniert die visuelle 3D-Wahrnehmung nicht immer gleich gut.

Auch wenn in der Realität jedes physikalische Objekt, das größer als ein Nanometer ist, als dreidimensional bezeichnet wird, ist es für das menschliche Auge oder einen modernen Scanner ziemlich schwierig, alle Seiten eines Objekts gleichzeitig zu sehen, da die Sicht oft durch andere Objekte blockiert werden kann. Dazu gehören z.B. nicht-transparente, komplexe Objekte, deren Rückseiten durch die Vorderseiten visuell blockiert werden können.

Es ist entscheidend, ein Objekt aus mehreren Blickwinkeln zu beobachten (und zu scannen), um die gesamte 3D-Form zu sehen, besonders wenn die Form zunächst unbekannt ist. Es kann auch eine Herausforderung sein, große Objekte mit gleichmäßigen Farben und einfachen Geometrien in 3D wahrzunehmen, einschließlich solcher mit flachen oder sehr glatten Oberflächen.

KERNPUNKT

Ein gutes Beispiel dafür ist, wenn Sie versuchen, ein Auto auf einem Parkplatz zu parken, der komplett in einer hellen Farbe gestrichen ist. Wenn der Hintergrund die gleiche Farbe hat, ohne sichtbare Merkmale, die mit den Linien des Parkplatzes kontrastieren, werden Ihre Augen (und Ihr Gehirn) die Tiefe des Raumes nur sehr schwer wahrnehmen können.

Dies geschieht, weil unser Sehvermögen kontrastreiche Bilder benötigt, damit die Augen scharf sehen können, und gleichfarbige Flächen ohne Unregelmäßigkeiten als kontrastlos empfunden werden. Das gleiche gilt auch für schwarze Oberflächen.

Viele professionelle 3D-Scanner haben beim Scannen von schwarzen oder sogar dunklen Oberflächen und Farben Schwierigkeiten, da sämtliche der oben beschriebenen Herausforderungen bei der Differenzierung mit einem Schlag zu bewältigen sind. Für viele Techniker und 3D-Scanspezialisten stellt dies eine große Hürde dar, die oft unterschiedliche Scan-Strategien oder sogar ganz andere Scanner erfordert. Wenn jedoch zumindest gelegentlich dunklere Oberflächen in 3D gescannt werden, lohnt es sich, die Leistung eines 3D-Scanners mit solchen Objekten wenn möglich vor dem Kauf zu testen. Die Kriterien für die Auswahl des besten Scanners gehen somit weit über Genauigkeit und Auflösung hinaus.

3D-Modelle erstellen durch Scannen, CAD und mehr

Die aktuelle Generation professioneller 3D-Scanlösungen, darunter Strukturlicht-Scanner, Laserscanner und Software, ist eng mit Computertechnik verbunden. Dies hat die Entwicklung neuer computergesteuerter Maschinen, auch CNC (Computer Numerical Control) genannt, ermöglicht. Mit den CNC-Technologien haben wir einen großen Schritt nach vorne gemacht bei der Herstellung von Objekten mit vielen Formen (manchmal auch Freiformflächen genannt).

Die Hauptidee von CNC ist, dass statt einer Person ein Computer die Werkzeugmaschinen steuert – denn Computer können dies mit höchster Genauigkeit, sehr präzise und hocheffizient tun. Allerdings benötigen Computer spezielle Befehle, die ihnen genau sagen, welche Operationen sie ausführen sollen. Diese Befehle werden von Softwaresystemen generiert, die als Computer-Aided Manufacturing (CAM) und Computer-Aided Design (CAD) bekannt sind. Schauen wir uns nun kurz an, wie Computer mit 3D-Objekten umgehen.

Was ist ein Vertex und in welchem Zusammenhang steht er mit 3D-Scannen?

Ein Vertex beschreibt in der Welt der Computergrafik und 3D-Scanner eine Datenstruktur, welche die verschiedenen Eigenschaften eines Punktes beschreibt. Das Hauptattribut eines jeden Punktes ist seine Position, aber andere Attribute können Farbe, Reflexionsgrad, Koordinaten, Normal- und Tangentenvektoren usw. beinhalten.

Normalerweise wird ein Vertex als ein Punkt angenommen, an dem Linien, Kurven oder Kanten zusammenkommen, daher wird dieses grundlegende Geometriemerkmal recht häufig verwendet, um andere, komplexere Formen zu beschreiben, wie z.B. eine Kante, eine Fläche, ein Netz oder eine Oberfläche. Folglich beschreiben einige Vertex-Attribute mehr als nur einen Punkt, sondern eine ganze Fläche um oder in der Nähe eines Punktes.

Eine Punktwolke ist eine Anordnung von Eckpunkten, die normalerweise von 3D-Scannern, insbesondere 3D-Laserscannern, erzeugt wird.

Was ist ein Edge? Eine Beschreibung in 17 Wörtern

Eine Kante ist eine beliebige gerade Linie, die zwei Punkte (Vertices) verbindet, etwa ein Bereich eines Gesichts.

Einige Worte über Gesichter, Polygone und anderen Kram

Eine Fläche ist eine geschlossene Folge von Seiten. Jeder Scheitelpunkt einer Fläche hat zwei miteinander verbundene Seiten. Fläche eines Dreiecks hat drei Seiten, während die Fläche eines Vierecks vier Seiten hat. Flächen mit 3 oder mehr Seiten werden Polygone genannt, beginnend mit einem aus dem Griechischen abgeleiteten Präfix, das der Anzahl der Kanten entspricht, und einem 'gon' am Ende.

Dreieck / Trigon​

Viereck / Tetragon​

Fünfeck / Pentagon​

Sechseck/ Hexagon​

Siebeneck/ Heptagon

Achteck/ Oktagon

Flächen mit 3 oder mehr Seiten werden Polygone genannt, beginnend mit einem aus dem Griechischen abgeleiteten Präfix, das der Anzahl der Kanten entspricht, und einem 'gon' am Ende.

Ein Fünfeck (auch Pentagramm oder Pentagramm genannt) hat 5 Kanten, ein Sechseck - 6, ein Siebeneck - 7 und ein Achteck - 8.

Jedes Polygon mit mehr als 4 Kanten kann durch die entsprechende Anzahl von Dreiecken oder Vierecken ersetzt werden, aus denen seine Form besteht.

Meshes in der Welt des 3D-Scannens

Ein Mesh bezieht sich in der 3D-Technologie (einschließlich der mit 3D-Scannern erstellten Modelle) auf die Art und Weise, wie Oberflächen in Software über Computergrafiken dargestellt werden. Einfach ausgedrückt ist ein Meshes eine Sammlung von Vertices und Faces (Flächen), zusammen mit Informationen darüber, wie die Vertices die Faces bilden und wie sie miteinander verbunden sind.

Normalerweise können Faces aus beliebigen Polygonen bestehen, aber in den meisten Fällen werden Dreiecke verwendet, da sie in Graphics Processing Units (GPUs) einfacher zu implementieren sind. Verschiedene Arten von Meshes erfordern bestimmte Polygontypen, und ihre Regeln sind anwendungsspezifisch:

Flächen-Vertex — Eckpunkte und eine Menge von Polygonen, die auf die verwendeten Eckpunkte zeigen

Flügel-Kante — jede Seite hat zwei Scheitelpunkte, zwei Flächen und vier Seiten, die sie berühren

Quad-Kante — diese besteht aus Seiten, Halbseiten und Eckpunkten, ohne Bezug zu Polygonen

Eck-Tabellen  — diese speichern die Eckpunkte in einer vordefinierten Tabelle, um die Polygone zu definieren

Dies ist im Wesentlichen ein Dreiecks-Fächer, wie sie in der Hardware-Grafikwiedergabe verwendet wird. Die Darstellung ist kompakter, und das Abrufen von Polygonen ist effizienter, jedoch sind alle Operationen zum Ändern von Polygonen langsam. Außerdem stellen die Eck-Tabellen keine vollständigen Maschen dar. Zur Darstellung der meisten Mashes werden mehrere Eck-Tabellen (Dreiecks-Fächer) benötigt.

Vertex-Vertex-Meshes – diese verwenden nur Vertices, die auf andere Vertices zeigen. Dies ist ein sehr größen-effizientes Format, obwohl der Bereich der mesh-effizienten Operationen, die durchgeführt werden können, begrenzt ist.

Scheitelpunkte

Flächen

Meshes

Dreiecks-Mesh (ein aus Dreiecken bestehendes Polygonnetz)​

Einfache Meshes können manuell erstellt werden, während komplexere Meshes über mathematische Gleichungen, Algorithmen oder durch die digitale Erfassung realer Objekte mit 3D-Scannern modelliert werden können. Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Mesh ist seine Einfachheit. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die selben Oberflächen zu erfassen und digital darzustellen.

Einige Worte über Voxel und 3D-Scannen

Das gesamte Volumen in einem kartesischen Koordinatensystem kann in kleine rechteckige Parallelepipeds (3D-Figuren, die aus sechs Parallelogrammen bestehen), auch Voxel genannt, unterteilt werden. Wenn die Maße entlang der x-, y- und z-Achse gleich sind, werden sie zu Würfeln. Nach dieser Vereinfachung kann jedes beliebige Festkörperobjekt über eine Anzahl von Voxeln erzeugt werden. Je kleiner der Voxel, desto genauer die Annäherung.

pixel

voxel

Voxel-Koordinaten werden durch ihre Positionen im Datenfeld definiert. Der Standardcharakter der Daten und die Grundform der Voxel macht die Verarbeitung sowohl einfach als auch zuverlässig – aber dies erfordert in der Regel zusätzlichen Speicherplatz auf der Festplatte und mehr Speicher für die Verarbeitung. Ähnlich wie digitale 2D-Bilder enthalten nicht-rechteckige Flächen, die Voxelflächen darstellen, diskontinuierliche Daten.

Damit ein nicht-rechteckiges Modell präzise ist, sollte es sehr kleine Voxel enthalten. Da dies eine beträchtliche Menge an Speicherplatz benötigt, werden Voxel ehr selten für die Darstellung dieser Art von Objekten verwendet. Voxels sind am effektivsten für die Darstellung komplexer, vielfältiger Objekte, was sie ideal für den Einsatz in 3D-Scan-, Imaging- und CAD-Lösungen macht.

Was ist mit Solids und 3D-Geometrie aus Scans und anderen Quellen?

Jede Art von realem Objekt nimmt ein bestimmtes Volumen im Raum ein und besteht aus einer Art von Material. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Festkörper zu modellieren: Sweepen, Flächennetzmodellierung, Zellzerlegung und viele mehr. Jedes Objekt hat seine eigenen Grenzen (Oberflächen), wobei die Grenzen von Festkörpern den Raum in zwei Teile trennen: das Innere und das Äußere des Festkörpers. Auf diese Weise kann ein solides Objekt durch Begrenzungen und einige Daten, wie z.B. ein Mesh, dargestellt und zur Trennung von innen und außen verwendet werden.

Konstruktive Festkörpergeometrie CSG im Ergebnis

Ein anderer Ansatz wird in der konstruktiven Festkörpergeometrie oder CSG verwendet, bei der die Grundelemente bereits Festkörper sind (Kugeln, Kegel, Würfel, Tori, etc.), und fortgeschrittenere Festkörper aus diesen unveränderlichen Festkörpern mittels boolescher Operationen (Abb.7) aufgebaut werden: Fusion, Subtraktion, Schnittpunkte, etc.

Textur und ihre Anwendung beim 3D-Scannen

In der Computergrafik und im 3D-Scannen bezieht sich die Textur auf ein Bild, das auf eine Oberfläche gemalt wurde. Ein Texturbild wird in einer speziellen Datei gespeichert, wobei jedes Pixel mit U- und V-Koordinaten eine entsprechende Farbe hat. Das Aufbringen von Textur auf eine Oberfläche wird als Textur-Mapping oder UV-Mapping bezeichnet.

Wenn man bedenkt, dass sich das menschliche Gehirn hauptsächlich auf Schatten, Farben und Farbverläufe verlässt, um die Welt um uns herum visuell wahrzunehmen, ist die Textur eine sehr effektive Möglichkeit, eine Form zu emulieren, ohne ihre Geometrie ändern zu müssen, und sie wird daher oft von Herstellern von Computerspielen verwendet, um Grafiken schneller und effizienter zu rendern.

Hersteller von 3D-Scannern können in die Geräte eine spezielle Kamera zur Erfassung von Texturen einbauen, die so genannte Texturkamera. Um qualitativ hochwertige Bilder zu erhalten, sind helle und gleichmäßige Lichtverhältnisse erforderlich, es sei denn, der Scanner selbst ist mit einem Blitzlicht ausgestattet.

 

Oberfläche ohne Texturfarben​

Oberfläche mit Texturfarben​

Texturdatei​

Schlussfolgerungen zur 3D-Technologie, zum Scannen, zur aktuellen Nutzung und zu zukünftigen Trends

Das Verständnis der verschiedenen Komponenten der 3D-Technologie hilft uns nicht nur, einige Aspekte der Welt um uns herum besser zu verstehen, sondern gibt uns auch eine Vorstellung davon, wie 3D-Lösungen, einschließlich des 3D-Scannens, tatsächlich funktionieren.

Besonders in den letzten zwei Jahrzehnten wurden 3D-Technologien an vielen anspruchsvollen und bahnbrechenden wissenschaftlichen Projekten auf der ganzen Welt eingesetzt. Zu diesen Technologien gehören auch 3D-Laserscanner und Software, welche zur Erhaltung von Kulturdenkmälern und Objekten am Rande der Zerstörung benutzt werden. Ingenieure entwickeln mit handgeführten Strukturlicht-3D-Scannern Teile mit komplexen Oberflächen und Formen nach und verwenden dann CAD-Design-Software, um die 3D-Modelle für die Endphase ihrer Projekte zu vollenden. Und schließlich scannen auch Ärzte und medizinisches Facchpersonal ihre Patienten für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Prothesendesign, dermatologische Diagnosen und vieles mehr.

Und was die Nützlichkeit eines soliden Verständnisses der 3D-Technologie betrifft: Dieses Wissen jeden Tag auf der ganzen Welt immer wichtiger. Die ständig wachsende Nutzung der 3D-Technologie in der gesamten Gesellschaft hat einige Experten zu der Prognose bewogen, dass in Zukunft sowohl in Haushalten, in der Schule und am Arbeitsplatz 3D-Technologien noch mehr an Bedeutung gewinnen werden.

 

KERNPUNKT

Gegenwärtig hat sich der Einsatz von 3D-Technologien in so unterschiedlichen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau, digitaler Fertigung, Gesundheitswesen, CGI und anderen bereits etabliert. Und in Zukunft werden 3D-Spezialisten mit Scan-Erfahrung noch stärker gefragt sein.

Die heutige jüngere Generation wächst auf, um 3D-Scanner nicht mehr lediglich als etwas zu sehen, das in einem Labor oder, wie in den vergangenen Jahrzehnten, in Science-Fiction-Filmen und Romanen zu finden ist. Mit jedem Jahr, das vergeht, rückt professionelles 3D-Scannen näher an unser tägliches Leben heran, und die Hersteller solcher Technologien haben es sich zur Aufgabe gemacht, ihre Lösungen nahtlos in alle Gesellschaftsschichten zu integrieren. Das Ergebnis ist, dass selbst Kinder sich mit dem Einsatz von Strukturlicht-Scannern in ihren Klassenzimmern vertraut machen und 3D-Scanner ganz alltäglich in Arzt- und Zahnarztpraxen eingesetzt werden. Was einst streng auf spezielle Bereich beschränkt war, wird nun zu einem unersetzlichen Aspekt unseres Alltags.

Die Hersteller von professionellen 3D-Scannern und Software, einschließlich Laserscanner und Strukturlicht-Scanner, haben in der Zwischenzeit große Fortschritte bei der Erhöhung der Genauigkeit sowie der Auflösung ihrer Scanner gemacht. Gleichzeitig setzen Design-Profis und andere technische Spezialisten das 3D-Scannen häufiger als je zuvor ein und erkennen dabei, dass solche Scanner zusammen mit den daraus resultierenden 3D-Modellen ihre Arbeit erleichtern und es ihnen ermöglichen, einige Aufgaben zu bewältigen, die früher entweder unmöglich oder extrem schwierig waren.

Die Technologen stellen sich eine weit verbreitete Nutzung von Lösungen wie VR/AR-Bildungsanwendungen vor, damit die Kinder den Amazonas-Regenwald oder die zerklüfteten Gipfel des Himalaya oder jeden anderen Ort besuchen können – und das alles vom sicheren Komfort ihrer Klassenzimmer aus. Die digitalen Designer werden ausgiebig 3D-Scannen und Modellieren nutzen, wobei sie VR/AR-Umgebungen zur Betrachtung und Interaktion mit den von ihnen entworfenen Objekten einsetzen und diese dann je nach Wunsch in einer Reihe von Materialien 3D-drucken. Ärzte werden schnell in der Lage sein, Ihren Körper in 3D zu scannen und dann lebensechte Ersatzorgane und andere anatomische Strukturen unter Verwendung Ihrer eigenen Stammzellen in 3D zu drucken, wodurch die Möglichkeit einer Abstoßung durch das Immunsystem völlig ausgeschlossen wird... und noch vieles mehr.

Und wenn es darum geht, das enorme Potenzial des 3D-Scannens zu erschließen, ist dies erst der Anfang.

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Natalia Kivolya

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