KONICA MINOLTA Non-Contact 3D Digitizer: For art and cultural heritage
Measuring Instruments
KONICA MINOLTA 3D Laserscanner: Für Kunst und Kulturgut
Anwendungen in Restaurierung, Konservierung und Denkmalpflege
Seit 1997 ist Konica Minolta nunmehr weltweit auf dem Gebiet der 3D Aufnahmetechnologie tätig und arbeitet eng mit führenden Universitäten, Forschungsinstituten sowie Softwarepartnern zusammen. Somit kann Konica Minolta für die vielfältigen Anwendungsgebiete im 3D Bereich marktgerechte Produktlösungen anbieten. Die Entwicklung und Herstellung von Systemen der 3D Aufnahmetechnologie ist ein logischer Schritt zur Erweiterung der Kernkompetenzen von Konica Minolta aus dem Bereich der Farb- und Lichtmesstechnik.
Die Konica Minolta 3D Laserscanner finden Einsatz in den Gebieten Medizin (Prothesenanpassung, Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie etc.), Industrie (Reverse Engineering, Rapid Prototyping etc.), Restaurierung/Konservierung von Kunst- und Kulturgut (dreidimensionale Dokumentation und Archivierung, virtuelle Museen, virtuelle Restaurierung, berührungslose Abformung zur Replikation, etc.), sowie im Bereich Web-Design und 3D Animation (Film, Zeichentrickdarstellung etc.). Konica Minolta 3D Laserscanner arbeiten berührungslos und zerstörungsfrei. Die gewonnenen Objektdaten können digital gespeichert oder in analoger Form ausgegeben werden. Dies ermöglicht die Weiterverarbeitung und Nutzung der Daten für verschiedenste Zwecke. Aus diesen Gründen eignen sich optische Messverfahren auch hervorragend für die mehrdimensionale Erfassung und Digitalisierung von Kunst- und Kulturgütern.
- EU Project IST-2001-32641: www.vihap3d.org
Die gewonnenen Objektdaten können sowohl für den Erhalt von Kunst- und Kulturgütern als auch für Forschungs- und Studienzwecke, sowie für Marketingzwecke genutzt werden. Um den Einsatz der 3D Aufnahmetechnologie im Bereich Restaurierung, Konservierung und Denkmalpflege zu unterstützen, beteiligt sich Konica Minolta gemeinsam mit fünf weiteren Organisationen am europäischen VIHAP 3D Projekt. Ziel dieses Projektes ist es, qualitativ hochwertige 3D Bilddarstellungen europäischer Kunstwerke zu erstellen, die Erhaltung der Originale zu sichern und der breiten Öffentlichkeit einen leichteren Zugang zu verschaffen.
Dieses Projekt ist von immenser Bedeutung für die Bewahrung des Kulturgutes weltweit.
Produktinformationen
Für den Einsatz im Anwendungsgebiet Denkmalpflege und Museumsbereich vereinigen die Konica Minolta 3D Laserscanner alle Vorteile eines berührungslosen optischen Messverfahrens in einem System. Sie sind portabel und kompakt, wodurch die erforderliche Mobilität im äußerst anspruchsvollen Kunst- und Kulturbereich garantiert ist. Sie sind kalibrierungsfrei und dadurch einfach zu bedienen.
Die Konica Minolta 3D Laserscanner basieren auf dem Prinzip der Lasertriangulation. Die Objekte werden dabei mittels einer Laserlinie "abgetastet", wodurch die berührungslose dreidimensionale Erfassung von Objekten, Freiformflächen, Modellen, etc. ermöglicht wird. Zusätzlich zur Objektform wird mittels eines R-G-B-Filters auch die Textur der Objekte erfasst.
Die Systeme sind mit Abmessungen von ca. 20 x 40 x 30 cm und einem Gewicht von ca. 11 Kg sehr handlich und können von einem Stativ aus betrieben werden.
Der VI-910 deckt mit drei auswechselbaren Objektiven einen äußerst variablen Scanbereich ab und ist nach ISO 9001 und ISO 14001 zertifiziert. Pro Einzelscan kann ein Ausschnitt von 11 x 8 cm bei einem Objektabstand von 60 cm bis zu einem Ausschnitt von 120 x 90 cm bei einem Objektabstand von 2,50 m erfasst werden. Die Messzeit beträgt im Fine-Modus (307.000 Punkte) 2,5 Sekunden und im Fast-Modus (76.800 Punkte) 0,3 Sekunden. Das System erzielt eine Auflösung von bis zu 0,008 mm in der Z-Achse. Der VI-910 kann über ein LC-Display und eine Compact-Flash- Memory-Card auch ohne Computeranbindung im stand-alone-modus betrieben werden.
Mit der Konica Minolta Standard-Software können anschließend mehrere Einzelscans problemlos zusammengesetzt werden und die erfassten Daten editiert und exportiert werden. Der Scanner kann außerdem mit einer Drehbühne betrieben werden, sodass 360°-Modelle äußerst zeitsparend erfasst werden können. Je nach erforderlicher Weiterverarbeitung der Objektdaten steht mit der RapidForm-Software zusätzlich ein sehr funktionelles und flexibles Werkzeug zur Verfügung.
- Neben der Geometrieerfassung kann auch die Farbtextur der Objekte dokumentiert werden.
Dokumentation und Forschung
Konica Minolta 3D Laserscanner eignen sich speziell in Verbindung mit entsprechender Zusatzsoftware wie zum Beispiel der RapidForm-Software für Dokumentation und Forschungszwecke.
Für die genauere Objektanalyse können beliebige Schnitte durch Objekte gelegt werden. So können mit wenigen Mausklicks Volumina oder Strecken gemessen werden.
WEB Präsentationen
Aufgrund ihrer Portabilität finden die Konica Minolta 3D Laserscanner häufig Einsatz zur Erfassung von Kunstgütern vor Ort. Bei der virtuellen Rekonstruktion des Colosseum in Rom wurden Details der Architektur wie Ornamente, Friese und Kapitelle zwecks Internetdarstellung dreidimensional dokumentiert.
Nachbildung von Kunstobjekten
Im industriellen Sektor ist es schon lange üblich, aus dreidimensionalen Objektdaten akkurate 1:1 oder beliebig skalierte Nachbildungen herzustellen. Dabei kommen Techniken wie beispielsweise 3D Wachsdruck- oder Stereolithographieverfahren zum Einsatz.
Im Vergleich zu der direkten herkömmlichen Abformung mit Materialien wie Silikon, hat die Verwendung von optischen Systemen zur Gewinnung der Objektform wichtige Vorteile für Museumsobjekte bzw. Kunst- und Kulturgüter.
- Die Formerfassung erfolgt berührungslos und ist daher absolut zerstörungsfrei.
- Skalierte Nachbildungen aus dreidimensionalen Objektdaten sind genauer und wirklichkeitsgetreuer als Handkopien.
- Dreidimensionale Objektdaten können direkt in Fräs- oder Druckmaschinen eingelesen werden (Positivmodell) oder zur Herstellung einer Form verwendet werden (Negativmodell).
Virtuelle Restaurierung
Die 3D Objektdaten eignen sich ebenfalls hervorragend zur virtuellen Restaurierung, und zwar sowohl bezüglich dreidimensionaler Modelle als auch hinsichtlich der Farbgebung der Objekte.
Denkbar ist die Erfassung dreidimensionaler Objektdaten auch zum Zwecke des Wiederzusammenfügens von Fragmenten. Dabei ließe sich die Best-Fit Funktion der RapidForm-Software nutzen.
Mit Hilfe des „Virtual Painting“ Tools der RapidForm-Software ist es möglich, eine Farbe der Originaloberfläche auszuwählen und mit einem größenverstellbaren virtuellen Pinsel, die originale Farbgebung zu übermalen. Auf diese Weise können verschiedene Fassungszustände eines Objektes virtuell farblich rekonstruiert werden.
Architektur-Rekonstruktion
Auch bei größeren Architekturobjekten, bei denen eine hohe Auflösung gefordert ist, finden Konica Minolta 3D Laserscanner Einsatz.
Die berühmte "Altamira" Kalksteinhöhle in Spanien wurde 1970 aufgrund des großen Besucheransturmes geschlossen. Wegen der Feuchtigkeitsabgabe und Temperaturerhöhung durch die zahlreichen Besucher drohten die prähistorischen Höhlenmalereien von den Höhlenwänden abzublättern.
Man beschloss, die gesamte Höhle 1:1 zu rekonstruieren, um den Besuchern die prähistorischen Malereien präsentieren zu können, ohne das Original zu gefährden. 2600 m² bemalter Höhlenwände wurden mit dem Konica Minolta VI-700 dreidimensional erfasst, die Negativformen in Schaum gefräst und Silikonabdrücke genommen. Dabei war die gleichzeitige Erfassung der Farbe mit dem VI-700 für die Rekonstruktion der Höhlenmalerei von enormer Bedeutung.
Die Silikonabdrücke wurden entsprechend der Höhlenform angeordnet und mit Naturpigmenten von Hand bemalt. Die fertige Höhlennachbildung wird auf 12° C gekühlt, um den Besuchern das tatsächliche "Höhlenflair" zu vermitteln.
Museumsshops
Die 3D Objektdaten können nicht nur für die Nachbildung gefährdeter Objekte verwendet werden, sondern auch für kommerzielle Marketingzwecke eingesetzt werden. So hat beispielsweise das "Canadian Museum of Civilisation" bereits gute Erfahrungen mit dem Verkauf einer kleinen Sphinxnachbildung während der Ausstellung "Mysteries of Egypt" gemacht. Das Original hatte eine Größe von 2 m Länge, die Nachbildungen waren 28 cm x 11 cm groß.
(NRC/VIT Reverse Engineering Project, siehe auch:
Zahlreiche weitere Anwendungen wie Kerzen gießen oder das Einlasern der 3D Modelle in Glaswürfel sind denkbar. Siehe auch: www.crystalix.de
Transportverpackungen
Dreidimensionale Geometriemodelle können in beliebige geometrische Formen eingebettet werden. Die gewonnene Negativform kann anschließend in Schaumblöcke verschiedener Größe gefräst werden.
Soll das Objekt nicht direkt mit dem Schaum in Kontakt kommen, kann die Negativform beliebig vergrößert werden, damit noch ein Zwischendämmmaterial eingebracht werden kann. Auf dieselbe Weise lassen sich exakt angepasste Stützkonstruktionen für Objekte in Ausstellung oder Depot anfertigen.
Deformationsmessung
- Tafelgemälde “Madonna mit Kind und Johannesknabe” (Italien, 15. Jh) - Vorderseite mit Skizzen der rückseitigen Parkettierung
Konica Minolta 3D Laserscanner haben sich ebenfalls für die Formerfassung und Deformationsmessung an Tafelgemälden bestens bewährt.
Bei der Konservierung von Tafelgemälden interessieren im Wesentlichen drei Fragestellungen:
- Zum einen sollte die Wirksamkeit von bereits vorhandenen Stabilisierungsmaßnahmen wie Rückseitenparkettierungen, Gratleisten etc. und somit die Ursachen eventueller Spannungen geklärt werden.
- Ferner ist das Ausmaß der Verformung einer Holztafel wichtig, um die erforderliche Bewegungsfreiheit bei einer erneuten Rahmung bzw. Aufhängung gewährleisten zu können.
- Drittens können maximale Toleranzen bei der Klimatisierung des späteren Aufbewahrungsortes benannt werden.
- Darstellung der gewonnenen dreidimensionalen Daten in MS-Excel. Es ist deutlich eine konvexe Verformung der Tafel sichtbar.
Optische Messverfahren können unmittelbar zur Schadensbildklärung und zur Prävention herangezogen werden, indem Restaurierungsmaßnahmen und Aufbewahrungsbedingungen den Beobachtungen entsprechend abgestimmt werden.
Text und Abbildungen aus:
Stephanie Adolf, Optische Verfahren zur mehrdimensionalen Erfassung von Kunstobjekten – Verformungsmessung und digitale Auswertung an Tafelgemälden Diplomarbeit, FH Köln, 2001
Restaurierungshilfe
Optische Verfahren haben bereits mehrfach Einsatz als Hilfsmittel bei Restaurierungen gefunden.
KÖHLER 2000 und HAMANN 2004 haben im Rahmen von Diplomarbeiten den Einsatz von 3D Laserscannern als Hilfsmittel für die Restaurierung getestet.
(Sebastian Köhler, Möglichkeiten zur Herstellung aufsteckbarer Ergänzungen für Holzskulpturen (Methods of manufacturing attachable parts for wooden sculptures, dissertation, FH Cologne, 2000)
(Sebastian Köhler, Möglichkeiten zur Herstellung aufsteckbarer Ergänzungen für Holzskulpturen, Diplomarbeit, FH Köln, 2000 / Isabelle Hamann, Stabilisierung eines gedünnten Holztafelbildes. Versuch der praktischen Umsetzung mit einer Aramid Wabenplatte an einerm Epitaph von 1585, Diplomarbeit, FH Hildesheim, 2004)
KÖHLER zeigt verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung einer aufsteckbaren Ergänzung für eine gotische Pietá, deren Sockelbereich durch Anobienfraß zerstört wurde. Dabei wurde u.a. ein Teil der stark zerklüfteten Fehlstelle mit einem Laserlichtschnittsensor erfasst und mittels der gewonnenen Daten eine Ergänzung dieser Stelle in Holz gefräst. HAMANN erfasste die Rückseite eines durch Anobienfraß stark geschwächten Tafelgemäldes (120 cm x 80 cm), um anschließend aus dem gewonnenen Datensatz eine passgenaue Aufdopplung aus einer Aramid-Wabenplatte zu fräsen.
Mit Hilfe von sogenannten „Bool´schen Operationen“ lassen sich dreidimensionale Objekte mit anderen 3D- Objekten oder beliebig anderen Geometrien (z.B. Zylinder) überschneiden. Auf diese Weise können Fehlstellen optimal erfasst und in verschiedenen Materialien z.B. durch den Einsatz von Fräsmaschinen ergänzt werden.