3D-Modellierung - was ist das?

1. Fotoserie erstellen

Ausgangspunkt eines 3D-Modells ist eine vom Objekt erstellt Serie von überlappenden Bildern, wie sie für Panoramafotos erstellt werden. Grundsätzlich können von beliebigen Objekten ein 3D-Modell rekostruiert werden, beispielsweise von einer Skulptur, einem archäologischen Fundstück oder wie in unserem Beispiel einem Kalkstein, übersäht mit Belemniten (mehr Infos unter "Belemnitenschlachtfeld"). Das Objekt muss dazu aus möglichst allen Richtungen überlappend fotografiert werden. Hierzu wurden 113 Bilder mit einer einfachen Spiegelreflexkamera aufgenommen.
Fotoserie erstellen

Abb.: Fotoserie mit 113 Kamerapositionen des Kalksteins "Belemnitenschlachtfeld"

 

2. Wolke aus Bildpunkten erstellen

Aus der Fotoserie werden mittels Software alle charakteristischen Bildpunkte ermittelt, die im gleichen überlappenden Bildbereich identifiziert werden können. Aus den Bild- und Kameradaten (Objektiv-Brennweite, Parallaxe) werden die 3D-Koordinaten dieser Bildpunkte rekonstruiert und zu einer sogenannten dreidimensionalen Punkt-Wolke zusammengetragen. Das ist die äußere 3D-Kontur, die aus einzelnen Punkten im Raum besteht, die auf der Oberfläche des Objekts liegen. Für eine gute Auflösung werden bis zu 5 Mio. Gitternetzpunkte ausgewertet. Das ist eine für das Internet viel zu große Datenmenge, um sie direkt für die Darstellung zu nutzen. Daher wurde im Beispiel unten die Rekonstruktion dastisch reduziert. auf rund 3000 Gitternetzpunkte (1500 Flächen) reduziert.   
Punktwolke aus Bildpunkten

Abb.: Punktwolke des vereinfachten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 3000 Bildpunkte, 1500 Flächen)

3. Gitternetz aus Punktwolke erstellen

Unter Verwendung der 3D-Punktwolke wird nun ein Gitternetz erzeugt, durch das dann ein Flächenmodell entsteht. Erst damit bekommt das rekonstruierte 3D-Modell für den menschlichen Betrachter eine "Kontur".
Gitternetz erstellen

Abb.: Gitternetz des vereinfachten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 3000 Bildpunkte, 1500 Flächen)

4. Auf 3D-Oberfläche Bildinfos projezieren

Zum Schluss wird die Bildinformation (Textur) der Fotos auf die Oberfläche projeziert. Erst durch diesen Schritt bekommt das rekonstruierte 3D-Modell seine natürlich Farbe zurück. Bei unzureichender Auflösung wird die durch das Gitternetz angenäherte Oberfläche als Facettierung sichtbar. Dabei gehen je nach Komplexität des Modells mehr oder weniger Kontur- und Bilddetails verloren.
Ergebnis

Abb.: Facettierte Oberflächentextur des vereinfachten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 3000 Bildpunkte, 1500 Flächen)

5. Auflösung anpassen

Möchte man eine gute Darstellung des 3D-Modells erzielen, benötigt man je nach geometrischer Komplexität eine Rekonstruktion mit mehreren Hundertausend bis mehrere Millionen Gitternetzpunkte. Die Datenmengen werden dabei umso größer, je genauer die Rekonstruktion durchgeführt wird. Das Modell unten wurde mit 360.000 Punkten und 710.000 Flächen erstellt.
Ergebnis

Abb.: Oberflächentextur des erweiterten 3D-Modells (Kalkstein "Belemnitenschlachtfeld", 360.000 Bildpunkte, 710.000 Flächen)

Hier können Sie sich das komplette 3D-Modell des Belemnitenschlachtfeld anschauen.