3D Scanning – eine Revolution im Bereich Objekt- und Produktdarstellung

Das 3D-Scanning ermöglicht es, Objekte zu digitalisieren und in 3D zu erfassen. Beim Scan-Prozess werden die Daten über ein als Vorlage dienendes physisches Objekt gesammelt. Form und Oberfläche des Objektes stehen dabei im Vordergrund.

3D-Scanning kann ein vollständiges Abbild des gescannten Objektes liefern. Entweder in Form einer dreidimensionalen Punktwolke, über die sich Winkel, Längen und andere Maße bestimmen lassen oder aus dieser Punktwolke wird mit visuellen Dreiecken eine geschlossene Oberfläche konstruiert (Meshing oder Vermaschung genannt).

Beim 3D-Scannen werden grundsätzlich dreidimensionale Körper digitalisiert. Das zu scannende Objekt wird mit einem Laserstrahl abgetastet. Aus Bestrahlungs- und Einfallswinkel des Lasers sowie weiteren Koordinaten entsteht dann ein Polygonmodell. Die Raumkoordinaten der festgelegten Abtastpunkte werden beim 3D-Scannen anschließend zu einem digitalen Objektbild zusammengefügt, das aus einer Vielzahl von Dreiecken besteht. Das fertige 3D-Modell kann anschließend in CAD-Programme exportiert und nach Bedarf mit spezieller Software verändert werden.

Wie funktioniert das 3D-Scanning?

Ein 3D-Scanner besteht im Kern aus der Laserstrahleinheit mit der die Objekte gescannt werden. Außerdem gehören eine Recheneinheit und Sensoren dazu. Generell hat der Scanner Probleme mit dunklen und reflektierenden Oberflächen. Für die Umgehung dieses Problems wird das Objekt mit einer feinen Pulverschicht, wie beispielsweise Talk bedeckt, dann ist es besser erfassbar.

3D-Scanner lassen sich grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen: Auf dem Markt sind sowohl punkt- und streifenbasierte 3D-Scanner als auch lichtlaufzeitmessungs-basierte Scanner zu finden.

Beim punkt- und streifenbasierten Scanverfahren werden beim Scanvorgangs Streifen oder Punkte auf einen Gegenstand oder innerhalb eines Raumes projiziert. Die jeweiligen Sensoren identifizieren dann die Projektionen. Die Recheneinheit misst dann über das Triangulationsprinzip den Abstand zu den Streifen oder Punkten. Diese Technik bietet eine vergleichsweise hohe Auflösung.

Ein Scanner der auf Lichtlaufzeitmessung basiert, funktioniert mit Hilfe eines gepulsten Laserstrahls, der auf das Objekt abgeben wird. Der Gegenstand oder die vorgegebenen Raumbegrenzungen reflektieren den Lichtstrahl. Mittels einer Empfangsdiode misst der 3D-Scanner das rückreflektierte Licht während die Recheneinheit den Abstand zu den Begrenzungen oder Objekten ermittelt. Das geschieht alles anhand der Lichtlaufzeit. Der Scanvorgang dauert deutlich kürzer als der oben genannte und ist deshalb auch etwas kostengünstiger.

Verschiedene Ausgabeoptionen des Scans ermöglichen es, die fertigen 3D-Scandaten auf alle gängigen Arten der Druckfertigung und Visualisierung sowie zur Analyse gezielt zu nutzen.

Der 3D-Scanvorgang im Detail

Es gibt vier Komponenten, die beim Scanvorgang eine Rolle spielen. Das ist einmal die Laserstrahleinheit, beziehungsweise der Scankopf, in dem der generierte Laserstrahl abgelenkt wird und dabei der jeweilige Ablenkungswinkel gemessen wird. Der Scankopf wird dabei von elektronischen Steuerungseinheiten bewegt.

Die Recheneinheit des Scanners ist dafür verantwortlich, dass der Laserstrahl mehrfach umgelenkt wird und dabei auf einen im Scanner integrierten rotierenden Spiegel trifft. Die Recheneinheit ermittelt auch die Dichte der Messpunkte und andere wichtige Daten. Die 3D-Koordinaten werden dann auf Basis dieser Informationen berechnet.

Ebenso ist eine Digitalkamera im 3D-Scanner integriert, mit welcher kontrastreiche Bildinformationen im Hinblick auf die Scandaten aufgenommen werden.

Zudem ist im 3D-Scanner auch eine kompatible Grafikbearbeitungssoftware vorhanden. Mit dieser kann der Scan-Vorgang bis ins Detail gesteuert werden.

3D-Scans – zielführend in verschiedenen Einsatzbereichen

Marktführend im Onlinebereich ist derzeit Amazon, wenn es ums 3D-Scanning geht. Das Unternehmen erforscht mit ausführlichen 3D-Scans die Körper seiner Kunden und wie sich diese im Laufe der Zeit verändern. Amazon möchte damit noch besser verstehen, was der Kunde wirklich braucht, um die Retourenquote für Kleidung langfristig senken zu können. Die 3D-Scans von Amazon sind deshalb mit Deep-Learning-Algorithmen ausgestattet.

Bereits seit etlichen Jahren werden 3D-Scanner auch im Bereich Bau und Restaurierung, im Medizin- und Gesundheitswesen sowie in der Industrie eingesetzt. Immer dann, wenn es um Qualitätskontrolle, Messungen und dreidimensionale Messungen geht, ist ein 3D-Scan ein gutes Hilfsmittel.

3D-Scans eignen sich außerdem für die Visualisierung von Objekten und dienen als Basis eines Werkzeugdesigns oder für eine schnelle Prototypenfertigung im Bereich Industriedesign. Sowohl Kleinstteile von Maschinen als auch komplette große Maschinen können damit gescannt werden.

In der Medizintechnik gelingt mit einem 3D-Scan eine anschauliche Produktpräsentation bei Kunden oder Investoren. Für branchenfremde Personen lässt sich auf diese Weise komplexes Expertenwissen besser vermitteln. Modellhafte Realisierungen, die bei individuellen Prothesen und Orthesen hilfreich sind, sind ebenso möglich wie fotorealistische Produktdarstellungen und Darstellung der Einzel-Elemente.

Auch in Wissenschaft und Forschung werden 3D-Scans eingesetzt. Mit Hilfe eines 3D-Scanners werden Kunstobjekte und Artefakte genauer untersucht. Mit den Scans wird das Risiko einer Beschädigung minimiert, denn die Objekte lassen sich mit Hilfe verschiedener Fertigungsverfahren auf Grundlage der 3D-Scans als funktionsfähige Modelle erzeugen.

Museen nutzen außerdem 3D-Scans um ihre Objekte zu digitalisieren. Die Objekte werden dann in Online-Galerien präsentiert, sodass Kunstspezialisten unabhängig von ihrem Aufenthaltsort immer Zugang zu den entsprechenden Sammlungen haben. Es erleichtert auch die Analyse einzelner Objekte. Die 3D-Scans lassen sich aus allen Winkeln betrachten. Exponate die in Museen hinter Glas stehen, bieten diese Möglichkeit nicht.

Auch im Bereich Kunst und Design wird gerne mit 3D-Scans gearbeitet. Künstler können so ihre Ideen besser realisieren. Ebenso in der Film- und Videospielindustrie werden 3D-Scans gerne eingesetzt. Es gibt mittlerweile visuelle Effekte und Stunts, die mit 3D-Scans realisiert wurden, wie beispielsweise in den Filmen Jurassic World oder Terminator Genisys.

Fotorealistische Produktdarstellungen für Verkaufspräsentationen

3D-Produktscans können fotorealistische 3D-Modelle erschaffen. Die 3D-Modelle sehen den Fotos zum Verwechseln ähnlich. Besonders im Bereich des Onlineshoppings ist das eine einmalige Gelegenheit, dem Kunden ein virtuelles Einkaufserlebnis zu ermöglichen.
Mit fotorealistischen Produktdarstellungen lassen sich Bilder mit mehr Details und Schärfe erstellen, die mehr Wirkung als einfache Bilder haben. Mit wenig Aufwand lassen sich auf diese Weise die Produkte in verschiedenen Rahmen inszenieren. Das Unternehmen IKEA arbeitet gerne in seinen Verkaufskatalogen mit fotorealistischen Produktdarstellungen. Auch in der Autobranche wird in der Werbung gerne mit 3D-Renderings gearbeitet und in der Architektur verständlicherweise ebenfalls. Kein Bauvorhaben wird heutzutage ohne 3D-Visualisierung realisiert. Die Visualisierungen lassen sich auf Basis von CAD-Dateien oder Bauzeichnungen erstellen.

Mit fotorealistischen Produktdarstellungen ist auch eine allgemeinverständliche Darstellung von Forschung und Entwicklung möglich. Produktionsabläufe könnten visualisiert werden, Innenleben von Maschinen und Funktionen komplexer Apparaturen können gezeigt werden. Für anschauliche Präsentationen beim Kunden oder bei Investoren. Branchenfremde Personen können auf diese Weise besser am Expertenwissen teilhaben.

Die Web3D-Technologie für tolle Webseitendesigns

Auch 3D im Netz ist gefragt, dank der Web3D-Technologie gibt es in Zukunft tolle Webseitendesigns über dynamische Interfaces und mehr Interaktionsmöglichkeiten bis hin zu integrierten Anwendungen, die mit weiteren Unternehmensfunktionen zusammenfließen können.

Mit 3D im Netz lassen sich dynamische 3D-Darstellungen mit Hilfe eines 3D-Viewers im Browser übermitteln, das ist besonders interessant für realtime 3D-Visualisierungen. Beispielsweise Produkte, die mit transparenten Oberflächen ihr Innenleben zeigen und jede Menge Dreh- und Zoom-Möglichkeiten für die genaue Anschauung bieten.

Bei Autos sind zusätzliche Interaktionsmöglichkeiten wie Gas geben und Bremsen möglich. So kann auch Energiefluss und Rückgewinnung eines Hybridautos gut visualisiert werden.

Interaktives 3D ist schon lange im Netz darstellbar und können mithilfe einer JavaScript-Bibliothek direkt für den Einsatz im Browser erstellt werden. 3D bietet Dank seiner vielen Möglichkeiten viele Maßnahmen und Umsetzungen, die eine absolut verkaufsfördernde Wirkung bieten.