In 3 Schritten vom Foto zum 3D-Modell

Wer aus einem Objekt ein 3D-Modell erstellen will, dem bieten sich verschiedene Möglichkeiten. Objekte mit einfachen Geometrien beispielsweise können meist einfach und ohne großen Zeitaufwand nachkonstruiert werden. Schwieriger hingegen sieht es bei geometrisch komplexen Objekten aus. Diese enthalten Formen, die nicht durch die geometrischen Grundkörper nachgebildet werden können und bringen einen hohen Konstruktionsaufwand mit sich.

Eine Möglichkeit ein 3D-Modell von einem geometrisch komplexen Objekt zu erstellen, ist ein 3D-Scan. Fast immer ist aber anschließend an den 3D-Scan eine Nachbearbeitung durch einen erfahrenen Ingenieur oder Designer notwendig. Das bedeutet neben einem qualitativ hochwertigeren Ergebnis meist auch zusätzliche Kosten.

Der einfachste Weg zum eigenen 3D-Modell

Statt einem kostenintensiven 3D-Scan ist aber auch die Berechnung eines 3D-Modells aus vielen einzelnen Fotos möglich. Photogrammetrie wird diese Methode genannt. Dabei werden markante Punkte, sogenannte Tracking-Punkte genutzt, um in einer Software ein geschlossenes 3D-Modell zu berechnen. Ursprünglich wurde die Photogrammetrie in der Geländevermessung verwendet. Mittlerweile hat sich das Verfahren aber auch in anderen Bereichen etabliert wie beispielsweise im Bereich 3D-Druck.

Vorteil der Photogrammetrie ist, dass diese Methode vergleichsweise günstig, schnell und präzise ist. Es wird lediglich eine Kamera benötigt. Problematisch wird das Verfahren allerdings bei Körpern mit transparenten, stark glänzenden oder spiegelnden Oberflächen. Dann kann es bei der Umwandlung von Fotos in ein 3D-Modell zu Fehlern führen.

In drei Schritten zum 3D-Modell

Wie genau aus Fotos 3D-Modelle entstehen und was es bei der Methode zu beachten gibt, erfahren Sie in den folgenden Abschnitten.

1) Fotoaufnahmen

Zuerst müssen dazu Fotoaufnahmen des Objekts aus allen Perspektiven gemacht werden. Der Abstand zum fotografierten Gegenstand sollte aber relativ klein und möglichst konstant bleiben. Überlappende Fotos erleichtern der Software anschließend die Arbeit und sorgen für ein besseres Ergebnis. Fehlen hingegen einzelne Perspektiven, entstehen am Ende Löcher im Modell.

Im Idealfall stellt man das Objekt vor einem weißen Hintergrund auf einen Drehteller und betätigt nach jeder Drehung von ca. 5 bis 15 Grad den Auslöser der Kamera.

Prinzipiell ist zu beachten, dass die Fotos so scharf wie möglich sein sollten. Mehr Pixel helfen der Software ein noch genaueres Ergebnis zu errechnen. Auch Form und die Oberfläche werden dann exakter. Bei den Kameraeinstellungen sollte darauf geachtet werden, dass im Bild so viel Tiefenschärfe wie möglich ist. Dazu verwendet man bei der Aufnahme eine hohe Blende von z.B. 10.

Um Bewegungsunschärfe zu vermeiden, sollte die Belichtungszeit entsprechend der Lichtverhältnisse so kurz wie möglich gehalten werden. Ungleichmäßige Beleuchtung und harte Schatten könnten die Qualität des Ergebnisses mindern. Daher sollte beim Fotografieren auf Blitzlicht verzichtet werden oder durch eine gleichmäßige Ausleuchtung das Entstehen von harten Schatten verhindert werden. Um das Rauschen in den Bilddetails zu minimieren, empfiehlt es sich, den ISO-Wert so klein wie möglich zu halten.

2) Errechnen des 3D-Modells

Anschließend werden die Aufnahmen in einem entsprechenden Programm importiert.  Die Software berechnet anhand der Fotos nach und nach das 3D-Modell. Vor dem Start der Berechnung können Einstellungen wie beispielsweise die Genauigkeit verändert werden. Die Dauer der Berechnung ist von dem Detailgrad abhängig. Je genauer das Modell also werden soll, desto länger dauert die Berechnung.

Sobald der Vorgang gestartet wird, errechnet die Software anhand der Fotos eine sogenannte Punktwolke. Aus dieser Punktwolke entsteht mithilfe komplizierter mathematischer Formeln ein 3D-Modell. Je mehr Tracking-Punkte auf einem Foto eindeutig identifiziert werden können, desto genauer wird das Endergebnis. Auch das manuelle Markieren identischer Tracking-Punkte auf mehreren Aufnahmen kann zur Verbesserung der Ergebnisse beitragen.

3) Bearbeitung und Fertigstellung des Modells

Anschließend können überschüssige Bereiche des entstandenen Modells abgeschnitten werden. Außerdem sind viele weitere Bearbeitungsschritte möglich. Gerade die Nachbearbeitung des Modells erfordert einiges an Übung und Geschick. Oft ist hier auch die Hilfe eines Profis nötig.

Sind bei der Berechnung des 3D-Modells Löcher entstanden, können diese mit einer 3D-Modellierungssoftware geschlossen werden. Hier kann beispielsweise die Unterseite gerade abgeschnitten werden, damit das Objekt eine gerade Standfläche hat.

Nach der finalen Bearbeitung kann die Datei bei 3Ddrucken24 hochgeladen und ausgedruckt werden.

Dank Photogrammetrie konnte auch ein Abschiedsgeschenk der besonderen Art für einen amerikanischen Austauschpfarrer hergestellt werden. Er war zu Gast bei der Sophienkirchgemeinde Leipzig. Zum Abschied sollte er ein 3D-Modell einer Altarfigur aus der Schloßkirche Lützschena erhalten. Die aus Lindenholz geschnitzte Originalfigur ist seit über 500 Jahren fest im Altar der Kirche verbaut.

Statt einem kostenintensiven 3D-Scan entschied man sich dazu, das 3D-Modell aus vielen einzelnen Fotos zu berechnen. Problematisch war dabei, dass die Figur fest im Altar angebracht ist und somit das Fotografieren der Figur von oben und von den Seiten sehr schwierig war. Von der Unter- und Rückseite der Figur konnten gar keine Aufnahmen gemacht werden. Bei der Bearbeitung im Programm AUTODESK 123D CATCH konnten diese Bereiche dann nicht rekonstruiert werden. Es entstanden Löcher im 3D-Modell. Diese Löcher wurden anschließend im 3D-Modellier-Programm Blender geschlossen. Außerdem wurden die Unter- und Rückseite gleichmäßig abgeschlossen, sodass eine gerade Fläche entstand. Danach wurde das Modell im STL-Format exportiert durch 3Ddrucken24 im FDM-Verfahren im Material „PLA-Holz“ hergestellt. Innerhalb einer Woche war die kleine Altarfigur fertig ausgedruckt und konnte dann in einem Rahmen und mit Widmung an den Austauschpfarrer überreicht werden.

Eine ausführlichere Beschreibung der Vorgehensweise sowie weitere Bilder finden Sie hier.

Weitere Informationen zu Photogrammetrie finden Sie hier bei Software3D.de sowie bei VRJump.