Virtualisierung des kulturellen Erbes

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Im Jahre 1978 wurde der Aachener Dom als erstes deutsches Denkmal in die Liste des UNESCO-Weltkulturerbes aufgenommen. Im Laufe seiner Geschichte wurde das Bauwerk händisch immer wieder neu vermessen, gezeichnet und später photographisch dokumentiert. Doch erst mit der Entwicklung moderner Laserscanner über 1200 Jahre nach der Grundsteinlegung, können wir heute ein bis auf wenige Millimeter genaues, dreidimensionales Abbild eines solchen Bauwerkes erstellen.

Das praktische Vorgehen ist dabei nicht neu und folgt immer dem selben Schema: Der Laserscanner (hier wurde anfänglich ein Riegl z390i und später ein Riegl VZ-400 verwendet) wird an verschiedenen Positionen im Bauwerk platziert und misst Entfernungen in Millionen verschiedener Richtungen. Das Resultat ist eine dichte Punktwolke, die die Umgebung um den Scanner darstellt. Weiterhin wird eine moderne Spiegelreflexkamera benutzt um hochauflösende Photos der Umgebung aufzunehmen. Um aber ein Photo-realistisches, dreidimensionales Modell des gesamten Bauwerkes zu erhalten, wurden im Rahmen dieses Projektes automatische Verfahren entwickelt, um Probleme aus den folgenden drei Kategorien zu lösen:

1. Verarbeitung der Geometrie: die einzelnen Scans werden ohne nennenswerte manuelle Interaktion, präzise zu einer einzigen Punktwolke zusammengesetzt und von fehlerhaften Scanpunkten gesäubert. Das so entstandene Modell ist ein bis auf wenige Millimeter genaues Abbild der Wirklichkeit.

2. Verarbeitung der Fotos: die von der Kamera erstellen Bilder werden einander automatisch farblich angeglichen und so auf die zuvor erstellte Geometrie projiziert, dass keine Doppelbilder zu sehen sind.

3. Darstellung der Daten in Echtzeit: Mit den ersten beiden Schritten können wir ein Photo-realistisches 3D Modell erstellen. Ein im Rahmen dieses Projektes neu entwickeltes Verfahren ist in der Lage die extrem großen Datenmengen in Echtzeit auf einem herkömmlichen PC zu visualisieren. Die Visualisierungstechnik füllt dabei den Raum zwischen den einzelnen Punkten sinnvoll auf, so dass eine geschlossene Oberfläche entsteht. Auf diese werden dann die zuvor bearbeiteten Fotos projiziert um eine möglichst realistische Darstellung des Objektes zu erzielen.

Das finale Modell des Aachener Doms besteht aus 100 einzelnen Scans, die Dank der Domverwaltung des Aachener Doms nachts in der Abwesenheit vom Publikums-Verkehr erstellt werden konnten. Das Modell beinhaltet nach der Bearbeitung der Geometrie noch etwa 15 Millionen Punkte. Oberflächen wie Wände, Decken, der Boden etc. werden mit etwa 850 einzelnen Bildern eingefärbt. Im Rahmen dieses Projektes wurde auch mit freundlicher Unterstützung der Gesellschaft für Internationale Burgenkunde (GIB e.V.) die Kaiserpfalz in Düsseldorf-Kaiserswerth digital erfasst. Die nachfolgenden Videos zeigen virtuelle Rundflüge durch die heutige Ruine, sowie durch den Aachener Dom.

Autor
Dominik Sibbing (http://www.graphics.rwth-aachen.de/persons/)

Veröffentlichungsdatum
Mai, 2015

Verantwortliche Lehreinheit
Lehrstuhl Computergrafik und Multimedia

Autor/ Anpsrechpartner
Dominik Sibbing

Beteiligte Mitarbeiter
Leif Kobbelt

5 Schlagwörter
Laser scan, Rendering, Virtualisierung, Aachener Dom, Kaiserpfalz

Links
Video Aachener Dom
Video Kaiserpfalz