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Ausgegraben

Ausgegraben-Blog Das Smartphone als 3-D-Scanner

Smartphone-App: Plastische Modelle Marke Eigenbau Fotos
Institut für Visual Computing/ ETH Zürich

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3-D-Scans waren bislang nur was für Profis und reiche Leute. Aber die Zeiten sind bald vorbei: Forscher haben eine App entwickelt, mit der jeder Besitzer eines herkömmlichen Smartphones dreidimensionale Modelle scannen und hinterher sogar ausdrucken kann.

Weihnachten kam früh dieses Jahr. Genauer gesagt am 5. Dezember und weit weg auf der anderen Seite der Erde: in Sydney. Der Weihnachtsmann mischte sich dort vergnügt unter die Teilnehmer der International Conference on Computer Vision und zog dann seine große Überraschung aus dem Sack: Die Software des Schweizer Teams um Marc Pollefeys.

Die Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich präsentierten, wie einfach das 3-D-Scannen künftig sein kann - fast so unkompliziert wie das digitale Fotografieren. Man muss das Smartphone nur, statt es möglichst still zu halten, fortlaufend über das zu scannende Objekt bewegen. Auf dem Bildschirm erscheint dann das Modell - mit Lücken dort, wo noch Daten fehlen. So hat man die Kontrolle über den Scanvorgang und kann nachbessern.

Schritt wie von analoger zu digitaler Fotografie

Der Trick ist, dass die Daten direkt auf dem Smartphone berechnet werden - das spart Zeit. "Das ist ein riesiger Vorteil gegenüber bisherigen Lösungen, welche die verschiedenen Bilder erst in der Cloud verarbeiten müssen und das 3-D-Modell erst einige Zeit nach der Aufnahme anzeigen können", erklärt Pollefeys in einer Pressemitteilung. Das sei in etwa so wie der Entwicklungssprung von der analogen Fotografie, bei der erst nach sorgfältiger Arbeit in der Dunkelkammer ein Bild zu sehen war, zur digitalen Fotografie, bei der die Aufnahme sofort auf dem Display angeschaut und auch weiterverbreitet werden kann.

Die App nutzt dabei die Drehraten- und Beschleunigungssensoren, mit denen sowieso jedes herkömmliche Smartphone ausgestattet ist. Wenn der 3-D-Scan aktiviert ist, bestimmt das System aus den Bewegungen des Benutzers automatisch die richtigen Momente, in denen es die Bilder aufzeichnet. "Noch vor zwei Jahren hätte man eine solche Software nur auf großen Computern laufen lassen können. Dass dies auf einem Smartphone funktioniert, wäre undenkbar gewesen", so Pollefeys.

Die 3-D-Modelle stehen deshalb so schnell zur Verfügung, weil die Software den Grafik-Co-Prozessor des Smartphones (GPU) nutzt, um die Datenrekonstruktion zu beschleunigen. So lassen sich Hunderttausende Bildpunkte blitzschnell rekonstruieren. Und so ganz nebenbei ermittelt die App auch noch die absolute Größe und die vertikale Ausrichtung eines Objekts - das war mit bisherigen Verfahren ebenfalls nicht möglich.

Deko für die Archäologen-WG der Zukunft

Deshalb lässt sich das Modell dann auch ohne Probleme ausdrucken. Einfach das Smartphone an einen 3-D-Drucker anschließen und den Print-Befehl geben. Damit eröffnen sich in der Archäologie ganz neue Möglichkeiten. Studenten müssen nun Skulpturen, Friese oder gleich ganze Gebäude nicht mehr aus Büchern lernen, sondern können sie drehen und von allen Seiten anschauen. Und bei einem Museumsbesuch kann man seine Lieblingsstücke schnell einscannen und dann zu Hause in aller Ruhe betrachten. Da die App auch bei schlechten Lichtverhältnissen funktionieren soll, geht das sogar im Schummerlicht von Kirchen.

Ein bisschen müssen Durchschnittsarchäologen aber doch noch warten: Die App gibt es zurzeit erst als Demoversion. Sie läuft aber auf fast allen gängigen Smartphones mit Android-Betriebssystem.

Ist sie aber erst einmal frei erhältlich, eröffnen sich ungeahnte neue Möglichkeiten für die Dekoration von Archäologen-Habitaten. Erkannte man eine Archäologen-WG bislang an den Postern nackter Gottheiten über dem Küchentisch, können klassische Skulpturen nun in 3D den Wohnraum mitbevölkern. Neben dem Fernseher sinkt dann der Sterbende Gallier darnieder. Und auch der unbequeme Hocker, auf dem nicht mal die Katze sitzen mag, findet nun endlich seine Bestimmung: Auf dem ruht der Faustkämpfer vom Quirinal sich aus. Ach, und hinter dem Haus im Innenhof ist sicherlich zwischen der Wäschespinne und dem Sandkasten noch Platz für Stonehenge.

12 Leserkommentare Diskutieren Sie mit!
weltverkehrt 19.12.2013
josifi 19.12.2013
xysvenxy 19.12.2013
markus_wienken 19.12.2013
tel33 19.12.2013
SvenMeier 19.12.2013
Schakutinga 19.12.2013
barlog 19.12.2013
fuxx_1980 19.12.2013
micnolde 19.12.2013
galactique 19.12.2013
5dim.de 29.03.2014

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Zur Autorin
  • Sabine Bungert
    Angelika Franz ist Archäologin. Als freie Autorin schreibt sie meistens über Kriege, Seuchen und alles, was verwest, verrottet und verfallen ist. Trotzdem ist sie keineswegs morbide veranlagt, sondern findet vielmehr, dass Archäologie die praktischen Dinge des Lebens lehrt. Bei Bedarf kann sie ein Skalpell aus Flint schlagen, in einer Erdgrube Bier brauen oder Hühner fachgerecht mumifizieren.
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3-D-Druck: Liebling, ich habe den Netzwelt-Redakteur geschrumpft

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Archäologische Methoden der Datierung
Radiokarbondatierung
Das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 wird in der Atmosphäre ständig durch kosmische Strahlung erzeugt und gelangt in Form von Kohlendioxid (CO2) in die Biosphäre. Pflanzen, die CO2 aufnehmen, werden von Tieren und Menschen gegessen. Sie enthalten eine niedrige Aktivität, die überall und über lange Zeiträume gleich ist. Stirbt ein Lebewesen, nimmt es kein C-14 mehr auf und die Aktivität klingt in 5730 Jahren um die Hälfte ab. Je älter ein Fund, desto geringer seine Aktivität. Man kann damit bis zu einem Alter von circa 50.000 Jahren datieren.
Lumineszenzdatierung
Sie beruht auf einem Strahlenschaden durch die fast überall vorhandenen radioaktiven Elemente Uran, Thorium und Kalium. Die Halbwertszeiten der Radionuklide dieser Elemente sind so lang, dass man von einem konstanten Radioaktivitätspegel ausgehen kann. Als Sensoren für die Strahlenschäden verwendet man meist Quarz und Feldspäte, die in Keramik und in Sedimenten immer vorhanden sind. Diese Minerale senden Licht aus, wenn sie erhitzt werden (Thermolumineszenz) oder beleuchtet werden (optisch stimulierte Lumineszenz). Je älter die Keramik, desto stärker das Leuchten.
Stratigraphie
Über die Stratigraphie wird das Alter eines Gegenstands anhand der Erdschicht bestimmt, in der er vorgefunden wurde. Die Schichten (lateinisch Straten) entstehen durch natürliche Ablagerungen und menschliche Aktivitäten. Die Stratigraphie kann deshalb gut mit den anderen Methoden kombiniert werden. Wurde beispielsweise ein Holzstück mit der C-14-Methode präzise datiert, kennt man auch das Alter eines Fundstücks, das in direktem Zusammenhang in derselben Erdschicht lag.

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