Sport-/Kulturverein

„3D-Technik“, Exkursion der 7A/8A an die TU Wien

An zwei aufeinanderfolgenden Donnerstagen im Frühjahr 2010 besuchten Schülerinnen und Schüler der 7A und 8A im Rahmen des Wahlpflichtfachs DG die TU Wien.

Construct3D

Bei der ersten Exkursion besuchten wir das Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme. Universitätsassistent Dr. Hannes Kaufmann und ein weiterer Mitarbeiter stellten uns ihr Entwicklungsprojekt „Construct3D“ vor (weiterführende Informationen auf http://www.ims.tuwien.ac.at/research/construct3d/). Das System Construct3D machte es uns mit Hilfe einer Datenbrille und einem Datenstift möglich, räumliche Geometrieobjekte direkt im Raum zu platzieren und zu manipulieren. Die Datenbrille liefert ein 3D-Stereobild, sodass wir um die Körper herumgehen konnten, und auch einen Blick ins Innere von Rohrflächen, Kugeln, Schraubflächen,… werfen konnten. Die geometrischen Konstruktionen erfolgen dynamisch, also konnten die Abmessungen und Proportionen der Körper auch nachträglich noch verändert werden.

tu construct 01

 

Wir erfuhren auch das zu Grunde liegende Prinzip, welches verwendet wurde um zu jedem Zeitpunkt die räumlichen Informationen vom Datenstift zu bestimmen. Vier Kameras in dem Raum nahmen jeweils nur Infrarotlicht auf. Dieses Infrarotlicht wurde von Projektoren in den Raum gestrahlt, und kleine Kugeln am Datenstift reflektierten dieses Licht. Die Kameras ‚sahen‘ also nur diese Kugeln und aus den vier Kamerabildern konnte ermittelt werden, wo der Benutzer gerade mit seinem Datenstift im Raum hantiert. Da die Datenbrille die konstruierten Körper stets vom jeweiligen Standpunkt des Betrachters aus anzeigen soll, muss auch die räumliche Position des Betrachters rekonstruiert werden. Daher befanden sich auch auf unseren Helmen diese kleinen Kugelgebilde.

Laserscan eines Gesichts

Bei der zweiten Exkursion besuchten wir dann das Institut für Diskrete Mathematik und Geometrie, wo ein Laserscanner zur Verfügung steht. Dieser wird auf der TU Wien in der Forschung vor allem dazu eingesetzt, die Oberfläche kleinerer geometrischer Objekte abzutasten. Für die Verarbeitung und Analyse der entstehenden Daten werden geometrische Algorithmen erforscht und entwickelt (weitere Informationen auf http://www.geometrie.tuwien.ac.at/3dtechnik/).


Um den Laserscanner zu testen, stellte Alexander Antonopoulos (8A) mutig sein Gesicht zur Verfügung. Während der Laserstrahl sein Gesicht von drei Seiten (links, vorne, rechts) abtastete, musste er die Augen geschlossen halten, damit der Laserstrahl keine Schäden anrichten konnte. Wir erhielten also drei 3D-Bilder (türkis, grün, gelb) von Alexanders Gesicht. Jedes dieser Bilder bestand aus etwa 100.000 3D-Punkten, wobei auch eine Farbinformation gespeichert wurde.

Die Nachbearbeitung solcher 3D-Punktdaten erfolgt mit spezieller, sehr teurer Software (wir verwendeten Raindrop Geomagic), denn normale Geometriepakete sind für die Manipulation einer solch großen Punktmenge nicht ausgelegt. Für Mai oder Juni ist das Reinschnuppern in dieses grosse Softwarepaket geplant. Jede/r Schüler/in des Wahlpflichtfachs kann ihr/sein eigenes Gesicht einscannen lassen und diese Daten an der TU Wien selbst nachbearbeiten.


Bei der Exkursion war dafür noch nicht genügend Zeit, Prof. Leopoldseder zeigte die notwendigen Schritte anhand Alexanders Gesichtsdaten vor. Zunächst mussten die drei Bilder in die korrekte Position gebracht und die Daten zu einem Bild zusammengefügt werden. Noch waren viele Löcher in den 3D-Daten, denn aus nur drei Kamerapositionen wurde natürlich nicht jeder Bereich des Gesichts (z.B. die Unterseite des Kinns) aufgenommen. Diese Löcher wurden softwaremäßig gefüllt, danach wurden die Gesichtsdaten auf einige zehntausend 3D-Punkte reduziert, von Messfehlern bereinigt und geglättet. Ganz am Ende wandelten wir das Ergebnis noch in eine – den Schülern aus dem Fach DG schon bekannte – Freiformfläche um. Nun bestand das Gesicht nicht mehr aus zehntausenden kleinen Dreiecken, sondern aus einer glatten Fläche.

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