Beim Autokauf achten Kunden nicht nur auf den Verbrauch, sondern
vor allem auf das Aussehen. Hochwertig soll die Innenausstattung wirken,
dezent das Muster der Sitzbezüge und edel die Lederoptik des
Armaturenbretts. Designer wollen deshalb schon früh wissen, wie ein
Stoff oder ein Lederimitat im neuen Auto-Cockpit wirken. Früher fertigte
man Modelle an, doch das war zeitraubend. Schneller ist die Simulation
am Computer, allerdings kostet auch das Zeit. Denn zuerst muss man die
realen Objekte fein aufgelöst einscannen und in die virtuelle Welt
übertragen. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Graphische
Datenverarbeitung IGD in Darmstadt wollen diesen Prozess jetzt
beschleunigen. Sie haben dafür zwei Scanner entwickelt, die reale
Objekte mit Mikrometer-Präzision aufnehmen und daraus täuschend echte
virtuelle Abbilder schaffen. Gerät Nummer 1, der HDR-ABTF-Scanner, ist
darauf spezialisiert, Materialen wie Textilien oder Leder präzise und
vor allem schnell unter verschiedenen Lichtrichtungen aufzunehmen. Am
Computer lässt sich dann simulieren, wie ein mit diesem Stoff
überzogenes Objekt unter wechselndem Licht wirkt, beispielsweise ein
Autositz. Das zweite Gerät, der Meso-Scanner, nimmt dreidimensionale
Objekte in hoher Auflösung auf. Anders als herkömmliche Systeme erfasst
er auch feinste Furchen in bislang unerreichter Präzision.
Beide Scanner sind Weiterentwicklungen etablierter Verfahren, die
teurer sind oder langsamer arbeiten. »Für eine industrielle Anwendung
aber benötigen wir schnelle und preiswerte Geräte mit hoher Auflösung«,
sagt Martin Ritz, Entwickler am Fraunhofer IGD. Der HDR-ABTF-Scanner
leistet das. In dem Gerät ist eine Spiegelreflexkamera installiert, die
von oben auf das Objekt blickt. Beleuchtet wird das Material
nacheinander von mehreren Leuchtdioden, die in einem Viertelkreis-Bogen
angeordnet sind. So wird die Oberfläche aus verschiedenen Winkeln
beleuchtet und unter variierenden Belichtungen abfotografiert. Am Ende
entstehen für jede Lichtrichtung Belichtungsreihen, die am PC zu
hochaufgelösten HDR-Bildern integriert werden. Ein Fahrzeug-Designer
kann die Bilddaten dann mit dem Computermodell eines Autositzes
kombinieren und das Materialverhalten unter beliebigen
Beleuchtungswinkeln betrachten. Vergleichbare Verfahren setzen mehrere
Kameras und deutlich mehr Lichtquellen ein. Der Apparat vom Fraunhofer
IGD arbeitet da einfacher und zudem schneller. Ein neues Material lässt
sich in nur zehn Minuten einscannen und in ein virtuelles Modell
übertragen.
Der Meso-Scanner nimmt kleine dreidimensionale Objekte auf.
Herkömmliche 3D-Scanner projizieren ein relativ grobes Streifenmuster
auf einen Gegenstand. Aus der Deformation der Streifen schließt die
Software auf die dreidimensionale Gestalt. Der neuartige Scanner wirft
ein sehr viel feineres Muster aus schwarzen und weißen Streifen auf das
Objekt, die nur etwa einen Drittel Millimeter breit sind. Durch eine
spezielle Linse vor dem Projektor wird dieses Muster mit
Sub-Pixel-Genauigkeit über das Objekt bewegt. Das heißt es verschiebt
sich in Einzelschritten von 1/25 eines Pixels oder kleiner. Damit wird
der Gegenstand sehr viel feiner als bisher abgetastet und eine hohe
Auflösung erreicht: Vertiefungen und Furchen erfasst der Scanner mit
einer Tiefengenauigkeit von etwa 30 Mikrometer. Das ist 2- bis 3-mal
genauer als ohne das Lens-Shifting-System.
»Der Meso-Scanner ist nicht nur für die Autoentwicklung interessant«,
betont Ritz. »Museen etwa könnten seltene Exponate wie Schmuck oder
Münzen mit hoher Präzision einscannen.« Auch für die
Computer-Spiel-Industrie ist das Gerät interessant. Erste Prototypen der
neuen Scanner präsentieren die Forscher auf dem Stand der
Fraunhofer-Allianz GENERATIV der Messe Euromold (Halle 11, Stand C66a)
vom 29. November bis 2. Dezember 2011 in Frankfurt am Main.