Praxis 1 3D-Modelle aufpolieren

Peter Ki5nig, Heinrich Hink

3D-Scans mit Gratis-Software aufpolieren

Kamera, Kinect und Konsorten machen als 3D-Scanner eine erstaunlichgute Figur. Doch es geht noch besser: Kostenlose 3D-Software verleihtdem Datenrohling anschlieBend den gewiinschten Schliff.

iele haben den 3D-Scanner schon in derTasche, ohne es zu wissen - in Form

eines digitalen Fotoapparats oder derHandykamera. Umkreist man damit ein un-bewegtes Objekt und schieSt davon eine Bil-derserie, liefert das den notwendigen Stoff,aus dem kostenlose Software ein brauchba-res 3D-Datenmodell erzeugt [11. Auch eineKinect oder die etwas weniger bekannte Tie-fenkamera Asus Xtibn Pro kann man zum 3D-Scanner umfunktionieren.

Die Ergebnisse sehen gut aus, lassen sichaber immer noch verbessern: Locher im Ober-flachennetz kann man flicken und ungewolltraue Oberflachen lassen sich glatten. Man ent-fernt Fragmente der Umgebung, die unge-wollt in den Scan geraten sind. Portratbustenschneidet man unten sauber ab, wo die Faltendes Hemds ins Nichts ausfransen, und versiehtsie mit einer perfekt ebenen Standflache.

Das afles klappt mit kostenloser Software(alle Downloads siehe Link am Ende des Arti-kels). MeshLab stellt Objekte frei, glattetderen Oberflache und reduziert ihre Poly-gonzahl. Zusatzlich offnet und exportiert dieAnwendung fur Windows, Linux und MacOS X Dateien in vielen verbreiteten 3D-For-

maten. Die Gratisausgabe von netfabb Stu-dio lauft ebenfalls unter den drei genanntenBetriebssystemen und macht sich mit ihrenZuschnittwerkzeugen und ihrer Reparatur-automatik nutzlich. Sie eignet sich allerdingsnur fur einfarbige IViodelle, da sie Ober-flachentexturen ignoriert. MeshMixer isteine gute Wahl zur Feinpolitur der Oberfla-che und um Details von Hand nachzumodel-lieren. Dieses Programm gibt es fur Windowsund Mac OS X. Mit dem plattforrnObergrei-fenden Open-Source-Paket Blender schlieB-lich gelingt das Kunstst0ck, ein massives Mo-dell innen auszuhohlen, was Material undKosten sparen kann, ohne dabei die farbigenTexturen auf der Oberflache zu verlieren.

Die vier Programme erganzen sich gutund konnen allesamt 3D-Dateien im Stan-dardformat OBJ bearbeiten, importieren undexportieren. Leider unterscheiden sie sichdeutlich in der Bedienung, zum Beispiel beider Eunktion der Maustasten, wenn man dieAnsicht des 3D-Raums verandert (siehe Ta-belle rechts).

Als Ausgangspunkte fur unsere Beispieledienten Scans von ReconstructMe und123D Catch - Naheres zu diesen kostenlosen

Werkzeugen lesen Sie in den Kasten auf denfolgenden Seiten. Die beschriebenen Ar-beitsweisen lassen sich auch auf 3D-Mocielleaus anderen Quellen Obertragen.

Charakterkopf

3D-Dateien beschreiben Objekte über einPolygonnetz, auch Mesh (Netz oder Gitter)genannt. Das Mesh zerlegt die Form derOberflache in lauter Polygone. 1st das Netzkomplett geschlossen und weist es auchkeine Laken und Risse auf, bezeichnet manes als wasserdicht - bildlich gesprochenkonnte man die Objekth011e innen mit Was-ser Killen und nirgends liefe etwas heraus,egal wie man das Objekt dreht und wendet.

JIL lProgramm Drehen

Verschieben Zoom

MeshLab

linke Maustaste

mittlere Maastaste Mausrad

netfabb

rechte Maustaste

rnittlere Maustaste Mausrad

MeshMixer Alt+linke

Alt+mittlere Mt+rechteMaustaste

Maustaste Maustaste

ilender

mithere

Umsch.+mittlere MausradMaustaste

Maustaste

. 158 c't 2012, Heft 18

SCULPTEO ALL

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Praxis I 3D-Modelle aufpolieren

Ein typischer Rohscan aus dem 3D-Generator ReconstructMe: Das Hemd

ist unten ausgefranst, hinter denLocken verstecken sich Locher und die

Oberf!ache wirkt wie aus Sand geformt.

3D-Scansoftware liefert keine wasserdich-ten Netze. Ein Portratscan aus ReconstructMebeispielsweise erzeugt eine H011e, die Kopfund Schultern nachformt und nach untenoffen ist. Mochte man das Ergebnis nur in ein3D-PDF einbinden oder im Web prasentie-ren, macht das nichts doch wer auf Grund-lage des Scans eine Buste auf einem 3D-Dru-cker produzieren will, der muss unten fureine saubere Standflache sorgen und alleOffnungen schlie8en.

7u Beginn klopft man sich den Rohscanetwas handlicher zurecht. Dazu offnet manihn Ober „File/Import Mesh" in MeshLab. Daein typischer Datensatz aus ReconstructMeaus rund einer Dreiviertelmillion Dreieckenbesteht, kann es zehn bis zwanzig Sekundendauern, bis die H011e dargestellt vvird.MeshLab stellt in der Symbolleiste acht Ren-der-Varianten fUr 3D-Modelle zur Wahl, vonder Bounding Box über Punktwolke undDrahtgitter bis zur Da rstellung mit Texturen.Bei der Nachbearbeitung ist jene Varianteam hilfreichsten, die Flachen und Kantenzeigt (Tooltip „Flat Lines").

Schleifen

Der Befehl „Filters/Remeshing, simplificationand reconstruction/Quadric Edge CollapseDecimation" reduziert die Zahl der Polygone.Das kostet kaum Details und entfernt viel Un-ruhe von der Oberflache, die das Rauschendes Kinect-Sensors in den Scan gestreut hat.Bei Aufruf des Filters offnet sich ein kleinesFenster mit Parametern - ein Klick auf „Help"blendet Erlauterungen ein. Als Ziel fur dieneue Anzahl an Dreiecken (Target number offaces) setzt MeshLab automatisch rund dieHalfte der aktuellen Zahl ein.

Diese Zahl kann man entweder anpassenoder ganz loschen und stattdessen unter„Percentage reduction" einen relativen Wertzwischen 0 und 1 angeben, etwa 0.3 (dieenglische Bedienoberflache erwartet hiereinen Punkt statt eines Kommas). Dadurchwird die Zahl der Dreiecke auf 30 Prozentheruntergerechnet. Arbeitet man mit relati-ven Werten, reduziert jeder Klick auf „Apply"die Zahl der Polygone erneut. Das kann manso weit treiben, bis das Portrat wie als Kristallgeschliffen wirkt. Probieren Sie es ruhig malaus - es ist erstaunlich, wie wenige Polygoneman braucht, um ein Gesicht wiederzuer-kennen.

Bei einmaliger Anwendung haben sichWerte von 0.3 bis 0.4 bewahrt. Bei klaren Ge-sichtsziligen gehen damit auch in einemzweiten Durchgang keine entscheidenden

Details verloren. Ein Klick auf „Close" schlieStdas Parameter-Fenster, ohne den Filter anzu-wenden.

Meist tut danach noch eine behutsameGlattung gut, die man Ober „Filters/Smoo-thing, Fairing and Deformation/LaplacianSmooth" startet. Gewohnlich reicht hier einDurchgang statt der voreingestellten drei,andernfalls werden die Formen zu rund ge-lutscht. Uber einen Klick auf „Preview" pratman die Wirkung vorab. Der Filter wird erstangewandt, wenn man „Apply" drtickt.

AnschlieBend lohnt sich ein Blick vonunten ins Innere der Hiille: Dort hinterlasstReconstructMe oft storende kleine MeSh-Fragmente. „Filter/Selection/Small compo-nent selection" bekommt diese in der Regelgut zu fassen und markiert sie rot, woraufhinman sie per Entfernen-Taste laschen kann.

Zuerst wird die Zahl der Polygone auf etwa ein Drittel reduziert, MeshLab sammeit Artefakte in der Hohlform über einedann geniigt ein Durchgang mit dem Glattungsfilter. spezielle Auswahlautomatik fiir kleine Formen ein.

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Praxis 3D-Modelle aufpolieren

Im 3D-Bearbeitungsprogramm netfabb Studio dreht man

Die clunne blaue Kante zeigt die SchnittlinieObjekte Ober die eingeblendeten Ecken des einhiillenden zwischen Objekt und der unsichtbaren z-EbeneQuaders. Ausgewahlte Bauteile erscheinen giftgrun. parallel zum gelben Drucktisch.

Die geglattete und aufgeraumte H011e spei-chert man abschlieBend über „File/ExportMesh As" im Format OBJ.

ZuschneidenFiji den sauberen Abschluss unten kommtals Nachstes netfabb Studio zum Einsatz.Setzt man im Ansicht-Menu einen Haken vor„Bauraum anzeigen", so blendet die Soft-ware den Drucktisch eines imaginaren 3D-Druckers ein,. was bei der Orientierung imRaum hilft. Uber Bauteil/Hinzufugen holtman das in MeshLab vorbereitete Oberfla-chennetz ins Programm. Uber BauteilNer-schieben und Klicks auf „zum Ursprung" und„Verschieben" rOckt man es auf den Druck-tisch. Dazu muss das Objekt ausgewahltsein, woraufhin netfabb es unObersehbargiftg run fa rbt.

In der Leiste oben findet man links nebender Lupe ein Symbol mit dem Tooltip „Zoomauf alles" — ein Klick darauf f01It die Ansicht

mit Bauraum und Objekt. Die Wurfelsymbo-le schalten zwischen Standardansichten um.Sie helfen dabei, die Figur aufrecht und zen-triert auf den simulierten Drucktisch zu stel-len. HierfOr schaltet man sich nacheinanderdurch die Ansichten von oben, von der Seiteund von vorne, verschiebt die Figur in jederAnsicht durch Linksklick und Ziehen des ein-geblendeten kleinen Quadrats in der Mitteund rotiert sie durch Klicken und Zieheneiner der einfassenden Ecken (Video siehec't-Link).

Der nachste Schritt sorgt fur eine saubereStandflache. In der Seitenleiste rechts findenSie im „Schnitte" betitelten Feld drei Schie-beregler. Verschiebt man den z-Regler, ziehtnetfabb eine unsichtbare Ebene parallel zumDrucktisch ein. Eine blaue Kontur zeigt, wodie Ebene das Objekt schneidet. Mit demRegler schiebt man sie auf die gewOnschteHohe und klickt dann unter den Schiebernauf „Schneiden" und im folgenden Dialognochmals auf „Schneiden". Mit der linken

Maustaste markiert man den unerwUnschtenTell und loscht ihn per Rechtsklick Obers Kon-textmenii.

AbdichtenDie Kante unten ist jetzt sauber, allerdings istdie Basis des Objekts noch offen. Das behebtdie Reparaturautomatik. In den Reparatur-modus wechselt netfabb über das Rote-Kreuz-Symbol. Nur in diesem Modus kannman an das Oberflachennetz selbst Hand an-legen. HierfOr blendet die Symbolleiste zu-satzliche Werkzeuge ein.

Der grtine Wurfel dient zur Auswahl zu-sammenhangender Gitterh011en. Klicken Siemit diesem Werkzeug einmal auf Ihr Objekt,drehen Sie es in alle Richtungen und inspizie-ren Sie es von alien Seiten. Alles, was dunkel-grun ist, ist prima — es gehort zu einem zu-sammenhangenden Oberflachennetz. Hell-blaue oder rote Stellen weisen auf lose Frag-mente hin. Ein KIick darauf wahlt statt der

Im Reparaturmodus farbt netfabb das komplette zusammen-hangende Netz dunkelgrun, wenn man es mit dem Werkzeug„1-1611en auswahlen" anklickt. Gelbe Rander weisen auf Locher hin.

Weitere Ebenenschnitte stutzen die Biiste an den Schultern. DasWarnschild weist darauf hin, dass das Modell immer noch kleineMacken hat — die repariert netfabb beim Export.

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(0,0,0)

volume_min (x, y, 400)

volume_max (x', y, z)

Die Konfigurationsdateivon ReconstructMebestimmt, welchenAusschnitt des Raumsdie Kinect scannt.

Praxis 3D-Modelle aufpolieren

ReconstructMe

Rir den privaten Gebrauch bekommt mandie Windows-Software kostenlos, die eineKinect oder eine Tiefenkamera vom TypAsus Xtion Pro in einen Echtzeit-3D-Scan-ner verwandelt (Download siehe c't-Linkam Ende des Artikels). Eine kommerzielleLizenz fCir ReconstructMe kostet 360 Euro.Der osterreichische Hersteller Profactorpflegt auf seinen Webseiten eine ausfuhrli-che englische Installations- und Bedie-nungsanleitung.

Bei Redaktionsschluss war Version 0.6.0-405 aktuell. Man kann die Anwendungzwar nach wie vor Ober die Kommando-zeile starten, der Hersteller liefert aber auchBatch-Dateien mit. Sie ersparen dem An-wender Tipparbeit, da sie im Wesentlichenden Programmaufruf mit Parametern ent-ha lten, etwa:

ReconstructMe.exe --scan --sensor mskinect,07--config cfg/konfi.txt

In diesem Beispiel startet die Software imEchtzeitmodus, bei dem man das 3D-Mo-dell auf dem Bildschirrn wachsen sieht. Sieerwartet hier eine Kinect als Sensor undliest Konfigurationseinstellungen aus derDatei konfitxt im Unterverzeichnis cfg. SolcheKonfigurationsdateien lassen sich miteinem Texteditor verandern und an eigeneBedurfnisse anpassen. Speziell fur die De-tails dieser Konfiguration gibt es !eiderkeine Dokumentation. Einige Hinweise fin-det man in den Kommentaren der mitge-lieferten Datei volume_1m.txt.

Parameter, die mit camera_ beginnen, sindiediglich fur die Kalibrierung wichtig. Furdiesen Schritt findet man auf der Webseitedes Herstellers eine ausfiThrliche Anleitung.Interessanter sind die folgenden Abschnit-te: In der Klammer voiume_size {I gibt man furx-, y- und z-Dimension getrennt die ge-wOnschte Zahl an Volumenelementen(Voxeln) an, und zwar als Zweierpotenz. DieStandardkonfiguration des Herstellers ar-

beitet mit 256, die HiRes-Varianten mit 512.Bei unseren Versuchen waren auch 1024 inzwei Richtungen drin, alferdings nur, wenndie dritte Zahl auf 128 gesenkt wurde — an-dernfalls beendete sich ReconstructMe miteinem Fehler namens CL JHVALID_RUFFER_SIZE,vermutlich war die Gesamtzahl der Voxelzu groB.

Die Werte in den Klammern volurne_min 0und volume_max {} legen die Grenzen des zuscannenden Raumausschnitts fest. Die Ein-heiten sind hier Millimeter; der Ursprungdes Koordinatensystems liegt auf dem Tie-fensensor. Der Scan beginnt, sobald mandie Taste P drOckt. Die Software bildet indiesem Moment die Koordinaten desRaumausschnitts in den realen Raum abund entkoppelt sie vom Sensor. Was auBer-halb des so festgelegten Bereichs liegt, be-kommt man nicht mehr in den Scan hinein,wie man den Sensor auch dreht und wen-det. DrOckt man jedoch die Taste R, dannwird der Raumausschnitt neu platziert. Al-lerdings verwirft ReconstructMe dabei auchdie bisher erfassten Daten.

Die physikalische Auflosung des Scans er-gibt sich aus den Kantenlangen des Raum-ausschnitts und den Voxelzahlen aus demBlock volume_size 0. Die Konfigurationsdateifur unsere Portratscans gab einen Quadervor, mit einem Grundriss von 60 Zentime-tern zum Quadrat (x x z) und 100 Zentime-tern Hohe (y-Richtung). Die Voxelzahl be-trug in alien drei Dimensionen jeweils 512.Damit lost ReconstructMe das reale Objektin der Hohe mit einer Genauigkeit von1000 mm / 5127-- 1,95 mm auf, in Breite undTiefe mit 600 mm / 512 1,17 mm. In einemzweiten Durchgang scannten wir lediglichdas Gesicht — dos Volumen wurde auf 30 cmx 40 cm x 15 cm verkleinert, die Voxelzah-len blieben bei 512. In der Tiefe konnte manso theoretisch eine Auflosung von150 mm / 512 0,3 mm erreichen, was aberunter der Genauigkeit des Sensors liegt.

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Praxis l 3D-Modelleaufpolieren

Der Glattungspinsel (SmoothBrush) von MeshMixer verputzt dieKanten, die netfabb beim Schlieflen der Locher hinterlassen hat.

Geschickt eingesetzt modelliert der Oberflachenpinsel (SurfBrush)fehlende Details ins Dreiecksnetz, wie hier die Nasenlocher.

groBen Form das unerwOnschte Kleinzeugan, das man per Entfernen-Taste loscht.

Nach dieser Kontrolle uberlasst man denRest der Software: Ober die Schafflacheunten in der Seitenleiste startet man die Re-paraturautomatik, wahlt aus der a ufklappen-den Auswahl die Standardreparatur, klicktauf „Ausfiihren" und holt sich erst mal einenKaffee. Unterdessen schliat netfabb auto-matisch alle Locher im Netz. Bei Portratscansverstecken sie sich gerne oben a uf dem Kopf,zwischen Locken, hinter den Ohren oderunter dem Kinn. Damit die Software nachden Stopfen die Anderungen auch Ober-nimmt, muss man auf „Reparatur anwenden"klicken und bestatigen, dass das ursprOng-lich importierte Bauteil geloscht werden soli.

Zurtick im Standardmodus kann man dasObjekt in weiteren Ebenen zuschneiden.Praktischerweise entstehen dabei keineneuen Locher, die der Reparaturmodus nochmal flicken musste - die Software interpre-tiert das Ganze jetzt als wasserdichte Formund legt bei Schnitten automatisch neue Ab-schlussflachen an. Zum Schluss speichertman die Form über Bauteil/Exportieren imgewOnschten 3D-Format, zum Beispiel wie-der als OBJ-Datei. Zeigt der Exportdia log einrotes Kreuz, gibt es noch was zu korrigieren- passenderweise enthalt der Dialog gleichauch einen Knopf fur die abschlieBendeReparaturautomatik.

Pol ieren

Das so nachbearbeitete Objekt ist jetzt tech-nisch 3D-druckreif. An der Oberflache ist je-doch in der Regel noch einiges zu tun - zumBeispiel fur MeshMixer. Wie bei den anderenAnwendungen fuhrt der Weg der 3D-Dateiins Programm auch hier Ober File/Import.

Zum Glatten von Oberflachen bietetMeshMixer den SmoothBrush. Radius undWirkungsstarke dieses Glattungspinsels stelltman Ober Schieberegler in der Seitenleisterechts ein. Alternativ kann man beides auchObers Mausrad und über Rechtsklick und Zie-

hen verandern. Geschickt eingesetzt bOgeltder SmoothBrush sichtbare Ansatze an ge-flickten Lochern glatt, hobeit Beulen wegund zieht storende Falten aus der Kleidung.

Sind hingegen dem Scanner irgendwo einpaar charakteristische Locken durch die Lap-pen gegangen, kann man die mit den Surf-Brush erganzen, der Oberflachen ausbuchtetbeziehungsweise eindellt (Steuerung drCi-cken). Damit kann man auch Ohrmuschelnoder Nasenlochern nachtraglich die realisti-sche Tiefe verleihen. Das erfordert etwasUbung und Oberschreitet bereits die Grenzezur elektronischen Bildhauerei, fur die sichMeshMixer ebenfalls hervorragend eignet.Zum Schluss speichert man die fertige Dateiwieder über File/Export.

Hohlform

Fur den Druck auf einem gunstigen 3D-Dru-cker reicht es, wenn das Oberflachennetz inder 3D-Datei ein Volumen vollstandig um-schlieSt. Die Maschinen arbeiten nach demsogenannten Fused-Desposition-Modeling-Verfahren (FDM) und bauen das ObjektSchicht auf Schicht aus geschmolzenem Plas-tik auf [2]. Dabei legt die Steuersoftware derMaschinen das unsichtbare Innere von Werk-stucken automatisch als lose Gitterstruktur an.Das spart Zeit, Material, Gewicht und Kosten.

Der Nachteil von FDM: Die Druckerzeugnis-se sind einfarbig. Wer mit Fototexturen beleg-te 3D-Objekte drucken vvill, wie sie etwa123D Catch aus Fotos berechnet, muss einenDienstleister beauftragen, der Maschinen vonZ-Corp betreibt. Diese backen ein speziellesGipspulver mit farbiger Tinte zusammen undtranken das gesamte Gebilde zum Schluss inklarem Kunstharz [3]. Anders als die FDM-Ma-schinen legen diese Drucker allerdings keineGitterstrukturen in Inneren an; was die Vorla-ge als Volumen vorgibt, wird massiv gedruckt.Da die meisten Dienstleister den Preis furFarbdrucke nach verbautem Material berech-nen, kommen selbst bel kleinen Modellenschnell ein paar hundert Euro zusammen.

Um Geld zu sparen, hahlt man massiveObjekte vor der Bestellung aus. Hierfijr bietetBlender die notwendigen Werkzeuge undbewahrt gleichzeitig die fotografische Ober-flachentextur des Ausgangsmodells.

Blender ist ein umfangreiches 3D-Open-Source-Paket, das einige Einarbeitung erfor-dert. Die folgende Anleitung richtet sich anNutzer, die schon etwas Erfahrung mit derAnwendung haben. Falls Sie noch nie mitBlender gearbeitet haben, gibt es im Webeine Menge Tutorials, die den unfallfreienEinstieg zeigen.

Fellgeselle

Als Beispiel fur ein texturiertes Modell dientdie Holzstatuette eines Schnauzers, aufge-nommen mit 123D Catch. Storende Frag-mente der Umgebung wurden bereits inCatch mit dem Auswahllasso entfernt, dannwurde das roh freigestellte Objekt als OBJ ex-portiert. Nach dem Import in Blender richtetman den Hund im Objekt-Modus so aus, dassdie Kanten des Sockels horizontal und verti-kal moglichst den Raumachsen folgen.

Wechseln Sie in den Editier-Modus, wah-len Sie den Modus zum Bearbeiten von Kon-trollpunkten und drucken Sie die Taste A, umdie Auswahl aller Punkte aufzuheben. Grei-fen Sie über die Taste K zum Messer-Werk-zeug und schneiden Sie dicht am unterenRand durch den Sockel. Das Messer trenntdas Objekt nicht entzwei, sondern erzeugteine zusatzliche Kante quer durch alle Poly-gone entlang der Schnittlinie. Achten Siebeim Schneiden darauf, dass die Option „Cuttrough" eingeschaltet ist (Taste Z): Nur soschneidet das Messer durchs ganze Objektund nicht nur durch die sichtbaren Bereiche.

Nachdem der Schnitt durch einen erstenKlick gestartet wurde, soil er parallel zumBoden laufen, DafOr sorgt ein Druck auf dieTaste C, die in Blender die moglichen Winkelder Schnittlinie beschrankt. Direkt nach denSchnitt sind die Kontrollpunkte des Schnittsnoch ausgewahlt. Man blendet sie vorijber-

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123D Catch

Im Kern ist 123D Catch eine Anwendung,die auf Servern von Autodesk lauft undaus Fotoserien unbewegter Szenentex-turierte 3D-Modelle berechnet. Zu BeginnhieB das kostenlose Angebot ProjectPhotofly und lieB sich nur Ober einenWindows-Client benutzen. lnzwischenkann man den Cloud-Dienst auch Ober einWeb-Interface und eine kostenlose iPad-App beliefern (Downloads siehe c't-Link).FOr den Export und andere Operationenmuss man sich mit einer Autodesk-IDanmelden, fur die man sich gratis regis-triert.

Ober die App nimmt man Fotoserien mitder iPad-Kamera auf, schickt die Bilder perMobilfunk zum Server und bekommt nacheinigen Minuten das 3D-Ergebnis aufsTablet serviert. Hat der Scanversuch nichtgeklappt, kann man gleich vor Ort einenzweiten starten. Allerdings beschrankt dieApp die Zahl der Fotos pro Scan auf 40und bietet dem Nutzer keine Moglichkeit,das 3D-Modell durch manuelles EinfOgensolcher Aufnahmen zu verbessern, die dieSoftware zunachst verworfen hat.

Furs manuelle EinfOgen braucht man dieWindows-Version von 123D Catch. Sie mar-kiert von der Automatik nicht verwendeteBilder in der Leiste unten mit einem kleinengelben Hinweisschildchen. Klickt man einsolches Bild doppelt, offnet sich ein eigenesFenster, das links das verworfene und rechtszwei der verwendeten Bilder anzeigt. Nach-einander markiert man in alien drei Bilderndie Lage von vier markanten Punkten undwirft 123D Catch anschlieBend noch einmalan. Im Fall unserer Hundestatuette reichtedie Markierung solcher Punkte auf einemeinzigen verworfenen Bild als Orientierungfur die Software aus, um im nachstenDurchgang alle 17 bisher nicht benicksich-tigten Fotos einzubeziehen und die RO-ckenansicht des Schnauzers zu erganzen.

Der Windows-Client bietet auBerdem eineRechteck- und eine Lassoauswahl, umOberflussige Teile der Umgebung zu entfer-nen. Fur den Export texturierter Modellesteht OBJ als Dateiformat zur VerfOgung.Auf Wunsch erzeugt 123D Catch auch Vi-deos mit Kamerafahrten von Foto zu Fotoin beliebig wahlbarer Reihenfolge.

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Die Modellierautomatikvon 123D Catch bringtnicht immer alle hoch-geladenen Bilder im3D-Modell unter. In derWindows-Version derSoftware kann man demAlgorithmus nachhelfen.

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(-9 Praxis I 3D-Modelle aufpolieren

In Blender verpasst der Modifikator „Solidify" dem hohlen

Die Darstellung zeigt links die aufiere H011e desModell die Wandstarke, die es fur den 3D-Druck braucht. H ndemodells, rechts das Netz der inneren Wand.

gehend Ober die Taste H aus und erzeugtdamit eine Lucke zwischen den Teilen desNetzes oberhalb und unterhalb des Schnittes.

Den unteren Teil kann man dann loschen:Klicken Sie rechts auf einen beliebigen Kon-trollpunkt in diesem Bereich, weiten Sie dieAuswahl mit Strg+L auf alle verbundenenKontrollpunkte aus und entfernen Sie diese.

lnnenseite

Das Verfahren eignet sich gleichermagenzum Begradigen hohler H011en wie zum Auf-schneiden wasserdichter ModeIle. In beidenFallen ist das Objekt anschlieBend untenflach abgeschnitten und kann auf diesem un-teren Rand wunderbar stehen. Fur den 3D-Druck fehlt jetzt noch die Wandstarke. BeiModellen bis 10 oder 12 Zentimeter sollte siemindestens 3 bis 4 Millimeter betragen; gro-Bere Objekte brauchen starkere Wande, umstabil zu sein.

Um dem Modell eine Wand zu verleihen,wechselt man zurOck in den Objektmodusund wendet den Solidify-Modifikator an. Beiden Optionen schalten Sie „High QualityNormals" und „Fill Rim" ein. Bei der Wahlden richtigen Wert der Wandstarke (Thick-ness) helfen nur die Vorschau von Blender

und AugenmaB in Bezug auf die GrOBe desgesamten Modells. Die Wandstarke solltenicht weniger als 3 bis 5 Prozent der gratenAbmessung betragen. Wenn Sie den Modifi-kator Ober „Apply" auf das Objekt anwenden,entsteht aus der Vorschau reale Geometrie.

Der Modifikator erzeugt a uf der Innenseiteder Wand viel Wildwuchs - insbesondere anden Ecken und Kanten treten Verwerfungenund Oberschneidungen auf, die von Handkaum zu korrigieren sind. Um solche Stelleninnen zu korrigieren, muss man die auBereH011e voriibergehend ausblenden. WahlenSie dazu in einem ersten 5chritt die AuBen-kante der schmalen Standflache unten ausund verbergen Sie diese. AnschlieBend wah-len Sie wieder einen einzelnen Kontrollpunktder auBeren H011e aus, weiten die Auswahlauf alle verbundenen Punkte aus und verber-gen die gesamte AuBenhaut. Die sichtbarbleibende Innenform fasst man am besten ineiner Knotengruppe zusammen, sodass mansie jederzeit wieder schnell anwahlen kann.

Auf die lnnenform wendet man so langedie Funktion „Smooth Vertex" an, bis alle un-klaren Stellen geglattet und alle Oberschnei-dungen verschwunden sind. Bereiche, andenen man die Wand aus GrOnden der Sta-bilitat gezielt etwas dicker gestalten will, las-

sen sich komfortabel mitdem Werkzeug „Shrink/Fatten" nachbearbeiten. Es

, verschiebt die jeweils aus-gewahlten Polygone ent-lang ihrer Normalen nachauBen oder innen, je nach-dem, wie man die Mausbewegt. Wo sich darausharte Kanten ergeben,

Kein Voodoo, sondernautornatische Heilung:Der Inspector von Mesh-Mixer findet Schwach-stellen im Modell undrepariert sie auf Klick.

kann man lokal nochmals „Smooth Vertex"anwenden.

Zum Abschluss blendet man die auBereHCille und den unteren Rand wieder ein undkorrigiert von Hand die Innenseite desRands, falls die „Smooth Vertex"-Kur dortKontrollpunkte verschoben hat. Als Ergebnishat des Modell nur noch ein Bruchteil des ur-sprOnglichen Volumens, die Textur sitzt aberwie beim Rohscan - dem 3D-Farbdruck stehtnichts mehr im Weg.

MaBstabeReconstructMe liefert Modelle in realen Ab-messungen, bei 123D Catch kommen hinge-gen FantasiemaBe heraus. Hat man einen ei-genen 3D-Drucker zur Hand, skaliert man dieDruckvorlage in der Druckersoftware pro-blemlos mit der Maus. Bei 3D-Druckdienst-leistern ist des schwieriger - sie interpretie-ren die Koordinaten hochgeladener Vorla-gen mal als MaBe in Meter, mal in Inch, alsZentimeter oder Millimeter.

Das fOhrt dazu, dass viele Modelle in derOnline-Vorschau absurd winzig oder viel zugroB und damit horrend teuer erscheinen.Manche Anbieter wie Sculpteo lassen zu,dass man die GroBe des Modells nach demHochladen anpasst. Bei anderen, etwa Shape-ways, muss man die Vorlage noch mal in ge-anderter GrOBe schicken. Teilen Sie dazu IhrWunschmall durch die vom Dienstleister an-gezeigte GrOBe und notieren Sie sich diesenFaktor. Dann importieren Sie die OBJ-Dateiwieder in MeshLab, wahlen „Filters/Normals,Curvature and Orientation/Transform: Scale"und geben fur alle drei Achsen den ermittel-ten Faktor ein. Setzen Sie einen Haken vor„Freeze Matrix", bestatigen Sie das Ganze mit„Apply" und exportieren Sie eine neue OBJ-Datei, die Sie erneut beim 3D-Dienstleisterhochladen.

Varianten

Unsere beiden Ansatze sind naturlich nur zweivon vielen moglichen VVegen, um 3D-Scans

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SCULPTEO ALL

Praxis I 3D-Modelle aufpolieren

zu verbessern. So bieten neben netfabb auchMeshLab und MeshMixer Automatiken, umLocher in der Oberflache zu stopfen.

Bei MeshMixer verbirgt sie sich hinter derunauffalligen Schaltflache namens in-spector. Nach einem Klick darauf markiertdie Anwendung alle Problemstellen mit sti-lisierten Stecknadeln: Blaue zeigen auf La-cher. Rote markieren geometrisch unein-deutige Stelien (non-manifolds), verursachtetwa durch Uberschneidungen und offeneKanten. Pinkfarbene Nadeln verweisen aufabgelaste Teile des Netzes. Nach Klick aufden jeweiligen Stecknadelkopf repariertMeshMixer die einzelne Problemzone auto-matisch, nach Klick auf „AutoRepair all" ver-sucht sich die Anwendung nacheinander analien. Verschwindet das Objekt allerdingshinter lauter Nadeln, sollte man die Schritteeinzeln gehen, sonst sturzt MeshMixer nachunserer Erfahrung mit hoher Wahrschein-lichkeit auf halbem Weg ab.

Auch an anderen SteIlen lohnen sich Ex-perimente. So kann man in MeshLab schonganz am Anfang vor dem Reduzieren derPolygonzahl eine Variante der Laplace-Glat-tung probieren: „Filters/Smoothing, Fairingand Deformation/HC Laplacian Smooth". Kli-cken Sie ein Hakchen vor „Preview" undfen Sie, ob der Filter die Oberflache mit lauterkleinen Lachern perforiert hat - die mussten

Virtuel! bleiben

Wer keinen Zugang zu einem 3D-Druckerhat und die Kosten fur den Druck scheut,kann 3D-Scans auch auf einfache Weiseonline stellen oder in PDFs einbinden.Letzteres hat den Vorteil, dass sich die 3D-Dateien im verbreiteten kostenlosenAdobe Reader betrachten, drehen undzoomen lassen.

Die 3D-PDFs erzeugt man über LaTeX.Keine Angst, Sie brauchen dafOr nicht flie-Bend TeX zu sprechen, denn MeshLab er-zeugt nebenher automatisch eine TeX-Datei, sobald Sie ein Objekt im Format U3Dexportieren. Um aus der TeX-Datei ein PDFzu erzeugen, installiert man das kostenloseProgramm MiKTex, startet die Eingabeauf-forderung, wechselt in das Verzeichnis, inder die TeX-Datei liegt und tippt

pdflatex <modellnamextex

Die Standardinstallation von MiKTeX ent-halt die benatigte Bibliothek namensmoviel 5 zwar nicht von Haus aus, sie in-stalliert diese aber beim Ubersetzen auto-matisch nach.

Die Dokumentation bezeichnet die Biblio-thek movie15 inzwischen als Oberholt undempfiehlt, stattdessen media9 zu verwen-den. Wer sich etwas mit TeX auskennt undauf der Hohe der Zeit sein will, kann dievon MeshLab erzeugte TeX-Datei anhand

spater wieder aufwendig geschlossen wer-den. Man sieht die Locher Obrigens besser,wenn man die Ansicht Ober die Symbolleistevorilbergehend auf „Smooth" umschaltetund dicht an das Objekt heranzoomt. Wer-den dabei keine Lacher sichtbar, kann manden Filter über einen Klick auf „Apply" Ober-nehmen, anderenfalls bricht man den Vor-gang Ober „Close" ab und macht nach dernStandardverfahren weiter.

Falls Sie selbst weitere spannende Filter inMeshLab entdecken, wenn Sie noch spezielleTricks auf Lager haben oder schlicht aufeinen lhrer bearbeiteten 3D-Scans besondersstolz sind, dann freuen wir uns, von Ihnen zuhoren. Schreiben Sie einfach eine Mail anpek@ct.de - wir sind gespannt auf Ihre Erfah-rungen in 3D. (pek)

Literatur

[1] Daniel Bachfeld, Peter Konig, Dr. Volker Zota,Kopieren in 3D, [11...mlich scannen mit Digital-kamera, Kinect oder Laser-Scanner, c't 11/12,S.86

[2] Peter Konig, Zauberkasteri, Sieben 3D-Druckerim Test, c't 11/12, S. 92

[3] Peter Konig, Achim Barczok, Ideen materialisie-ren, Webdienste fertigen Objekte nach Ihren3D-Entwurfen, c't 15/11, S. 84

www.ct.de/1218158

Thin2iview.is Client Side Ajax Examples

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Die kostenlose JavaScript-BibliothekThingiview bindet 3D-Modelle drehbarin Webseiten ein.

der Dokumentation zur Bibliothek media9leicht an passen (siehe c't-Link).

FOr die Online-Veroffentlichung von dreh-und schwenkbaren 3D-Modellen bietetsich etwa die kostenlose JavaScript-Biblio-thek Thingiview.js an. Ansonsten kann mansamtliche 3D-Scans auch in den diversen3D-Galerien und Shops von 3D-Druck-dienstleistern kostenlos veroffentlichenund mit Designs sogar Geld verdienen,indem man sie anderen Nutzern zur Bestel-lung freigibt [31.

et

c't 2012, Heft 18 165

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