Digitale Fingerabdrücke von Gemälden

Modernste Scantechnik trifft auf weltberühmte Malerei: Dreidimensionale Daten sind die ideale Grundlage für die Dokumentation von empfindlichen Gemälden und erlauben detailgenauere Untersuchungen als das Original. Im Gegensatz zum oft zeitintensiven künstlerischen Schaffen erfasst der AICON SmartScan das Kunstwerk einfach und schnell, wobei für eine akkurate Übereinstimmung der 3D Koordinaten mit den Farbinformationen gleichzeitig 3D Daten mit Farbtextur aufgenommen werden.

Zielsetzung und Messobjekt

Im Februar 2008 beauftragt das Kunstmuseum Winterthur (Schweiz) die dreidimensionale Erfassung von Claude Monets „Wasserlilien“ (Öl auf Leinwand, 1916). Gemälde werden vom Betrachter in erster Linie als flache Objekte mit ihrer Farbe als wichtigste Informationsquelle wahrgenommen. Doch mit einem mehr oder weniger stark ausgeprägten dreidimensionalen Relief gibt ein Bildnis selbst im Millimeterbereich wichtige Informationen über Stil seines Malers preis, weshalb man hier über die Dokumentation mit konventionellen 2D Techniken hinausgeht und die 3D Digitalisierung mit einem Weißlichtscanner wählt. 

Neben einer Untersuchung der individuellen Besonderheiten von Monets Maltechnik sollen die 3D Daten auch Aufschlüsse über den aktuellen Zustand des Gemäldes und eventueller Beschädigungen ermöglichen. Für eine umfassende Analyse muss gleichzeitig die Farbtextur der Oberfläche aufgenommen werden. Das Scannen des Kunstwerks soll schonend und strahlungsfrei (weder UV noch Wärme) erfolgen; diese Vorgabe erfüllt der AICON SmartScan mit seiner berührungslosen, selbst für empfindliche Objekte geeigneten Scantechnik. Das System lässt sich in den typischen Bedingungen von Museumsräumen problemlos einsetzen, das Gemälde weder aus dem Rahmen noch aus der Ausstellung entfernt werden.

Messsystem und Aufbau

Der AICON SmartScan ist speziell für die hohen Ansprüche bei der Datenerfassung von Kunstgegenständen und Kulturgütern konzipiert. Er erzeugt nicht nur hochauflösende, präzise 3D Modelle, sondern erlaubt es auch, die Echtfarben und -textur der Objektoberfläche aufzunehmen. 

Der AICON SmartScan besteht aus einer auf einem Stativ montierten Basis mit einem Projektor und zwei Farbbildkameras (hier: 5 Megapixel), einer Kalibrierplatte sowie einem Steuergerät. Das Messfeld wird individuell festgelegt, es richtet sich z. B. nach der Größe des Gemäldes und nach der gewünschten Auflösung der 3D Daten. 

Die Weiterverarbeitung mit der AICON-eigenen Software OptoCat erlaubt dank des speziell für Scanprojekte im Bereich Kunst und kulturelles Erbe entwickelten Moduls „Texture Mapping“, hochauflösende Fotografien der Objektoberfläche subpixel-genau auf ihre 3D Daten zu übertragen, so dass das gescannte Objekt in höherer Auflösung, deutlicherem Kontrast und verbesserter Farbwiedergabe dargestellt wird. Das Texture Mapping ist sowohl mit den internen Bildern des 3D Scanners als auch mit Aufnahmen einer beliebigen externen Kamera durchführbar, wobei externe digitale Daten große Freiräume bezüglich der Textur-Erfassung, der Pixel-Auflösung, der professionellen Beleuchtung sowie der Rohdaten-Bearbeitung mit Farbmanagement bietet. Darüber hinaus lassen sich die 3D Daten eines monochromen Sensors sogar mit Farbbildern oder mit multispektralen Daten (UV, IR usw.) ergänzen.

Arbeitsablauf

Abhängig vom gewählten Messfeld werden ca. 30 - 150 Scans der gesamten „Wasserlilien“ angefertigt. Anschließend werden diese Einzelaufnahmen mit der Software OptoCat zusammengeführt und nachbearbeitet. Das Leistungsspektrum dieses Programms bietet alle Funktionen für eine vollständige 3D Digitalisierung, z. B. die Erzeugung eines kombinierten Polygonnetzes aus Einzelscans (Merging) sowie die 2.5D Bearbeitung mit dem OptoCat-Modul „Gemälde“. Zudem bietet die Software weitere Auswerte- und Exportfunktionen wie die Berechnung von Querschnitten, eine Datenreduktion bzw. -komprimierung, verschiedene Filterfunktionen und das Füllen von Löchern. Mit dem Software-Modul „Texture Mapping“ lassen sich anschließend sowohl die internen Bilder des 3D Scanners als auch Aufnahmen einer beliebigen externen Kamera auf die 3D Daten aufbringen.  

Die aufgenommenen 3D Daten des Gemäldes werden in schattierter Form visualisiert (optional mit überlappender Textur oder Farbinformation) und in Standard-Dateiformaten wie STL oder PLY abgespeichert. Mit dem Texture Mapping-Modul lassen sich auch Geometrie- und Bilddaten zusammen im OBJ-Format ablegen.

Ergebnis

Die objektschonende Digitalisierung mit dem AICON SmartScan eignet sich ideal zur schnellen, detaillierten Erfassung von Kunstobjekten wie Monets „Wasserlilien". Der hochauflösende 3D Scanner erlaubt die Analyse von kleinsten Abweichungen. Bei einer räumlichen Auflösung von etwa 50-100 µm ist selbst in scheinbar glatten Oberflächen von Gemälden oder Fresken ein Höhenprofil erstellbar.

Das dreidimensionale Gemälde-Relief trägt über die Farbe hinaus zum Gesamteindruck des Gemäldes bei und ermöglicht zusätzliche Studien zum individuellen Stil und zur Pinselführung von Claude Monet. Aus 3D Modell und Texture Mapping ergibt sich der einzigartige Fingerabdruck eines Kunstwerks. 

Darüber hinaus lassen sich die aus den Scandaten gewonnenen 3D Modelle vielfach weiterverwerten:

•  Digitale Dokumentation und Archivierung
• Quantitative Erfassung des aktuellen Zustands, insbesondere von Beschädigungen
• Virtuelle Rekonstruktionen
• Virtuelle Präsentation im Museum oder im Internet
• Herstellung von maßstabsgerechten Kopien und Replikaten (z. B. durch 3D Druck oder mit Rapid Prototyping)