Kunde: botspot 3D Scan GmbH
Branche: 3D-Scanning
Gründungsjahr: 2013
Standort: Berlin, Deutschland
Tätigkeitsbereich: Entwicklung und Vertrieb von 3D-Scannern, 3D-Scan-Dienstleistungen
Website: www.botspot.de
Erworbene Produkte: EOS Kameras und Objektive
Canon Partner bei der Umsetzung: Frank Winklmeier

„Canon Kameras und Objektive bieten uns die Kombination aus Bildqualität, Langlebigkeit und Flexibilität, die wir für unsere Scan-Lösungen benötigen“, sagt Volker Oppmann, Projektmanager bei botspot. „Das Canon EOS Kamerasystem liefert eine hochwertige fotografische Basis, um mit unseren botspot-Scannern präzise 3D-Modelle zu erzeugen. Dabei sind unsere Systeme einfach zu bedienen und gewährleisten Qualität, Wiederholbarkeit und Effizienz.“

3D-Scanner kommen in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. So liefern sie beispielsweise dreidimensionale Modelle für Anwendungen im E-Commerce, in der Gaming- und Filmindustrie oder in der Medizin. Die hohe Präzision der botspot-Scanner ist die Basis für fotorealistische 3D-Modelle. Darüber hinaus ist der Aufwand bei der CGI-Nachbearbeitung geringer. Das spart den botspot-Kunden Zeit und Kosten.

botspot bietet zwei Grundkonfigurationen von 3D-Scannern an, die unterschiedliche Anwendungsbereiche abdecken. Bei allen 3D-Scans ist das Ziel, zum einen die räumliche Geometrie der Scan-Objekte exakt zu erfassen und zum anderen die Oberflächen und Farben präzise abzubilden und dann in 3D-Daten zu überführen. Die botspot-Scanner nutzen dafür ein photogrammetrisches Verfahren, das auf der fotografischen Aufnahme der Objekte aus mehreren Perspektiven basiert.

NEO Full-Body-Scanner

Der NEO Full-Body-Scanner ist für das Scannen von Personen konzipiert. Das System integriert dafür bis zu 160 Canon-Kameras und -Objektive, die über die botspot-Soft- und Hardware miteinander synchronisiert sind und alle im selben Moment auslösen. Die kurze Aufnahmezeit von nur 0,01 Sekunden verhindert Artefakte durch Bewegungen der Person im Scanner, welche andernfalls die Qualität des 3D-Scans beeinträchtigen und  eine zeitaufwändige Nachbearbeitung der Daten erfordern würden.

NEO kommt beispielsweise in den Bereichen CGI und Film zum Einsatz, wo realistische digitale Avatare benötigt werden. Auch in medizinische Anwendungen, beispielsweise bei der dreidimensionalen Erfassung von Patienten zur Herstellung von passgenauen Prothesen, spielt der NEO-Scanner seine Vorteile aus.

botspot verwendet im NEO Full-Body-Scanner in der aktuellen Konfiguration EOS 2000D DSLR-Kameras. Für künftige Scanner-Generationen wird aktuell der Einsatz der spiegellosen Canon EOS R100 vorbereitet. Die EOS R100 bietet eine höhere Bildqualität, und im Vergleich zur DSLR weniger mechanische Komponenten durch den Wegfall des Spiegelsystems. Das bedeutet weniger Abnutzung und damit eine längere Lebensdauer der Kamera.

Objektivseitig setzt botspot im NEO Canon Kit-Zoomobjektive ein, die flexibel für unterschiedliche Aufgaben verwendbar sind. Die Kitobjektive bieten zudem ein exzellentes Preis-Leistungsverhältnis – dieser Faktor spielt bei bis zu 160 Kameras und Objektiven im System eine Rolle.

Für qualitativ anspruchsvolle Projekte im Film- und CGI-Bereich kommen auch Canon Objektive mit fester Brennweite zum Einsatz. Die Verwendung eines 50-mm-Objektivs sorgt für noch mehr Detailgenauigkeit und Auflösung bei der Erfassung von Gesichtern, Haaren und Hautstrukturen.

Neben der Kameratechnik ist die Beleuchtung der Schlüssel zur hohen Qualität und Effizienz des NEO: botspot nutzt indirektes Blitzlicht, das durch die weißen Innenwände der Scanner-Kammer auf das Objekt reflektiert wird. Diese Methode sorgt für eine homogene, schattenfreie Ausleuchtung und ermöglicht konsistente, wiederholbare Ergebnisse.

Für eine zweite Aufnahme wird je nach Anforderung ein diffuses Muster auf die Person projiziert. Auf diese Weise wird die Erfassung der Geometrie verbessert, insbesondere bei glatten, homogenen Stoffen oder Materialien wie Leder.

Umrechnung der fotografischen Daten in photogrammetrische 3D-Daten

Die Umwandlung der 2D-Fotodaten in ein 3D-Modell basiert auf der Photogrammetrie. Hierbei identifiziert die Software markante Punkte (sogenannte Landmarks) auf den einzelnen Bildern und vergleicht deren Positionen zueinander in den Aufnahmen aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Die genaue Position jedes Landmarks wird dann mithilfe mathematischer Modelle im dreidimensionalen Raum berechnet. Dadurch entsteht eine sogenannte Punktwolke, die die grundlegende Struktur des Objekts darstellt.

Im nächsten Schritt wird aus dieser Punktwolke ein Polygonnetz (Mesh) erstellt, das die Geometrie des Objekts detailliert beschreibt. Der finale Schritt in der photogrammetrischen Verarbeitung ist das Aufbringen der Textur, die anhand der fotografischen Bilddaten erzeugt wird. Dazu wird jedes Bild in kleine Mosaikstücke zerlegt, die dann auf die Oberfläche des Modells projiziert werden. Die verwendeten Softwarelösungen wie Reality Capture ermöglichen dabei einen hohen Grad an Automatisierung und liefern exakte Ergebnisse, die gerade in den Bereichen CGI und E-Commerce von besonderer Bedeutung sind.

„Digital Spray“ für glatte und glänzende Oberflächen

Um homogene oder glänzende Oberflächen korrekt zu scannen, hat botspot die „Digital Spray“ Technologie entwickelt. Hinter diesem Begriff verbirgt sich ein Verfahren, bei dem ein diffuses Muster mithilfe von Laser-Projektoren auf die Oberfläche projiziert wird. Diese Methode erleichtert die Struktur- und Geometrieerkennung bei schwierigen Objektoberflächen. Mit dem Digital Spray ist es möglich, Objekte oder Personen zu scannen, die sonst aufgrund ihrer glatten oder reflektierenden Oberflächen schwer oder gar nicht erfasst werden könnten.

Anwendung in CGI und 3D-Modellierung

Die Erzeugung präziser, detailreicher 3D-Modelle ist für CGI-Anwendungen entscheidend. Im Bereich Film und Videoproduktion beispielsweise, bietet botspot  Produzenten die Möglichkeit, digitale Avatare oder „Digital Twins“ der darstellenden Personen zu erzeugen. Die Avatare werden in CGI-Produktionen verwendet, um reale Szenen zu simulieren, die ansonsten aufwendige Dreharbeiten erfordern würden.

Ein spannendes Beispiel für eine CGI-Produktion, bei der botspot NEO direkt am Set eingesetzt wurde, ist die historische Serie „Those About to Die“. Hier wurden nicht nur die Schauspieler, sondern sogar Pferde für die Darstellung in virtuellen Kampfszenen eingescannt.

3D-Modelle werden für E-Commerce-Anwendungen genutzt, um Produkte in interaktiven 3D-Ansichten darzustellen. Dies ermöglicht es den Kunden, Produkte wie Schuhe oder Kleidung aus allen Blickwinkeln zu betrachten und steigert die Qualität des Einkaufserlebnisses im Online-Bereich.

Canon SDK für nahtlose Integration und präzise Steuerung

Für kommerzielle Anwendungen wie die von botspot bietet das Canon SDK (Software Development Kit) eine kundenspezifische Integration und Steuerung der Canon EOS Kameras. botspot plant, das Canon SDK umfassender einzusetzen. Die Möglichkeit, Blende, Verschlusszeit und Fokus über das SDK zu steuern, eröffnet botspot mehr Flexibilität, seine Scanner noch präziser auf die spezifischen Anforderungen jedes Einsatzbereichs abzustimmen.

Wachstumsbereiche Augmented Reality (AR) und Virtual Reality

Die Perspektiven für 3D-Scanning sind exzellent: In Zukunft erwartet botspot ein starkes Wachstum im Bereich Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR). Der Bedarf an fotorealistischen 3D-Modellen steigt, besonders durch das Entstehen neuer digitaler Räume wie dem Metaverse. Durch die enge Zusammenarbeit mit Canon kann botspot flexibel und innovativ auf Kundenbedürfnisse eingehen und den technologischen Standard im photogrammetrischen 3D-Scanning weiter verbessern.