25 Jahre ArcTron

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Interview 25 Jahre ArcTron

Zum 25. Firmenjubiläum hat Nils Stadje den Firmengründer Martin Schaich zu den Anfängen, Status Quo und dem Blick in die Zukunft befragt.

Im Webmagazin techtag finden Sie den Artikel zum Interview:
IT und Hightech: So spannend sieht Archäologie im 21. Jahrhundert aus

 

Das ausführliche Interview finden Sie hier:

Seit 1989 bin ich mit einem gewachsenen Spezialisten-Team von im Schnitt ca. 30 Mitarbeitern selbständig. Die drei- und ggf. multidimensionale Dokumentation und Datenweiterverarbeitung mit unterschiedlicher Sensorik stand dabei immer in unserem und meinem Fokus. Nur sie ermöglicht es, insbesondere archäologische Ausgrabungen, Baudenkmäler, Funde und Objekte in einer umfassenden, ganzheitlichen, wirtschaftlich effizienten und nachvollziehbaren Methodik zu dokumentieren und für die Nachwelt und Forschung verfügbar zu machen.
Relativ schnell wurde dabei klar, dass es ein Team unterschiedlichster Spezialisten braucht, wenn man die gesamte 3D-Wertschöpfungskettte ausnutzen möchte. So entstanden zeitnah weitere Abteilungen, die die benötigte Software entwickelten, die bei Forschungsprojekten mitwirkten, die die erhobenen Daten multimedial für Museen und Ausstellungen aufbereiteten oder die die verschiedenen 3D-Druck-Technologien nutzten, um haptische maßstäbliche 3D-Modelle zu bauen.
Faszinierend ist es dabei für mich immer wieder, sich die Entwicklung der letzten 25-30 Jahre vor Augen zu führen. War es in den frühen 90er-Jahren ein „Meilenstein“ eine Software zu entwickeln, die CAD-Vektorpläne der Ausgrabungsbefunde aus Tachymeter- Daten erzeugte, so stehen wir heute mit VR-Headsets z.B. mitten in einer Grabung in Selinunt (Sizilien) und können dort den photorealistisch gescannten 3D-Befund in 1:1 virtuell studieren und diskutieren. Der technologische Fortschritt ist wirklich atemberaubend!

Bereits während des Studiums in München und Regensburg bestand ab Mitte der 80er Jahre die Chance, sich in den Pool-Räumen der Universität mit den ersten Computern – damals noch mit Grünmonitoren und überdimensionalen Diskettenlaufwerken – und Softwareanwendungen zu befassen. DOS-Betriebssysteme, Textverarbeitung, Datenbanken und CAD standen damals in meinem Fokus.
Mit der Gründung unserer Ausgrabungsfirma ArcTron – Ausgrabungen & Computerdokumentationen GmbH im Jahre 1993 war auch der Startschuss für unsere Entwicklung ArchäoCAD gegeben, eine mit damals noch relativ neuen Messinstrumenten (Totalstation/Tachymeter) gekoppelte AutoCAD-Applikation. Noch heute – fast 25 Jahre später ist ArchäoCAD eine vielfach genutzte und stetig weiterentwickelte Standard- Anwendung in der computergestützten Grabungsdokumentation und bei vielen Universitäten, archäologischen Behörden und Grabungsfirmen im Einsatz.

Nachdem wir in den späten 90er Jahren selbst einen Laserpantographen entwickelt und gebaut hatten, um einfacher und effektiver 3D dokumentieren zu können, wurden wir dann allerdings von der rasanten industriellen Entwicklung der 3D-Laserscan-Technologie überrollt. So entschied ich mich im Jahre 2001 bei unserer Hausbank um einen größeren Kredit nachzusuchen, einen 3D-Laserscanner und 3D-Softwarepakete zu kaufen und die ArcTron 3D-Messtechnik und Softwareentwicklungs GmbH zu gründen. Seitdem beschäftigen uns vielfältige, oft kombinierte 3D-Messtechnologien und Software- Entwicklungen – insbesondere das Laserscannen und die Photogrammetrie und deren oft fusionierte Daten-Prozessierung vor allem in unseren Spezialgebieten im Bereich Denkmalpflege, Archäologie & Restaurierungswissenschaften.

Wir sind mit aktuellen terrestrischen und luftgestützten industriellen 3D-Laserscanning- & Photogrammetrie-Lösungen ausgestattet.
Die 3D-Technik entwickelt sich natürlich ständig weiter – sie wird z.B. immer leichter, mobiler, leistungsfähiger und akzeptierter – und so muss man hier zum Teil mit großen finanziellen Anstrengungen versuchen, am Ball zu bleiben.
Für mich persönlich als passioniertem Gleitschirmflieger und Ultraleicht-Pilot war besonders die Gründung der ArcTron – Airborne Sensing GmbH im Jahre 2009 ein weiterer wichtiger Meilenstein. Hier arbeiten wir besonders mit Airborne Laserscanning- Technologien und der luftgestützten Photogrammetrie aus dem motorisiertem Gleitschirm-Trike oder auch mit entsprechenden kameratragenden Flugrobotern (UAVs). In archäologischen Forschungsprojekten der letzten Jahre konnten wir auch spannende Erfahrungen mit weiteren Sensoren wie IR-Thermalkameras und Multi- bzw. Hyperspektralsensoren sammeln.
Durch das Airborne Laserscanning lässt sich bekanntlich die Vegetation filtern, also der Wald „virtuell fällen“. Für die Archäologie hat und hatte das einen dramatischen Erkenntnisgewinn über die im Wald verborgenen Bodendenkmäler zur Folge!
Die wohl größte „Revolution“ in der 3D-Datenerfassung ist aber in den letzten ca. 10 Jahren mit der „Renaissance“ der Photogrammetrie entstanden. Mit sich überlappenden Bildserien aus unterschiedlichen Blickwickeln ist es im sogenannten SFM (Structure from Motion)–Verfahren heute möglich, faszinierend genaue und realistische 3D-Modelle zu erzeugen.
Diese verschiedenen 3D-Datenerfassungsmethoden effektiv zu fusionieren, ist im Moment einer der spannendsten Aspekte unserer Arbeit.

Über lange Zeit waren nahezu 100% unserer Aufträge ausschließlich in den Bereichen Forschung, Denkmalpflege, Archäologie und einschlägige Museen angesiedelt – also zumeist bei staatlichen, öffentlichen und kommunalen Auftraggebern. Hier haben wir in den letzten ca. 20 Jahren weltweit, aber natürlich mit Schwerpunkten im deutschsprachigen Raum insgesamt ca. 1.200 Projekte realisiert. Mehr als 40 Projekte konnten wir in UNESCO-Welterbestätten realisieren.
Leider ist die finanzielle Ausstattung in der Archäologie & Denkmalpflege aber oft kritisch. „Hightech“-Projekte sind deshalb vergleichsweise selten und oft unterfinanziert.
Wir bemühen uns deshalb in den letzten Jahren zunehmend, unsere Leistungen auch auf komplexe industrielle Aufgabenstellungen, auf forensische Dokumentationen z.B. in der Versicherungswirtschaft und auf den Medien-Bereich auszudehnen.

3D-Scanning-Technologien sind „Basis“-Dokumentationstechniken, die sich in den nächsten Jahren hoffentlich ohnehin als Standard-Dokumentationstechnologien in der Archäologie durchsetzen werden und durchsetzen müssen. Sie sind deshalb meines Erachtens eine generell unverzichtbare Grundlage für alle weiteren Arbeiten!
Sie eignen sich überall dort, wo messtechnisch präzise und ggf. photorealistisch aufzunehmende dreidimensionale Befunde wie Baubefunde, Mauern, Öfen, Skelette, Scherbenpflaster etc. dokumentiert und visualisiert werden müssen. Insbesondere bei dreidimensionaler, schichtbezogener Ausgrabungstechnik – also der sogenannten stratigraphischen Grabung – kommt man m.E. an einer entsprechenden 3D-Dokumentation gar nicht mehr vorbei.
Lediglich bei einer sogenannten Planums-Grabung, in der in mehreren ebenen Flächen z.B. Gräben, Pfostenlöcher und Gruben zu dokumentieren sind, mag es reichen, nur die Konturen ev. gekoppelt mit z.B. luftgestützter Photogrammetrie zu dokumentieren.
Generell wissen wir alle, dass mit der Ausgrabung der archäologische Befund unwiderruflich zerstört wird. Die Notwendigkeit einer systematischen 3D-Bestandsaufnahme und Archivierung unterstreicht in den letzten Jahren auch eine andere traurige Aktualität: die massive Zerstörung von archäologischen Welterbestätten etwa in Syrien. Aber auch Naturkatastrophen, urbane Zersiedlung, der massive Flächenverbrauch und verschiedenste Umwelteinflüsse führen dazu, dass wir das kulturelle Erbe schneller verlieren, als wir es physisch erhalten können.
Je genauer und sorgfältiger hier für die Nachwelt, insbesondere für die ja oft Jahre oder Jahrzehnte später erst beginnende wissenschaftliche Auswertung dokumentiert wird, umso besser!

Die Dokumentation von Kleinfunden erfolgt üblicherweise mit optischen Triangulationsscannern, die im 1/10-mm Bereich oder noch genauer präzise messen. Auch hier hat sich in den letzten Jahren viel getan und es kommen zunehmend mobile handgeführte Systeme zum Einsatz, die auch mit unterschiedlichsten Lichtbedingungen klar kommen und neben der Geometrie auch die Oberflächentexturen genau dokumentieren. Farbkalibration, Reflektionseigenschaften der Oberflächen etc. sind weitere spannende aktuelle Fragestellungen bei der digitalen Dokumentation.
Die Fragilität solcher Funde lässt sich mit diesen Technologien überwachen. Klimatische Bedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc. beeinflussen den Zustand dieser Funde. Der Vergleich von Ist-daten und nominellen Soll-Daten mittels der 3D-Dokumentation kann auf Veränderungen, Verformungen oder auch Stabilisierungen solcher Objekte hinweisen. Auch für die Zustandsbeschreibung vor und nach Versand von hochwertigen Ausstellungsexponaten ergibt sich eine gerichtsfeste Beweissicherung für die ja oft mit Höchstsummen versicherten Objekte.
Ein weiteres Verfahren, wo die Objekte aber zur Maschine kommen müssen, ist bekanntlich die 3D-Röntgen-Computertomographie, die die Objekte komplett durchleuchtet und auf diese Weise das Innere aber auch unterschiedliche Materialien sichtbar machen kann. So gewinnen wir wichtige Hinweise auf spezifische Künstler, auf Restaurierungen oder gar auf Fälschungen.
All diesen Verfahren ist es gemeinsam, dass als Ergebnis hochgenaue digitale Datensätze entstehen, die sich natürlich leicht online versenden lassen und somit auf den Computern von Wissenschaftlern oder Interessenten überall auf der Welt studiert werden können. Mit den neuen WebGL-Technologien können zunehmend 3D-Datensätze auch direkt im Internet „bereist“ werden.
Die Arbeit mit dem Original kann das – zumindest emotional – sicher nur ansatzweise ersetzen. Viele grundsätzliche Fragen lassen sich aber sicher auch zunächst auf Basis des digitalen Datensatzes beantworten.

Die einschlägigen Museen sind ein wichtiges Aushängeschild der geleisteten archäologischen und denkmalpflegerischen Arbeit. Umso mehr müssen Besucher animiert, fasziniert, begeistert und interaktiv einbezogen werden. Dies gelingt m.E. am besten mit einem ausgewogenen Mix von ansprechendem Ausstellungsdesign, wissenschaftlicher Information, traditionellen Vermittlungskonzepten und der Einbindung moderner und neuester Technologien.
Neben der generellen 2D- und 3D-Medienproduktion mit Visualisierungen, Animationen und filmischen Dokumentationen für das Museumskino designen und entwickeln wir selbst aus unseren 3D-Daten diverse interaktive Museumexponate.
Stichworte sind hier hochdetaillierte 3D-Drucke als Alternative zum klassischen Modellbau oder auch überdimensionale CNC-gefräste 3D-Puzzles. Auch hinsichtlich der Inklusion, z.B. dem Einbezug Blinder und Sehbehinderter, ergeben sich z.B. mit dem „HighResolution 3D-Printing“ neue Möglichkeiten, die Informationen zielgerichtet aufzubereiten. Im flachen Relief gedruckte Pläne und Grafiken sind outdoor-geeignet, in Offset-Qualität farbig gestaltet, extrem hoch im Mikrometer-Bereich aufgelöst und abriebfest und somit tast- und fühlbar. Gerade letzterer Punkt bedingt etwa bei Gemälden eine Art Paradigmenwechsel. So konnten wir etwa einen hochgenau gescannten August Macke in Farbe und mit den intentionellen 3D-Farbstrichen des Künstlers 1:1 reproduzieren. Das Berühren dieses Gemälde-Replikats ist nun ausdrücklich erwünscht.
Des Weiteren arbeiten wir an interaktiv bedienbaren, beamergestützten 3D-Projektionen auf reale oder 3D-gedruckte Objekte, die z.B. die Darstellung dynamischer und belebter Landschaftsmodelle erlauben. Auch lässt sich durch eine entsprechende Projektion z.B. die ehemalige Farbigkeit römischer Grabdenkmäler visualisieren. Die wissenschaftlichen Sicherund Unsicherheiten bei diesen Rekonstruktionen und Visualisierungen sollten natürlich immer eigens thematisiert sein.
VR (Virtual Reality)-Headsets erlauben das konkrete Erleben der 3D-gescannten „Realität“ ggf. kombiniert mit weiteren textlichen, bildlichen, animierten oder akustischen Erläuterungen und ziehen aktuell in die ersten Museums- & Ausstellungskonzepte ein. Das immersive Erlebnis nimmt den Besucher voll und ganz gefangen. Die VR-Brillen erlauben interaktive Flüge über und virtuelle Besuche in der z.B. von uns komplett innen und außen digital dokumentierten und in den verschiedenen Phasen rekonstruierten Burg Vianden (Luxemburg). Weitere Inhalte werden mit interaktiven und spielerischen Aufgabestellungen im Sinne von wissensvermittelnden, didaktisch ausgearbeiteten „Serious Games“ vermittelt. Komplette „virtuelle Museen“ erlauben ganz neue Herangehensweisen, in denen der Besucher selber auf neuartige Weise mit den virtuellen Exponaten interagiert und deren Funktionen ergründet. Mittels APPs und der integrierten Augmented Reality (AR) können beispielsweise vorhandene Karten, 2D- und 3D-Objekte mit weiteren Text-, Grafik, 3D- und Audio-Informationen überlagert werden. Hierfür wird die mit Echtzeitbild aktivierte Kamera des – im besten Fall eigenen – Smartphones oder Tablets (Stichwort: „bring your own device“) genutzt. So lässt sich etwa das Echtzeitbild des Exponats eines fragmentierten Helmes mit der Rekonstruktion desselben in seiner ehemaligen Vollständigkeit und Pracht überlagern. Auch maßstäblich verkleinerte 3D-gedruckte Modelle z.B. eines Ausgrabungsbefundes, können mit Informationen und der 3D-Rekonstruktion des Gebäudes überlagert werden. Durch die Interaktion und Nutzung der APP im eigenen Smartphone entsteht eine andere Bindung und Identifikation für den Besucher und außerdem die Option, Inhalte zu Hause später noch weiter zu vertiefen und das Erlebte in den sozialen Medien zu „teilen“.

Für mich persönlich und emotional ist das Original immer das Original und durch nichts zu ersetzen – hier gibt es keine digitalen Kompromisse.
Jedoch kann eine digitale und virtuelle Reise zum Objekt, viele ansonsten vielleicht nicht leicht lösbare Fragestellungen vorab vorbereiten und klären. Bereits durch virtuelle Touren über räumliche Zusammenhänge und Hintergründe informiert vor Ort anzukommen und zu einem guten Teil bereits zu wissen, was einen erwartet, hat für mich einen ganz eigenen Reiz!

Selbstverständlich sind und werden diese Techniken auch in industriellen Umgebungen eingesetzt. Die Digitalisierung und BigData-Forschung ist ja hier in vieler Hinsicht schon weiter. In der digitalen Fabrik werden viele Prozesse zunächst digital simuliert.
Über VR und AR -Anwendungen etwa in den entsprechenden Brillen werden Maschinenschulungen und Wartungsaufgaben betreut und realisiert.
Unsere Spezialität ist vor allem die präzise und photorealistische Vermessung und Visualisierung von 3D-Objekten mit hoher messtechnischer Genauigkeit und deren weitere Verarbeitung bis hin zu echtzeitfähigen Modellen für Simulationsumgebungen.
Insofern wurde genau diese Spezialisierung auch einige Male in der Industrie benötigt. So konnten wir etwa für BMW ein hochgenaues 3D-Modell eines größeren Landschafts- und Straßenbereichs mit angrenzenden Gebäuden vermessen und visualisieren. Die Daten werden im Rahmen der weiteren Entwicklung des autonomen Fahrens für aktuelle Tests der in den neuen Autos integrierten Laserscanner, Radarsensoren und Kameras genutzt. Das umfangreiche 3D-Modell wurde anschließend in die konzerneigene Simulationsumgebung als „Ground-Truth-Dataset“ integriert.
Auch für die Versicherungswirtschaft konnten wir mit unserer Expertise tätig werden. So haben wir etwa in der forensischen Beweissicherung und 3D-Dokumentation von geborstenen bzw. explodierten Walzen und Industrie-Zylindern mit der Allianz zusammen gearbeitet. Hier kam uns besonders unsere Erfahrung beim „3D-Puzzlen“ zu gute. In der Archäologie sind ja oft Objekte aus vielen Teilen zusammenzusetzen. Eine ähnliche Aufgabenstellung war das Zusammensetzen der einzelnen geborstenen Walzen- und Zylinder-Fragmente, um den beteiligten Materialwissenschaftlern weitere Rückschlüsse auf den Schadenshergang und das eigentliche Schadensereignis zu ermöglichen.

Es gab über die letzten 25 Jahre immer wieder hochinteressante Projekte!
Auch wenn man natürlich immer um Aufträge und Projekte „kämpfen“ muss, möchte ich sagen, dass ich mich außerordentlich freue, dass wir eine so offene und generell kulturell interessierte und engagierte Gesellschaft haben, die es erlaubt, auch mit einem privatwirtschaftlichen Schwerpunkt im Bereich Archäologie & Denkmalpflege ein Auskommen für unsere Mitarbeiter, mich selbst und unsere Familien zu schaffen!
Highlights waren aber ohne Frage immer die Reisen in entfernte Länder, so etwa die Airborne- Laserscanning-Vermessung in Karabalgassun im Orchon-Tal in der zentralen Mongolei, wo wir für das Deutsche Archäologische Institut (DAI) auf über 40 qkm eine komplett unüberbaute, vergessene Stadt in der Steppe dokumentieren konnten.
Auch die Peru-Reise nach Chavín und ins Casma-Tal für das Rietberg-Museum Zürich und die anschließende Grafik-, Film- und Exponatserstellung für die internationale Ausstellung war eine großartige Erfahrung.
In China konnten wir in Xian einige neu gefundene Terrakotta-Krieger für pigmentgerechte Farbrekonstruktionen aufnehmen und die berühmte Terrakotta-Armee persönlich in Augenschein nehmen.
In der Sichuan-Provinz schließlich haben wir eine monumentale 7m hohe Buddha-Statue in Kombination aus Laserscanning, Streifenlichtscanning & Photogrammetrie dokumentiert. Viele dieser Streifenlichtscans fanden in der Nacht statt, von Fledermäusen umschwirrt, die die von den Strahlern angelockten Motten verspeisten – ein besonders Erlebnis!

Eines unserer spannendsten Projekte ist vielleicht die Burg Vianden in Luxemburg. Im Auftrag der dortigen staatlichen Denkmalpflege (SSMN) arbeiten wir seit 12 Jahren hier immer wieder an der 3D-Dokumentation, Visualisierung und Rekonstruktion dieser faszinierenden Burg. Hier konnte die gesamte 3D-Prozesskette bis hin zu den musealen Exponaten mit Modellbau, Animationen, und Kinofilm realisiert werden. Das entsprechende Besucher- Informationszentrum wurde Ende 2017 eröffnet – eine Reise nach Vianden kann ich nur wärmstens empfehlen!
In Sachen Forschung dürfen wir momentan zum wiederholten Mal mit Prof. Bernd Fröhlich und seinem Team von der „Virtual Reality and Visualization Research Group“ an der Bauhaus Universität Weimar in einem Forschungsprojekt zusammenarbeiten. Diesmal geht es um Forschungsarbeiten, ob und wie die die konkrete Qualität von 3D-Daten nach ihrer Erhebung mit unterschiedlichen Sensoren, aber auch im Rahmen der komplexen Weiterprozessierung und Datenfusionsprozesse, analysiert, beschrieben und z.B. in 3D-Qualitätskartierungen visualisiert werden kann. Das Virtual Reality Lab in Weimar und die kooperative Arbeit in dieser virtuellen 3D-Umgebung sind für uns immer wieder ein bißchen „Science Fiction“ und eine besondere Erfahrung.

Bei der Dokumentation archäologischer Ausgrabungen gehe ich von einer schnell zunehmenden multisensorischen Digitalisierung und Robotisierung aus. So werden autonome oder ggf. von Wissenschaftlern noch gezielt programmierte fliegende und terrestrisch operierende Multisensor-Robotiksysteme eine möglichst umfassende Dokumentation der Grabung ermöglichen. Die 3D-Dokumentation mit Rückschlüssen auf die konkreten Materialeigenschaften, mit kolorkalibrierten Texturen und mit der Erfassung der spezifischen Reflektionseigenschaften wird hier nur noch ein kleiner Baustein sein. Mobile geophysikalische sowie hyper- und multispektrale Sensoren, bodenkundliche und naturwissenschaftliche Physik- und Chemie-Laboratorien etc. werden hinzukommen.
Für die Ausgrabung selbst, für die sachgerechte Befundanalyse und die Grabung und Freilegung von Befunden ind vor allem deren Interptretation werden aber noch lange Archäologen zuständig bleiben.

Bei der Auswertung darf man zukünftig von erheblicher gesteigerter Computerunterstützung ausgehen. Über umfangreiche Bibliotheken und Vergleiche werden vom Computer gleich Datierungsvorschläge etc. gemacht werden. Das Maschinelle Lernen („Machine-Learning“) und die KI (Künstliche Intelligenz) wird zunehmend in der Archäologie Einzug halten. Typologische Objekteinordnungen, Befundvergleiche, 3D-Puzzle-Aufgaben etc. werden computergestützt einfacher, umfangreicher, sachgerechter und effizienter durchgeführt.
Im Internet werden weitgehend automatisiert über frei zugängliche Datenbanken umfassende, Analysen und Studien möglich sein.
Für standardisierte Architektur, etwa die gesamte typische römische Militärbebauung, aber auch viele vorgeschichtliche und mittelalterliche Bauten kann ich mir eine weitgehend automatisierte virtuelle Rekonstruktion – ggf. auch gleich in verschiedenen Wahrscheinlichkeitsvarianten – vorstellen. Vieles davon wird sich in der virtuellen Realität abspielen, in der die archäologische Stätte oder der jeweilige Fund weltweit von den Fachleuten aber auch vom interessierten Publikum besucht werden kann.
Für die Besucher archäologischer Freilichtparks und Museen wird mit der Augmented Reality eine neue digitale „Führungs“-Vision wahr werden, in der man sich dort wo man möchte frei einstellbar, altersgerecht und spielerisch oder vertieft mit den augmentierten Inhalten beschäftigen kann.
Vieles andere ist denkbar – es würde zu weit führen, sich hier weiter den Phantasien eines „digitalen“ Archäologen hinzugeben!