Historische 3D-Rekonstruktion...
auf Basis von Messdaten, für die Virtual Reality Museums-Anwendung

VR-Anwendung Georgenburg

  • Auftraggeber
  • Festung Königstein gGmbH
  • Inhalt
  • 3D-Vermessung, historische 3D-Rekonstruktion, Programmierung von VR-Anwendung

Historische 3D-Rekonstruktion der Georgenburg auf Basis von 3D-Messdaten zur Erstellung einer VR-Anwendung

Im Jahr 2018 durfte das Team der ArcTron 3D GmbH erneut ein sehr spannendes Projekt für die Festung Königstein gGmbH durchführen. Dabei war die Aufgabenstellung wie folgt zu realisieren

• 3D-Rekonstruktion der Georgenburg im Zustand von 1630
• Realisierung der Lebensszene „Kurfürst Johann Georg I. besucht den Königstein“
• Multimediale Präsentation der Inhalte als VR-Anwendung, Film und Teaser

Als Basis für eine umfassende Rekonstruktion der Georgenburg erfassten die Vermessungsingenieure der ArcTron 3D GmbH das Objekt zunächst per Laserscan. Diese Vermessung legte nicht nur den Grundstein für die digitale Geometrie sondern auch das Fundament für die Grundrissrekonstruktion der Innenräume im Zustand des Jahres 1630.

Um später auch die Innenbereiche der Georgenburg mit bestmöglicher Genauigkeit rekonstruieren zu können, wurden nicht nur das Gebäude sondern auch zahlreiche historische Einbauten umfassend erfasst und dokumentiert. Dazu gehörten zum Beispiel unter anderem ein Kaminsims aus dem 17. Jahrhundert, erhaltene und fragmentierte Füllungsbretter der Holzdecke, Tür- und Fensterportale u. v. m..

Neben der Erfassung des heutigen Zustands stand die Abstimmung mit Fachexperten im Vordergrund unserer Rekonstruktion. Wissenschaftler*innen der Festung Königstein, Bauforscher*innen und Restaurator*innen unterstützten die fachlich und wissenschaftlich korrekte Rekonstruktion aller benötigten Gebäude- und Raumelemente.

Zu den Projektaufgaben gehörte es ebenfalls, dass die Deckenbemalungen nach den detailgenauen Vorgaben der Restauratorin rekonstruiert und entsprechend korrekt platziert werden.
Die Grafiker der ArcTron 3D GmbH erstellten insgesamt 11 historisch korrekt rekonstruierte Füllungsbretter, sowie mehrere Deckenbalken- und Querriegelbemalungen.

Originales Füllungsbrett der Decke und digitale Rekonstruktion
Originales Füllungsbrett der Decke und digitale Rekonstruktion

Aufgrund der zahlreichen geometrischen Unterschiede im Ex- & Interieur der Georgenburg, im Vergleich des heutigen Zustands mit dem des Jahres 1630, wurden für die historisch exakte Rekonstruktion die zentralen Designelemente definiert und die Objektvarianten festgelegt.

Geometrische Rekonstruktionen wurden detailliert umgesetzt.  Um z.B. bei Fenster und Türen deren historischen Originalen besonders nahe zu kommen, wurde eine Mischung aus geometrischen Details und Texturen verwendet, die mit modernen Techniken physikalisch korrekt beleuchtet und strukturiert wurden.

Unterschiedliche Entwürfe für die verschiedenen Türgewände und Fensterrekonstruktionen
Unterschiedliche Entwürfe für die verschiedenen Türgewände und Fensterrekonstruktionen

Gewusst wie...

Animationsarbeiten am Computer

Für das technisch noch relativ neue, hinsichtlich einer physikalisch korrekten Oberflächendarstellung hochrealistische „Physical Based Rendering“ (PBR) werden mehrere Texturen innerhalb eines Materials (z. B. Sandstein) notwendig. Diese Methode sorgt dafür, dass eine Oberfläche nicht mehr Licht abstrahlen kann als sie aufnehmen kann. Insgesamt wurden für die gesamte Rekonstruktion 548 Texturen und 316 Materialien erstellt.

Im Unterschied zum klassischen Rendern in 3D-Konstruktionsprogrammen wird bei dieser Art von Visualisierungen zwischen den rein konstruktiven Arbeitsschritten und denen, die in der Echtzeitumgebung durchgeführt werden, unterschieden. Bei solchen Projekten erzeugen wir in den 3D-Konstruktionsprogrammen lediglich die Geometrien, die später mithilfe ihrer Koordinaten in der Echtzeitumgebung zusammengesetzt werden.

Nach dem Design und der Rekonstruktion sind die Animationen aller Figuren zu erarbeiten. Zunächst benötigen die Figuren ein digitales Skelett. Dann werden die Animationen per Motion Capturing (Bewegungsaufnahme) aufgenommen. Dies geschieht bei der ArcTron 3D in einem leeren Raum, der jeweils individuell mit Requisiten ausgestattet wird.

Bewebungsabläufe aufnehmen mittel MoCap.

Die Figuren werden aufgrund der besonders komplexen Rekonstruktion zunächst in Produktionssegmente untergliedert. Wie reichhaltig eine „Definition“ jeder Figur ausfällt, wurde von der Festung Königstein vorab in einem Plot mit grober Rahmenhandlung festgelegt.

Nach Abschluss der Bewegungsaufnahmen, werden diese geprüft und können anschließend auf das digitale Computermodell übertragen werden. Das Bild oben rechts zeigt den Einflussbereich des Ellenbogens (weiß) auf den Arm am Beispiel des Kurfürsten.

Anschließend werden die Bewegungsaufnahmen feinjustiert und das Modell mit lokalen Animationsbereichen (Blendshapes) erweitert. Dieses Vorgehen erlaubt das einfache Hinzufügen individueller Feinheiten, wie z. B. spezielle Mund- und Augenbewegungen. Abschließend wird noch das externe Beiwerk abgestimmt, sodass sich z. B. getragene Ausrüstungsgegenstände realistisch verhalten.

Da jeder Arbeitsgang in enger Zusammenarbeit mit den Fachexperten der Festung Königstein abgestimmt wurde, sorgten stetige Freigaben von Produktionssegmenten und –modulen dafür, dass spätere Korrekturwünsche nicht zu Problemen wurden. Das ist ein wichtiger Punkt, da nach dem Setup aller Kern-Elemente in der Echtzeitumgebung die Programmierung von Zusatzinhalten durchgeführt wird.

Mit VR-Brille eintauchen in das Jahr 1630

Mit der Fertigstellung der Auftragsinhalte konnte ein beeindruckender Film, Teaser und VR-Anwendung präsentiert werden. Die öffentliche Eröffnung des Projektes für das Publikum auf der Festung Königstein erfolgte während des spektakulären Renaissancefestes am 27. Juli 2019.

https://blog.festung‐koenigstein.de/mit‐3d‐brille‐durch‐dierenaissancezeitliche‐georgenburg/