Anwendungsbeispiel: 3D Scannen

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1 Anwendungsbeispiel: 3D Scannen Medizin: 3D-Farb-Digitalisierung eines anatomischen Torsomodells mit herausnehmbaren Organen Messsysteme: ATOS, TRITOP Keywords: Reproduktion von Modellen, digital-mock up Das Fallbeispiel zeigt die vollständige Digitalisierung eines Torsomodells und seiner herausnehmbaren Organe in einem gemeinsamen Koordinatensystem. Dazu wird der ATOS-Sensor in Kombination mit dem Photogrammetriepaket TRITOP eingesetzt. Das Ziel der Digitalisierung ist die Bereitstellung von Daten zur Reproduktion des Objekts. GOM mbh Mittelweg Braunschweig Deutschland Phone Fax info@gom.com GOM International AG Bremgarterstrasse 89B 8967 Widen Schweiz Phone Fax international@gom.com GOM France SAS 10 Quai de la Borde - Bât A Ris Orangis Frankreich Phone Fax info-france@gom.com GOM UK Ltd Business Innovation Centre Coventry, CV3 2TX Großbritannien Phone Fax info-uk@gom.com GOM Branch Benelux Interleuvenlaan 15 E 3001 Leuven Belgien Phone Fax info-benelux@gom.com Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de)

2 3D Scannen / Medizin 3D-Farb-Digitalisierung eines anatomischen Torsomodells mit herausnehmbaren Organen Messsysteme: ATOS, TRITOP Keywords: Reproduktion von Modellen, digital-mock up Das Fallbeispiel zeigt die vollständige Digitalisierung eines Torsomodells und seiner herausnehmbaren Organe in einem gemeinsamen Koordinatensystem. Dazu wird der ATOS-Sensor in Kombination mit dem Photogrammetriepaket TRITOP eingesetzt (ATOS XL). Das Ziel der Digitalisierung ist die Bereitstellung von Daten zur Reproduktion des Objekts. Zunächst werden kleine Punktmarken auf den Torso aufgeklebt und deren 3D-Koordinaten mit Hilfe einer hochauflösenden Photogrammetrie-Kamera sowie der TRITOP-Software eingemessen. Anschließend werden alle Organe in den Torso eingesetzt und mit jeweils drei optisch zugänglichen Punktmarken versehen. Durch eine weitere photogrammetrische Messung können die Raumlagen dieser Referenzpunkte in Bezug zu den schon eingemessenen Marken auf dem Torso gebracht werden. Auf diese Weise erfolgen alle nachfolgenden Messungen in einem gemeinsamen Koordinatensystem. Abb.1 und 2: Torsomodell ohne und mit Organen Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de)

3 Die Organe werden wieder entnommen und einzeln mit Hilfe von ATOS digitalisiert. Zur Vermessung kleinerer Teile, die vollständig in das Messvolumen des ATOS- Sensors passen, eignet sich folgende Methode: Die Teile werden jeweils auf einer mit Referenzpunkten beklebten Platte fixiert. Auf das zu vermessende Objekt selbst müssen in diesem Fall keine weiteren Marken aufgebracht werden. Das Messobjekt wird in unterschiedliche Winkelstellungen zum Sensor gebracht und die aus den unterschiedlichen Blickrichtungen registrierten Punktewolken werden über die Referenzpunkte auf der Platte vollautomatisch ineinander transformiert. Auf diese Weise lassen sich selbst zerklüftete Teile vollständig und rundum digitalisieren. Abb.3: Digitalisierter Lungenflügel (schattiert) Der Torso selbst wird digitalisiert, indem der ATOS-Messkopf, schwenkbar auf einem Stativ gehalten, schrittweise über alle zu vermessenden Bereiche geführt wird. Die Transformation der hochaufgelösten Punktewolken der Einzelmessungen in das Objekt-Koordinatensystem erfolgt dabei vollautomatisch über die auf dem Torso aufgeklebten Punkte. Diese Strategie findet bei der Vermessung größerer Teile Anwendung. In allen Fällen hat der Benutzer während des Messvorganges volle Übersicht über die schon vermessenen bzw. noch nicht vermessenen Teile. Mit der ATOS-Software lassen sich die gewonnenen Daten ins STL-Format exportieren. Durch krümmungsabhängiges Ausdünnen kann dabei die Datenmenge zum Teil deutlich reduziert werden. Die erzeugten Dreiecksnetze bilden dann z.b. die Datenbasis für die Berechnung der Fräsbahnen zur Herstellung einer Werkzeugform. Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de)

4 Abb.4: Digitalisierter Torso (schattiert) Abb.5: Digitalisierter Torso mit Organen (schattiert) Da für die oben beschriebene Digitalisierung schwarz/weiß CCD-Kameras benutzt wurden, ist die Farbe in Abb. 5 künstlich hinzugefügt und dient nur zur Veranschaulichung der einzelnen Teile. Um das digitalisierte Objekt in seiner realen Farbe darstellen zu können (Abb. 6), muss das Messobjekt in einem Raum unter guten Lichtbedingungen aufgestellt sein. Zur Photogrammetriemessung wird dann eine digitale Farbkamera benutzt. Die ATOS-Messung wird wie gewohnt durchgeführt und im Anschluss die während der Photogrammetriemessung gesammelte Farbinformation auf die Digitalisierungsdaten projiziert. Mit dieser Methode beziehen sich sowohl die Farb- wie auch die Digitalisierungsdaten auf das reale Messobjekt. Abb.6: Digitalisierter Torso mit eigener Farbe (flat shaded) Abb.7: Detailansicht der Lunge, dargestellt als farbiges Polygonnetz Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de)

5 Durch die Farbinformation können Details dieses Lungen-Modells sehr anschaulich dargestellt werden. Dank der verwendeten Technik, bei der sowohl Form als auch Farbe bei optimalen Bedingungen aufgenommen werden, entstehen qualitativ hochwertige farbige Polygonnetze. Torso mit freundlicher Genehmigung von 3B Scientific. Copyright 2008 GOM mbh All rights reserved! Rev. A (de)