Universität Heidelberg

Visualisierung und
Numerische Geometrie Gruppe

 

ILATO - Improving Limited Angle computed Tomography by Optical data integration

Alu sample

Aus einer endlichen Anzahl von Röntgenstrahlen, deren Intensität nach Durchlaufen eines Objekts aufgezeichnet werden, repräsentieren Sinogramme die Abschwächung durch das Versuchsobjekt. Die 3D-Information wird wird über eine Reihe solcher 2D-Projektionen rekonstruiert, die meist auf einer kreisförmigen Trajektorie liegen. Limited angle computed tomography ist immer dann angezeigt, wenn die Abmessungen des Versuchsobjekts die Begrenzungen des Kegelstrahls (Cone Beam) überschreiten oder das Objekt aus bestimmten Richtungen zu massiv ist, um durchdrungen werden zu können. Da die Messung nur eines Teils der Vollkreis-Trajektorie Probleme bei der Rekonstruktion aufgrund fehlender Daten erzeugt, entstehen verschwommene Kanten und andere Artefakte. Ein Oberflächengitter des Objekts, das mit einem optischen Scan erfasst wird, ist nicht durch die Winkel des CT-Geräts begrenzt, kann aber die inneren Strukturen nicht auflösen. Im Projekt wird das Registrieren der optisch erfassten Oberflächen mit den Tomogrammdaten mit dem Ziel einer Verbesserung der Bildqualität und einer verkürzten Aufnahmedauer angestrebt (Projektseite).


Angkor entdecken

Abguss des Facetower in Angkor Unsere Aktivitäten an verschiedenen Orten in Kambodscha wurden im Frühjahr 2013 von einem ARTE-Kamerateam begleitet. In Zusammenarbeit mit dem französischen Archäologen Eric Bourdonneau (EFEO) und unserem Projektleiter vor Ort, Pheakdey Nguonphan (IWR/RUPP) wurden die einzelnen Bruchstücke einer ca. 6 m hohen Śiva-Statue aus Koh Ker ausgewählt und dreidimensional eingescannt. Die einzelnen Puzzleteile befinden sich im Tempel sowie in den verschiedenen Museen in Phnom Penh, Siem Reap (Kambodscha) und in Paris (Frankreich). Anhand der gründlichen Untersuchung des Königstempels von Koh Ker lieferte Eric Bourdonneau Nachweise dafür, dass diese großen Tempel Bestattungsfunktion hatten: Sie dienten König und Untertanen als Pforte ins Jenseits. Für die Rekonstruktionen lieferten wir die 3D-Aufnahmen als hochauflösende Streifenlichtscans und mittels photogrammetrischer Rekonstruktionen der realen Objekte. Anschließend wurde das Innere der verschiedenen Kapellen des Tempels, deren sämtliche Statuen schon vor langer Zeit Kunsträubern zum Opfer gefallen sind, in Paris im Auftrag von Iliade Productions (Frédéric Wilner) als Animation aufbereitet. Hier der Link zur ARTE-Dokumentation (86 min) über die Tempel in Kambodscha mit der Premiere am Sa, 5.10.2013, 20h15 (Wiederholung So, 6.10., 14h20) und der Link zur Ausstellung im Musée Guimet, Paris (16.10.2013 - 13.01.2014)

Das Puzzle der zerbrochenen Śiva-Statue von Koh Ker hat seine eigene Projektseite.



3D-Scannen mittelalterlicher Inschriften auf dem Jüdischen Friedhof "Heiliger Sand", Worms

Stein No. 1061 Ein 3D-Nahbereichscanner wird zum Erkennen von Inschriften mittelalterlicher Grabsteine auf dem Jüdischen Friedhof "Heiliger Sand" in Worms eingesetzt. Dabei geht es um die Erfassung des heutigen Zustands vor dem weiteren witterungsbedingten Verfall der Sandsteinoberfläche. Anschließend werden die digital erfassten Oberflächen dahingehend analysiert, ob sich weitere Schriftzeichen erkennen lassen, die durch Schräglichtfotographie nicht zu sehen sind. Erste Ergebnisse der 3d Auswertung finden sich auf der Projektseite.


Wissenschaftliches Rechnen auf Daten aus Mittel- und Nahbereichscanns

Keilschrifttafel in Falschfarben Mittel- und Nahbereichscanner werden zur Gelände- und Detailerfassung immer beliebter. Daraus resultieren extrem große Datensätze (vermaschter) Punktwolken. Wir kombinieren Methoden des Wissenschaftlichen Rechnens mit den Anforderungen des Kulturerbes, um die interessierenden Informationen aus den Daten zu extrahieren. Automatisches Texturieren von adaptiven Gittern kommt dabei genauso zum Tragen wie geländebasierte Level-of-Detail Gittervereinfachungen. Rekonstruktionen komplexer Gebäude, Topfscherben und zerbrochener Fragmente sollen automatisiert werden, wobei Integralinvarianten auf Multiskalenbasis für ein 3D Puzzel zum Einsatz kommen. Indem wir unser Wissen über Filter und Bildverarbeitung mit 3D Oberflächendaten verbinden, soll auch die Transscription von Inschriften (Epigraphie alter Dokumente) erreicht werden (Assyrische Keilschriften, Griechische Gesetzestexte, Chinesische Sutren).

GPGPU Computing mit Anwendung für medizinische Visualisierungen

engine block Programmierbare Graphikkarten oder General Purpose Graphical Processing Units (GPGPU) beschleunigen die Rechenzeit enorm. Aber nicht jeder Algorithmus kann in gleicher Weise von dieser Architektur profitieren. Unser hauptsächliches Ziel liegt in der Auswertung der Algorithmen hinsichtlich ihrer Parallelisierbarkeit in den Bereichen von Partikelfiltermethoden oder anisotropen nichtlinearen Diffusionsfiltern für medizinische Visualisierungen. Wir haben bereits Erfahrungen mit Volumerendering implementiert mit der Compute Unified Device Architecture (CUDA) und untersuchen zur Zeit die Parallelisierbarkeit in der Strömungsvisualisierung.


Reconstruktion der Geometrie von Objekten

grid of a human lung Die Software NeuRA2 ist eine Toolbox vieler unterschiedlicher Bildverarbeitungswerkzeuge und Operatoren zur Gittererzeugung. Damit können Dreiecksnetze für Oberflächen, Tetraedergitter für Volumina und Skelettierung spezieller Charakteristika aus Einzel- und Stapelbildern erzeugt werden. NeuRA2 wird am G-CSC Frankfurt und am IWR Heidelberg entwickelt. Es wurde bereits erfolgreich in verschiedenen Anwendungsprojekten eingesetzt.




SiGHTSee - Simultaneous Generation in Heidelberg: Text and Scene images

NW_Vogelperspektive des INF In diesem FRONTIER-Projekt in Kooperation mit den Computerlinguisten wollen wir die wechselseitige Spezifikation der beiden Modalitäten Sprache und Bild modellieren, gepaart mit den Gegensätzen, die wir in Bildbeschreibungen ein und desselben Bildes in verschiedenen Sprachen finden. Sprache und Bild können einander unterstützen und eindeutig machen und daher Kommunikation zielgerichteter ermöglichen. Verschiedene Sprachen verbalisieren bildhafte Szenen in unterschiedlicher Weise. Diese beiden Aspekte in kohärenter Weise zu vereinbaren ist schwierig aber wesentlich für das Design natürlich klingender multilingualer Systeme.



Barocke Globen, Restauration und Rekonstruktion

Gottorfer Globus Anisotrope Diffusionsfilterverfahren eignen sich besonders gut, um Schraffuren und Schriften aus Bildern digital herauszuarbeiten. Diese Methode wurde von uns auf das Kartenmaterial des universitätseigenen Vaugondy Globus von 1751 angewendet. In der Folge waren wir an der Rekonstruktion des Gottorfer Riesenglobus beteiligt, für dessen Außenbemalung wir die Vorlage, einen Blaeu-Globus aus dem 17. Jahrhundert, digital aufbereitet haben.



Rekonstruktion und Informationssystem zum Kloster Lorsch

Klostergarten In diesem interdisziplinären Projekt wird ein überprüfbares und historisch wandelbares Rekonstruktionsmodell der UNESCO Welterbestätte Kloster Lorsch erstellt. Verschiedene Hypothesen werden unterschiedlich visualisiert und durch den Nutzer bewertet. Dieser flexible Ansatz soll Wissenschaftler und Laien zur Bildung eigener Interpretationen der Anlage befähigen. Für weitere Informationen besuchen Sie die Homepage des Projekts.



Virtuelle Wolkenberge

Wolkenloser Himmel über Deutschland Tägliche virtuelle 3D Wolkenanimationen aus perspektivischer Sicht auf Europa und Südasien werden als animierte GIFs mit Volumenvisualisierung dargestellt. Dabei sind die Grauwerte der Satellitenbilder in Höheninformation umgesetzt. Die Animationen finden Sie auf der Homepage des Projekts.


Sierpinski-Tetraeder

Sierpinski-Tetraeder Stufe 1 Das Sierpinski-Tetraeder ist ein fraktales Gebilde, das in einer Darstellung aus massiven Metallkugeln mit Raytracingverfahren gerendert wurde. Über die Lichtführung kann man die fraktale Dimension anschaulich erklären. Siehe dazu die Homepage des Projekts.





Angkor Project Group

IWR Gruppe in Angkor Angkor Wat in Kambodscha ist die größte Tempelanlage der Welt. Zunächst wurde die architektonische Rekonstruktion am Computer betrieben. Seit Beginn 2005 gibt es ein Studentenprojekt "Angkor Project Group" mit eigener Homepage. Die erste Exkursion nach Kambodscha fand bereits im April statt. Dabei wurden Kontakte zum Deutschen Entwicklungsdienst und zum World Monument Fund geknüpft. Ein Gegenbesuch Kambodschanischer Studenten ist mithilfe von UNESCO-Stipendien für Oktober/November geplant.

Muqarnas

Detail eines Ilkhanidischen Muqarnas Bereits seit den 90er Jahren beschäftigen wir uns mit islamischer Architektur und Mathematik. Aus dieser Zeit resultiert ein wissenschaftlicher Film "Quabba for al-Kashi", der die verschiedenen Kuppelformen und ihre Konstruktion vorstellt. Außerdem enthält er eine Rekonstruktionen des Observatoriums in Samarkand. Seit Oktober 2002 fördert das BMBF ein Projekt zur mathematischen und informatischen Aufbereitung von Muqarnas-Plänen. Siehe dazu die Homepage.


S. Krömker, 
Letzte Änderung: 12.07.2016
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