Publicatie:Roadmap erfgoeddigitalisatie
| Titel | Roadmap erfgoeddigitalisatie (Voorkeurstitel) |
| Locatie | |
| Uitgever | |
| Jaar van uitgave | 2016 |
| Rechten | CC-BY-SA |
| Persistent ID |
Inleiding
De Roadmap voor erfgoeddigitalisatie is het resultaat van de eerste fase van het project Publicatie:Duiken in de Machine. De Roadmap is een wegwijzer voor de uitvoering van een 3D digitalisatieproces voor (machinaal) erfgoed. Er bestaan verschillende methodes van 3D digitalisatie, maar welke methode de meest efficiënte is hangt af van de informatie die je ter beschikking hebt en van het gewenste eindresultaat.
Informatie verzamelen
Archief
Vooraleer je scholen, bedrijven en vrijwilligers contacteert om de machine in 3D te zetten, is het goed om zelf eerst vast te stellen over welke informatie van de machine je beschikt. Deze informatie kan het digitalisatieproces vergemakkelijken en kan je in het verdere proces heel wat tijd besparen.
Technische Tekeningen
De meest waardevolle documentatie die je kan terugvinden in het archief zijn technische tekeningen, bij voorkeur aangevuld met een samenstellingstekening van de machine. Als je over technische tekeningen beschikt, dan is het tekenen van een computermodel makkelijk.
Andere kennis
Foto’s, krantenartikels, octrooien, principetekeningen, kennis van de machineproducent of iemand die de machine ooit nog bediend heeft kunnen zeer waardevol zijn. Wanneer je hulp bij het digitalisatieproces inroept is het nuttig om te kunnen vermelden over welke kennis je in het archief beschikt.
2D informatie
Afhankelijk van je doelstelling en het type CAD model dat daarvoor gemaakt moet worden, zal je nog veel of weinig kennis moeten verzamelen vanaf de machine zelf. De meest toegankelijke methode daarbij is het maken van schetsen en opmeten van componenten, of eenvoudigweg het digitaal vastleggen van de verschillende aanzichten en componenten met een fototoestel. Mag en kan de machine uit elkaar gehaald worden dan is dit zeker een efficiënte methode om informatie te verzamelen.
Schetsen en meten
Wanneer de verschillende componenten een rol spelen bij de doelstelling, dan doe je er goed aan je te wapenen met meetinstrumenten en een schetsblok. Hierbij kan je overwegen om met een onderwijsinstelling samen te werken. Dit kan een leerrijke opdracht voor scholieren en studenten vormen. Of je kan natuurlijk lekker alles zelf doen…
(Röntgen)foto’s
Foto’s kunnen een aanvulling zijn op het handschetsen en handmeten, aangezien foto’s de machineverhoudingen weergeven. De meeste tekenprogramma’s laten ook toe om 2D beelden in een 3D assenstelsel te plakken. Deze beelden dienen dan als referentie voor het modeleren.
3D informatie
Wanneer je met het verzamelen van informatie nog een stapje verder wilt gaan, dan kan je er de derde dimensie aan toevoegen. 3D scantechnieken laten je toe de machine heel accuraat vast te leggen en op te meten. Afhankelijk van de kwaliteitseisen die je stelt kan dit op een toegankelijke of minder toegankelijke manier gebeuren.
Fotogrammetrie
Een gemakkelijke manier om de buitenkant van een machine in 3D te zetten? Dat is fotogrammetrie. Door rondom rond de machine foto’s te maken en deze in een geschikte, al dan niet gratis, software in te laden wordt je model nagenoeg automatisch opgebouwd. De foto’s worden aan elkaar gelinkt door het detecteren van overlappende beelden. Op basis daarvan zet de software de afgeleide afmetingen om in een puntenwolk mét kleurinformatie.
3D laserscanning
Net zoals bij fotogrammetrie resulteert een 3D laserscan in een puntenwolk. Een 3D laserscanner maakt hiervoor gebruik van een ander principe dan fotogrammetrie. De scanner staat op een vast punt ten opzichte van de machine en laat een laserstraal de gehele omgeving passeren, zo ook de machine. Daarbij registreert de scanner de afstanden die de laserstraal bij elke verplaatsing aflegt. Daardoor weet de scanner waar een virtueel punt in de ruimte te plaatsen.
CT scanning
Een CT scanner werkt dan weer met een röntgenbron en een röntgendetector. De machine, bij voorkeur klein van formaat, wordt op een draaitafel in een met lood beklede cabine geplaatst tussen de bron en de detector. De bron stuurt röntgenstralen door de machine die bij penetratie worden afgezwakt. De detector meet de overgebleven straling en via algoritmes wordt de dichtheid van het materiaal van de machine berekend. De verzamelde informatie wordt opgeslagen in voxels – een soort driedimensionale pixels.
3D model verwerven
CAD model
De afkorting CAD staat voor Computer Aided Drafting, of Design. Het gaat met andere woorden over een tekening of een model dat met behulp van software op de computer gemaakt wordt. Wanneer men over een CAD model spreekt heeft men het in de volksmond eerder over een 3D model dat productietechnisch in orde is. Het is als het ware een virtuele definitie van een echt product. De vlakken en curves die het model vormen zijn wiskundig bepaald en dit meestal door ‘NURBS‘ of Non-Uniform Rational Basis Splines.
Surface modeling
Surface modeling past men vooral toe bij het uittekenen van productbehuizingen. Hoe aantrekkelijker de behuizing, hoe meer succes een product zal hebben. Bij surface modeling wordt gebruik gemaakt van software die de tekenaar toelaat curves in de 3D ruimte te definiëren en deze te verbinden tot complexe vlakken. Wanneer verschillende vlakken een volume omsluiten kan men van een solid (surface) model spreken.
Solid modeling
Solid modeling wordt standaard gebruikt voor het uittekenen van technische componenten. Een solid model is een model dat volledig omsloten wordt door vlakken en daardoor beschouwd wordt als een volume. De volumes worden gecreëerd door een 2D computerschets te extruderen langs of te roteren rond een as. Door nieuwe volumes toe te voegen aan of weg te nemen van een basisvolume bekomt men de gewenste vorm. De software slaat elke bewerking chronologisch op waardoor deze later in het proces nog bijgewerkt of verwijderd kan worden.
Polygonenmodel
In tegenstelling tot curvemodellen zijn polygoonmodellen gesegmenteerd. In het 2D vlak betekent dit dat een cirkel een polygoon, of veelhoek, met bijvoorbeeld 10, 100 of zelfs 2000 hoeken is, maar geen echte cirkel. Het is een cirkel bij benadering. Wanneer zo’n cirkel geëxtrudeerd wordt tot een 3D volume krijg je bij benadering een cilinder met een cilindermantel van 10, 100 of 2000 vierhoekige vlakken. Zowel de polygoonvlakken, -randen en -hoeken kunnen gemanipuleerd worden in de tekensoftware. De software maakt ook gebruik van wiskundige logaritmes die toelaten de hoekige modellen visueel om te zetten in een glad model.
Polygonal modeling
De voornaamste bewerking die toegepast wordt bij polygonal modeling is het manipuleren van de polygonen die een model beschrijven. Men vertrekt dan vanaf een eenvoudig basisvolume of vlak. Doorheen het modeleerproces worden vlakken verder onderverdeeld zodat daar meer detail vormgegeven kan worden. Met deze techniek kunnen makkelijk organische vormen gemaakt worden, maar ze is minder geschikt voor het bouwen van technisch accurate modellen.
Mesh Generating
Er bestaan verschillende programma’s die een puntenwolk nagenoeg automatisch omzetten in een polygonenmodel of mesh. Door gebruik te maken van wiskundige logaritmes berekent de software hoe de punten met elkaar verbonden moeten worden om polygoonvlakjes te vormen. De ontwikkeling van dit type software zit volop in de lift en elk jaar wordt vooruitgang geboekt in de kwaliteit van de meshes die gegenereerd worden. Nadeel is dat het model gewoon de ‘zichtbare schil’ van de machine vormt en dat het dus weinig functioneel is.
Afgeleide resultaten
Technisch resultaat
Als je naar een doelstelling werkt waarbij je zo veel mogelijk informatie en kennis van de machine wilt bewaren, dan kies je het beste voor een technisch resultaat. Gebruikelijke methodes daarvoor kan je terugvinden in een productieomgeving en behoren tot het domein van ‘Mechanical Engineering’. Zowel technische scholen, hogescholen, universiteiten, studiebureaus en productiebedrijven zijn het aanspreekpunt voor de uitvoering van een technische digitalisatie.
Technische tekeningen
De meest wenselijke manier om 2D technische tekeningen van machinecomponenten te maken is door te vertrekken vanaf een 3D model. CAD software heeft de ingebouwde functionaliteit om efficiënt de aanzichten, maataanduidingen en doorsnedes van een 3D model te genereren. Assemblagetekeningen en componenttekeningen vormen een uitstekende ondersteuning voor de restauratie, afbraak en opbouw van een machine. Digitaal of afgedrukt zijn het toegankelijke archiefdocumenten.
Principewerking
Bij een technische principewerking, of bewegings-simulatie, wordt gedefinieerd hoe componenten ten opzichte van elkaar moeten bewegen. Daarbij worden eerst beperkingen, of constraints, aan de componenten toegekend. Wanneer dan één enkele component in beweging gebracht wordt zullen de andere componenten op een correcte manier met een correcte snelheid meebewegen.
Simulatie
Naast de bewegingssimulatie of principewerking kunnen nog andere mechanische simulaties van materiaalvervorming en slijtage gemaakt worden. Voor de simulatie van luchtdruk, luchtweerstand en vloeistof kan je beroep doen op standaard simulatiepakketten. De verwerking van een grondstof zoals vlas of aardappelen vormt een grote uitdaging aangezien vooraf nog veel menselijk meet-, denk- en rekenwerk moet gebeuren.
Fysiek Resultaat
Al dan niet op basis van 3D modellen kunnen maquettes, vervangstukken of replica's geproduceerd worden die het verleden terug tot leven wekken. Het maken van ‘prototypes’ laat je toe om de machine op een andere manier toegankelijk te maken. Een verschaalde machine, een werkende machine, een opengewerkte machine of een combinatie hiervan kunnen nu aan een publiek getoond worden. Of misschien streef je wel naar een bouwpakket voor educatieve doeleinden? Met behulp van prototyping technieken kan je vele kanten uit.
Manueel Prototypen
Wanneer men over prototyping spreekt denk men snel aan 3D printing. Dit lijkt een methode die niet kan falen, maar niets is minder waar. Het manueel fabriceren van een maquette of replica gaat vaak sneller, goedkoper en levert een beter resultaat op. De technieken die gebruikt kunnen worden zijn oneindig en technische opleidingen weten hier wel raad mee.
CNC prototypen
CNC machines worden aangestuurd door een computer en voeren bewerkingen uit in het 2D vlak of de 3D ruimte. Software splitst een 3D model op in verschillende lagen. Voor iedere laag stippelt de software de bewegingen uit die de machine zal uitvoeren. Een CNC machine kan materiaal lasercutten, frezen of wegvonken uit een blok of plaat. De machine neemt in zijn baan materiaal weg waardoor men spreekt van ‘subtractive manufacturing’. Bij 3D printen wordt materiaal laag per laag toegevoegd. Dit omgekeerde proces noemt men ‘additive manufacturing’.
Visueel Resultaat
Netjes afgewerkte beelden vormen een sterke aanvulling op de museumcollectie. Polygoonmodellen lenen zich uitstekend tot het maken van realistische en interactieve beelden. In de visualisatie-software kunnen materialen, beweging, belichting en omgeving worden toegevoegd aan het model. Het voordeel van de eenvoudige polygoonmodellen is dat het bestand zelf relatief klein blijft en de computer dus niet snel vastloopt. Pas tijdens het ‘renderen’ of het ‘beeldvormen’ voert de computer het rekenwerk uit. Hoe gedetailleerder het beeld moet zijn, hoe meer rekenwerk de computer zal hebben.
Pre-rendered toepassingen
Het grote voordeel van pre-rendering is dat de computer de tijd kan nemen die nodig is om alle beelden te berekenen. De 3D modellen kunnen dus veel detail bevatten. Het zijn vaak ‘high poly models’ wat wil zeggen ze veel polygonen bevatten. Ook het uitzicht van materialen kan realistischer nagemaakt worden. Het nadeel is dat de interactiviteit zeer beperkt is. Pre-rendering past men toe bij het maken van animaties en films en productvisualisatie in reclame. Deze methode wordt ook gebruikt voor eenvoudigere animaties.
Real time toepassingen
Bij real time kan de computer de polygonen zo snel berekenen dat hij onmiddellijk vloeiende beelden vormt. De bekendste toepassing van real time 3D visualisatie zijn computerspelletjes. De computer kan hierbij 30 of meer keer per seconde een nieuw beeld berekenen. Het enorme voordeel is dat de gebruiker invloed kan hebben op de beelden. Hij bepaalt zelf waar hij naar kijkt en kan interactie hebben met objecten in een 3D omgeving. Bij Virtual en Augmented Reality gebruikt men real time om een illusie van dieptezicht te creëren.