3D und Virtual Reality

Im Gegensatz zu statischen zweidimensionalen Bildern k√∂nnen dreidimensionale Repr√§sentationen von Objekten aus jeder Richtung betrachtet, skaliert und rotiert werden. Ein Punkt in einem 3D-Modell wird von seiner Lage auf der x-, der y- und der z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems beschrieben, wobei die z-Achse in diesem Zusammenhang √ľblicherweise die Tiefe, seltener die H√∂he, angibt.

Virtual Reality (Virtuelle Realität) bezeichnet digitale dreidimensionale Welten, mit welchen in Echtzeit interagiert werden kann.

3D-Inhalte k√∂nnen auf unterschiedliche Weise entstehen: durch manuelle Modellierung, wie Rekonstruktionen von Geb√§uden, durch Aufnahme, wie etwa einem 3D-Scan von Objekten, oder durch automatisierte Berechnung aus Fotos, wie etwa Photogrammetrie oder Structure from Motion. Von der Entstehungsweise h√§ngen weitere Angaben f√ľr die Dokumentation ab, die √ľber die hier angegebenen hinausgehen. Zus√§tzlichen Angaben sind in den jeweiligen Abschnitten in dem Kapitel Forschungsmethoden zu finden, wobei vor allem die Abschnitte Bauforschung, Geod√§sie, Geodatenanalyse und Materialaufnahme von Interesse sind. Au√üerdem bieten die Ergebnisse des Projektes 3D ICONS umfangreiche Informationen zur Dokumentation von 3D-Aufnahmemethoden und die anschlie√üende Verarbeitung.

Langzeitformate

3D-Inhalte sollten in einem offen dokumentierten, textbasierten Format (ASCII) gespeichert werden. Dies erm√∂glicht bei Bedarf die R√ľckentwicklung unabh√§ngig von einem bestimmten Programm.

Das zu verwendende Format h√§ngt von der Entstehungsweise und dem Zweck des 3D-Inhaltes ab, da unterschiedliche Formate unterschiedliche Eigenschaften und Elemente speichern, wie beispielsweise Geometrie, Texturen, Lichtquellen oder Standpunkt und Bildausschnitt (auch Viewport genannt). Eine √úbersicht √ľber die Speichereigenschaften von den hier empfohlenen 3D-Formaten wird in der Tabelle im Abschnitt Vertiefung gegeben.

Das vom Web3D Consortium entwickelte Format X3D (eXtensible 3D Graphics) ist seit 2006 unter ISO/IEC 19775/19776/19777 zertifiziert und eignet sich sowohl zur Speicherung von einzelnen 3D-Modellen, als auch komplexer 3D-Inhalte, wie etwa Virtual Reality. Es ist das Nachfolgeformat von dem seit 2007 unter ISO/IEC 14772-1 zertifizierten VRML-Format und sollte diesem daher vorgezogen werden.
    
Ein weiteres f√ľr komplexe 3D-Inhalte geeignetes Format ist das von der Khronos Group entwickelte COLLADA (collaborative design activity, DAE), das seit 2012 unter ISO 17506 standardisiert ist.

Das U3D-Format bietet einen √§hnlichen Funktionsumfang wie X3D und COLLADA und ist insbesondere f√ľr das Teilen von 3D-Inhalten in PDF-Dokumenten gedacht. Es ist nicht f√ľr die Langzeitarchivierung geeignet.

Die Formate OBJ, PLY und STL eignen sich nicht f√ľr komplexe Szenen mit Lichtquellen oder gar Animationen, bieten aber alle Eigenschaften, um die visuellen Oberfl√§cheneigenschaften eines 3D-Objektes zu speichern.

Aus dem CAD-Bereich stammt das Format DXF, welches neben 2D-Inhalten auch 3D-Inhalte speichern kann. Dieses Format sollte nur verwendet werden, wenn die 3D-Inhalte mit CAD-Software erstellt wurden. In der Industrie werden als alternative Formate auch IGES und STEP verwendet.

Nicht f√ľr die Langzeitarchivierung geeignet sind programmspezifische oder bin√§re Formate, wie beispielsweise FBX, 3DS, MAX, SKP, BLEND, PRC oder NXS.

Um zuk√ľnftigen Nutzern einen schnellen √úberblick √ľber die 3D-Inhalte zu bieten, ist die zus√§tzliche Speicherung von Bild- oder Videodateien, die einen ersten Eindruck des Modells vermitteln, zu empfehlen.

Hinweis: Bei der Konvertierung von einem 3D-Format in ein anderes k√∂nnen bestimmte Informationen verloren gehen, wenn sie von dem Zielformat nicht unterst√ľtzt werden. Zus√§tzlich zu dem gew√§hlten Archivierungsformat sollten die originalen Quelldateien, verwendete Texturdateien, Visualisierungen und alle weiteren Dateien, die f√ľr die Benutzung und das Verst√§ndnis des 3D-Modells relevant sind aufgehoben werden. In den entsprechenden Abschnitten in dem Kapitel Forschungsmethoden sind n√§here Details zu finden.

Die Abk√ľrzungen in der folgenden Tabelle geben die unterst√ľtzten Eigenschaften der 3D-Formate an: DG = Drahtgittermodell, P = Parametrisch, F = Farbe, X = Textur mittels Bild, B = Bumpmapping, M = Material, V = Viewport und Kamera, L = Lichtquellen, T = Transformationen, G = Gruppierung. Diese Begriffe werden in dem Abschnitt Vertiefung erl√§utert.

 

Format Begr√ľndung
  X3D Das X3D-Format wurde vom Web3D Consortium entwickelt und ist seit 2006 ISO-zertifiziert. Es darf nicht mit dem proprietären Format 3DXML verwechselt werden. Speichert: DG, P, F, X, B, M, V, L, T, G und Animationen.
COLLADA COLLADA (.dae) wurde von der Khronos Group entwickelt und ist seit 2012 ISO-zertifiziert. Es basiert auf XML und speichert: DG, P, B-Rep, F, X, B, M, V, L, T, G und Animationen.
OBJ Das offene OBJ-Format wurde von Wavefront Technologies entwickelt und hat eine weite Verbreitung gefunden. Material oder Texturen werden in gesonderten MTL- oder JPG-Dateien gespeichert, die auch archiviert werden m√ľssen. Speichert: DG, P, F, X, B, M und G.
PLY Das Polygon File Format (acuh Stanford Triangle Format) ist ein einfaches Format, das an der Universit√§t Stanford f√ľr Daten von 3D-Scannern entwickelt wurde. Mittels Erweiterungen k√§nnten weitere Eigenschaften gespeichert werden, die aber nicht von jedem Programm unterst√ľtzt werden. F√ľr die Langzeitarchivierung sollte die ASCII-Version verwendet werden. Speichert: DG, F, X, B und M.
¬† VRML Die Virtual Reality Modeling Language ist das Vorg√§ngerformat von X3D. Die j√ľngste Version wurde 1997 unter dem Namen VRML97 ver√∂ffentlicht. Speichert: DG, P, F, X, B, M, V, L, T, G und Animationen.
STL Das Format STL wurde von 3D Systems entwickelt. Es steht f√ľr stereolithography oder Standard Tessellation Language und findet weite Verbreitung im Bereich von 3D-Druckern und digitaler Fabrikation. Die ASCII-Variante des STL-Formats kann nur die Geometrie eines 3D-Modells speichern. Die Bin√§rvariante des Formates ist weniger speicherintensiv und kann mit einer entsprechenden Erweiterung auch Farben des 3D-Modells speichern, ist aber nicht f√ľr die Langzeitarchivierung geeignet.
DXF Das von Autodesk entwickelte Drawing Interchange Format stammt aus dem CAD-Bereich und sollte nur f√ľr 3D-Inhalte verwendet werden, die mit CAD-Software erstellt wurden. Speichert: DG, P, CSG, B-Rep, F und G.
¬† U3D Das Universal 3D Format ist ein 2005 von der Ecma standardisiertes 3D-Format, das vom 3D Industry Forum mit Mitgliedern wie Intel und Adobe Systems entwickelt wurde. Dieses Format ist nur f√ľr die Integration von 3D-Modellen in ein 3D-PDF relevant. Speichert: DG, F, X, B, V, L, T, G und Animationen.
FBX Ein propriet√§res Format von Autodesk, f√ľr den Datenaustausch mit anderen kommerziellen 3D-Programmen.
3DS, MAX Proprietäre binäre Formate von AutoDesk.
SKP Natives Format von Google SketchUp.
BLEND Natives binäres Format von Blender.
¬† PRC PRC (Product Representation Compact) ist ein stark komprimiertes Format f√ľr den CAD-Bereich und f√ľr die Verwendung in 3D-PDFs, das unter ISO 14739-1 standardisiert ist.
¬† PDF 3D-PDFs mit eingebetteten Modellen in U3D oder PRC eignen sich f√ľr einen unkomplizierten Datenaustausch, jedoch nicht f√ľr die Langzeitarchivierung.
¬† NXS Nexus ist ein von CNR-ISTI offen entwickeltes Format, f√ľr die Web-Visualisierung von 3D-Modellen.

Dokumentation

F√ľr die Dokumentation von 3D-Inhalten sollten die Leits√§tze der Londoner Charta ber√ľcksichtigt und eingehalten werden. Dabei ist insbesondere "Leitsatz 4: Dokumentation" wichtig, dessen erster Absatz lautet:

"Es sollen gen√ľgend Informationen dokumentiert und weitergegeben werden, um das Verstehen und Bewerten der computergest√ľtzten Visualisierungsmethoden und -ergebnisse in Bezug auf die Zusammenh√§nge und Absichten, f√ľr die sie eingesetzt werden, zu erm√∂glichen."

Dazu gehören unter anderem die Dokumentation der Forschungsquellen, die zur Erstellung des 3D-Modells herangezogen wurden, die Dokumentation der Prozesse, die im Verlauf der Modellerstellung durchlaufen wurden, die Dokumentation der angewendeten Methoden und eine Beschreibung der Abhängigkeitsverhältnisse zwischen den unterschiedlichen Bestandteilen.

Wenn das Dateiformat es erlaubt, sollte ein Teil der Metadaten zusätzlich dort integriert werden. Allerdings kann der Großteil der Metadaten nur extern abgelegt werden.

Die hier angegebenen Metadaten sind als minimale Angabe zu betrachten und erg√§nzen die angegebenen Metadaten f√ľr Projekte und Einzeldateien in dem Abschnitt Metadaten in der Anwendung.

Metadatum Beschreibung
Anzahl Eckpunkte Aus wie vielen Eckpunkten besteht das 3D-Modell?
Anzahl Polygone Wie viele Polygone hat das 3D-Modell?
Geometrietyp Welcher Geometrietyp wird verwendet (Drahtgittermodell, parametrisch, CSG, B-Rep etc.)?
Maßstab Welcher Maßstab liegt vor bzw. was stellt eine Einheit dar?
Koordinatensystem Wird ein geographisches Koordinatensystem oder ein beliebiges verwendet?
Modellstatus Handelt es sich bei dem Modell um das urspr√ľnglich erzeugte und unverarbeitete Modell (den Master) oder ist es ein Modell, das mittels weiterverarbeitenden Schritten, wie F√ľllen von L√∂chern, Vereinfachung oder Gl√§ttung aus dem Master erzeugt wurde?
Detaillierungsgrad (LOD) oder Auflösung Wie detailliert ist das Modell oder welche Auflösung wurde beim 3D-Scan verwendet?
Ebenen Werden Ebenen verwendet? Wie viele?
Farbe und Textur Werden Farben oder Texturen verwendet? Wie werden diese gespeichert? M√ľssen zus√§tzliche Texturdateien archiviert werden?
Material Informationen √ľber die Materialeigenschaften des Modells und ob sie physikalisch korrekt sind.
Licht Informationen √ľber die Lichtquellen und ob sie physikalisch korrekt sind.
Shader Werden spezielle, erweiterte Shader verwendet?
Animation Ist das Modell animiert? Welche Art von Animation wird verwendet (Keyframe, motion capture)?
Externe Dateien Eine Liste aller externen Dateien, die f√ľr das √Ėffnen der Datei notwendig sind (z.B. Texturen).

Weitere Metadaten sind methodenabhängig und können in den jeweiligen Abschnitten nachgelesen werden.

Weitere Inhalte

Polygone · Eckpunkte, vertices · Drahtgittermodell · Punktwolke · Geometrie · Parametrische Darstellung · Konstruktive Festkörpergeometrie · Begrenzungsflächenmodell · Oberflächeneigenschaften · Texturen · Materialeigenschaften · Bumpmapping · Shader · Szene · Lichtquellen · Kamera · Viewport · Detaillierungsgrad · Level of Detail (LOD) · Animation · Speichereigenschaften · London Charter · Konvertierung · 3D-PDF

Letzte Änderung: 22. November 2016