Wie 3D-Technologien zur Erhaltung des Kulturerbes beitragen

Nach der Definition der UNESCO umfasst das Kulturerbe Artefakte, Denkmäler, Stätten und Museen, die einen bedeutenden symbolischen, künstlerischen, ästhetischen oder sozialen Wert haben. Man kann sie als die Objekte und Bereiche betrachten, die dazu beitragen, zu definieren, wer wir als Kultur oder Gesellschaft sind. Aus diesem Grund ist es so wichtig, sie zu erhalten. Schlechtes Wetter, Vandalismus und der Lauf der Zeit können die Erhaltung des kulturellen Erbes jedoch erschweren. Glücklicherweise gibt es dank der 3D-Technologien vielleicht eine Lösung. 3D-Scannen und 3D-Drucken werden schon seit langem auf diese Weise eingesetzt, insbesondere dank Projekten wie Scan the World und Twin It!, die beide darauf abzielen, wichtige Kulturgüter zu erfassen, um einen gemeinsamen Datenraum für das kulturelle Erbe zu schaffen. Deshalb haben wir uns entschlossen, in der folgenden Auflistung zu zeigen, wie 3D-Technologien eingesetzt werden, um nicht nur unser Kulturerbe zu retten, sondern es auch einem breiteren Publikum zugänglich zu machen – mit einigen der interessantesten Anwendungen aus der ganzen Welt.

Die Köpfe der Osterinsel

Die Moai-Statuen auf Rapa Nui, die umgangssprachlich auch als Osterinselköpfe bezeichnet werden, haben schon immer die Fantasie der Welt beflügelt, was dazu führte, dass sie in Filmen, Fernsehsendungen und mehr zu sehen waren. Im Oktober 2022 kam es jedoch zu einer Katastrophe. Ein Feuer beschädigte viele der Statuen auf einer Fläche von 100 Hektar, was von den Einheimischen als irreparabler Schaden für die archäologische Stätte angesehen wurde. Hier kommt Scan the World ins Spiel. Das Projekt von MyMiniFactory ist das größte Ökosystem für den Austausch digitaler, 3D-gescannter kultureller Artefakte. Nach diesem Vorfall rief Scan the World die Nutzer dazu auf, ihre Anstrengungen zum Scannen und 3D-Drucken von Objekten zu verdoppeln, um das globale Kulturerbe zu erhalten. Die Organisation stellte auch Dateien zur Verfügung, die es den Menschen ermöglichen, ihre eigenen zu drucken. Eine hervorragende Möglichkeit, aus der Tragödie Hoffnung zu schöpfen.

Eine digitalisierte Darstellung einer Moai-Statue (links) und wie sie gedruckt aussehen würde (rechts). (Bild: Scan the World)

3D-gedruckte Māori-Instrumente

Der 3D-Druck eignet sich auch für die Herstellung von Repliken kultureller Stücke, die zerbrechlich und wertvoll sein können, wie zum Beispiel Instrumente. Die Māori auf dem neuseeländischen Festland, ein indigenes polynesisches Volk, besitzen Instrumente, die von großer kultureller Bedeutung sind. Professor Olaf Diegel von der Universität Auckland entschied sich zusammen mit der Māori-Gemeinschaft, die pūtātara (eine Muscheltrompete) und eine pūkāea (eine lange Trompete, die traditionell aus Holz geschnitzt wird) mit 3D-Druck nachzubauen. Mithilfe von CT-Scans erstellte Diegel 3D-Modelle mit den Formen, die für eine genaue Nachbildung des Klangs der Instrumente erforderlich sind. Diese Nachbildungen sollen die Originalinstrumente nicht ersetzen, sondern vielmehr als Lehrmittel dienen. Mehr über das Projekt erfahren Sie in dem unten stehenden Video.

Replikation vedischer Schriften

Seit ihrer Gründung im Jahr 2006 durch Dr. P.R. Mukund hat die in Bengaluru ansässige gemeinnützige Stiftung Tara Prakashana mehr als 3.300 alte Palmblattmanuskripte gerettet, die größtenteils jahrhundertealte vedische Literatur und Lehren betreffen. Der Vedismus ist einer der wichtigsten Einflüsse des frühen Hinduismus, und die Stiftung hat es sich zur Aufgabe gemacht, das Wissen aus diesen alten vedischen Quellen zu bewahren und weiterzugeben. Im Jahr 2024 eröffnete Tara Prakashana das erste 3D-Drucklabor zur Erhaltung von Manuskripten in Indien. Das erste Projekt war der 3D-Druck der weltweit ältesten Kopie der Bhagavad Gita, einer hinduistischen Schrift. Mithilfe eines FDM-3D-Druckers bildet das Team die Schrift mit Kunststoff-Filamenten nach und stellt so sicher, dass der Text für kommende Generationen erhalten bleibt.

Palmblatt-Manuskripte. (Bild: Tara Prakashana)

Renovierung eines traditionellen chinesischen Hauses mit 3D-Druck

In China haben Professoren der Universität Hongkong ein altes Holzhaus durch den Einbau von 3D-gedruckten Wänden renoviert. Dieses Projekt mit dem Namen „Traditionelles Haus der Zukunft“ verbindet traditionelle Architektur mit moderner Technologie, um die ländliche Landschaft neu zu beleben und an die aktuellen Bedürfnisse der Gemeinschaft anzupassen. Im Rahmen einer Regierungsinitiative im Dorf Nanlong scannte und demontierte das Team die ursprüngliche Struktur und erweiterte sie anschließend mit 3D-gedruckten Wänden. Diese neuen Ergänzungen ermöglichten die Schaffung funktionellerer Räume, wie z. B. eines Eingangshofs, einer Küche und eines Badezimmers, wodurch die Flexibilität der Wohnung verbessert wurde. Nach dem Bau der Wände wurden die ursprünglichen Elemente, wie der Holzrahmen und das Ziegeldach, wieder integriert. Dieser Ansatz zeigt einmal mehr, wie der 3D-Druck dazu beiträgt, das architektonische Erbe zu erhalten und gleichzeitig nachhaltige und anpassungsfähige Lösungen einzuführen.

Bild: Lidia Ratoi / John Lin

Die Rekonstruktion des Tempels von Bel in Palmyra

Forscher der University of California, San Diego, haben den antiken Bel-Tempel in Palmyra, der 2015 während des syrischen Bürgerkriegs zerstört wurde, digital rekonstruiert. Anhand von mehr als 1.000 Fotos aus der Zeit vor der Zerstörung wurde mithilfe von 3D-Modellen ein hochauflösendes fotorealistisches Modell erstellt, in dem jedes architektonische und künstlerische Detail des Tempels erhalten ist. Dazu gehören auch die Kunstwerke und Inschriften, die den Tempel bedeckten. Die Rekonstruktion des Tempels mit diesen Techniken dauerte ein Jahr, da es sich um ein beispielloses Projekt handelt. Das Modell ist nun Teil des Archivs der Universität und dient als wichtige Referenz für die Erhaltung des kulturellen Erbes und künftige Rekonstruktionen.

Restaurierung des Granatapfelbrunnens

Ein weiteres interessantes, diesmal rein italienisches Projekt ist das der DITAG-Abteilung des Politecnico di Torino, das den Handyscan 3D-Scanner von Creaform gewählt hat, um die Dokumentation und Restaurierung von Kulturdenkmälern zu verbessern. DITAG hat oft die LIDAR-Fernerkundungstechnologie verwendet, die jedoch besser für die Kartierung als für das Scannen kleinerer Details geeignet ist. Daher war es für DITAG notwendig, den Handyscan 3D-Scanner von Creaform für die Durchführung ihrer Vermessungen einzusetzen. Dieses Instrument bietet eine hohe Genauigkeit (bis zu 0,05 mm), ist leicht zu transportieren und einfach zu bedienen. Der Handyscan 3D-Scanner besteht aus zwei Kameras, vier um jede Kamera herum montierten LEDs, einem roten Kreuzlasermodul und retroreflektierenden Klebezielen. Mit diesem Gerät scannte DITAG die Statue des Granatapfelbrunnens, die sich in der mittelalterlichen Rocca del Valentino in Turin befindet, um sie zu restaurieren. Es handelt sich um eine Nachbildung des Granatapfelbrunnens aus dem 16. Jahrhundert, dessen Original sich in der Burg von Issogne im Aostatal befindet. Die vom Schmied Cesare Bianchi aus Orta angefertigte Kopie wurde 1911 auf der Historischen, Archäologischen und Künstlerischen Ausstellung in Rom präsentiert. Bei der Restaurierung setzte das Wissenschaftlerteam den Handyscan 3D ein, um die Details der Innenflächen genau zu erfassen, und das LIDAR-System, um die größeren, weniger detaillierten Bereiche abzubilden. Die Kombination dieser beiden Technologien führte zu einer präzisen, mehrfach aufgelösten Darstellung, die den Erfolg der Restaurierung sicherstellte.

Links das Foto des Granatapfelbrunnens, rechts die digitalen Vermessungen mit dem Handyscan 3D von Creaform. (Bild: links MuseoTorino, rechts Creaform)

3D-Rekonstruktion des Grabes von Seti I mithilfe von LiDAR-Scans

Im Jahr 2001 begann Factum Arte mit der detaillierten Dokumentation des Grabes von Seti I im Tal der Könige. Ziel war es hierbei, eine hochpräzise Nachbildung des archäologischen Fundorts zu erstellen. Für die Vermessung der architektonischen Struktur und der räumlichen Beziehungen innerhalb des Grabes wurde der FARO Focus 3Dx230 Scanner eingesetzt. Dieser LiDAR-Scanner erfasste die Geometrie des Grabes aus 70 verschiedenen Positionen, mit einer durchschnittlichen Messpunktentfernung von 1,5 bis 3 mm. Während die LiDAR-Technologie exakte Raumdaten liefert, reicht sie jedoch nicht aus, um feine Oberflächendetails in hoher Auflösung zu erfassen. Als Lösung hierfür entwickelte die Factum Foundation den Lucida 3D Scanner, denn dieser eignet sich besonders für die Erfassung von Flachreliefs, bemalten Wänden und Schnitzereien und kann bis zu 100 Millionen Punkte pro Quadratmeter erfassen, wodurch es eine so hohe Auflösung bietet, dass selbst feine Risse und Pinselstriche sichtbar werden. Die erfassten Laserscandaten wurden dann in Faro Scene registriert, um eine E57-Punktwolke zu generieren. Anschließend wurden die Fotos in Lightroom optimiert, um Belichtung, Klarheit und Farbgebung zu verbessern und für die weiterführende Verarbeitung wurden die Daten in Reality Capture importiert. Dort erfolgte dann eine schrittweise Rekonstruktion: Die Bilder wurden nach Räumen unterteilt, einzeln ausgerichtet und in Komponenten exportiert. Abschließend wurden alle Komponenten registriert und zusammengeführt, wobei die Laserscandaten als präzise Referenz dienten.

Eine Punktwolke aus Laserscans und Fotos, zusammengefügt in RealityCapture. (Bild: Factum Foundation)

Digitale Dokumentation der UNESCO-Welterbestätte Polonnaruwa

Die UNESCO-Welterbestätte Polonnaruwa in Sri Lanka umfasst Ruinen eines antiken Gartens, der im 12. Jahrhundert von Parakramabahu I. angelegt wurde. Im März 2019 führte dann ein Team eine achttägige Feldkampagne durch, um diese bedeutende Kulturerbestätte zu dokumentieren. Das Ziel war es hierbei, eine digitale Aufzeichnung der Ruinen zu erstellen und gleichzeitig Daten für zukünftige Restaurierungsmaßnahmen bereitzustellen. Zudem basierte die Dokumentation auf einem Netzwerk von digitalen Modellen von sechzehn Strukturen, die durch Laserscanning und Fotografie erfasst wurden. Anschließend wurden aus den 3D-Scans Grundrisse, Schnitte und Ansichten abgeleitet, um ein vollständiges Bild der archäologischen Stätte zu erhalten. Ein großer Vorteil der Photogrammetrie ist vor allem ihre berührungslose Erfassungsmethode, was besonders bei der Vermessung eines Kulturdenkmals, wie hier bei Polonnaruwa, von großer Bedeutung war. Darüber hinaus kombinierte das Team zusätzlich Drohnen- und terrestrische Fotografie mit Laserscanning, um hochauflösende Modelle zu erstellen, die sowohl in Geometrie als auch in Farbe detailreich sind. Als wichtige Ergänzung erwies sich darüber hinaus RealityCapture, da es die Möglichkeit bot, Fotografie und Laserscanning zu kombinieren und große Datenmengen effizient zu verarbeiten.

Ein Screenshot aus RealityCapture. (Bild: RealityCapture)

Einen historischen Film mithilfe von 3D-Scannern drehen

Es ist kein Geheimnis, dass Konflikte und Kriege große Auswirkungen auf die Gesellschaft haben, insbesondere auf das gesamte kulturelle Erbe und die Kultur. Der Irak zum Beispiel gehört zu den Ländern, die viel Zerstörung erlebt haben. Dabei handelt es sich um eine geschichtsträchtige Region, da sie einst zu Mesopotamien gehörte, einer Wiege der Zivilisation. Vor einigen Jahren wurde von dem Filmemacher Ivan Erhel ein Filmprojekt initiiert, um den kulturellen Reichtum dieser Gegend zu dokumentieren. Die Geschichte handelt von einem Mann, der die Reste des irakischen Kulturerbes mithilfe von 3D-Scans bewahren möchte. So sind verschiedene Lösungen von Artec3D zu sehen, mit denen das Land gescannt wurde, seien es kleine Objekte oder im Gegenteil meterhohe Mauern. Ivan Erhel erklärt: „Zu verschiedenen Zeiten in der Geschichte war Bagdad an der Spitze der Welt. Vielleicht können wir das Land jetzt ein wenig wiedervereinigen und die Welt auch daran erinnern, was wir alle Mesopotamien zu verdanken haben – denn 90 % unserer Kultur hat hier ihren Ursprung. Wir verdanken ihnen alles“.

Das Team stützte sich auf den Artec Eva Scanner, um Wände zu digitalisieren (Bild: Ivan Erhel)

Kartierung der Hukuru Miskiy in Malé auf den Malediven

Die Hukuru Miskiy in Malé, was übersetzt „Freitagsmoschee“ bedeutet, ist eine der wichtigsten historischen Stätten der Malediven und befindet sich in der Hauptstadt Malé. Die Hukuru Miskiy steht derzeit auf der vorläufigen Liste des UNESCO-Weltkulturerbes. Die 1658 während der Herrschaft von Sultan Ibrahim Iskandar errichtete Stätte umfasst die Moschee, den Friedhof aus dem 17. Jahrhundert und das Minarett. Jahrhundert und das Minarett. Es ist das größte Gebäude der Welt, das aus Korallen gebaut wurde. Um offiziell in die Liste der UNESCO aufgenommen zu werden, müssen eine detaillierte Dokumentation des Moscheekomplexes sowie weitere Konservierungs- und Renovierungsarbeiten vorgelegt werden. Die Denkmalschutzbehörde der Malediven beauftragte daher Water Solutions Pvt Ltd mit einer 3D-Kartierung der Anlage, um das Fehlen von Zeichnungen oder historischen Dokumenten über den Bau der Moschee zu beheben. Water Solutions, ein auf Kartierung und Umweltberatung spezialisiertes Unternehmen, setzte den Leica BLK360 Laserscanner, die Leica Viva TS16 Totalstation und den Leica GS18 T GNSS RTK Rover ein. Trotz der Schwierigkeiten, die mit den engen Räumen und den komplizierten architektonischen Details verbunden sind, gelang es dem Wissenschaftlerteam dank dieser Hilfsmittel, die gesamte archäologische Stätte in nur wenigen Tagen zu erfassen. Die Digitalisierung des Komplexes wird es ermöglichen, seine Architektur zu erhalten und künftige Restaurierungsarbeiten zu unterstützen. Die gesammelten Daten werden für die Sanierung des Daches und als Grundlage für die offizielle Bewerbung um die Aufnahme in die UNESCO-Liste verwendet.

Mit 3D-Druck das kulturelle Erbe besser zugänglich machen

Zu den Anwendungen der additiven Fertigung im Bereich Kunst und kulturelles Erbe gehört auch die Tätigkeit des italienischen Unternehmens Hi.Stories. Das Unternehmen hat es sich zur Aufgabe gemacht, das kulturelle Erbe durch 3D-Technologien aufzuwerten, indem es deren Potential nutzt, um eine Dynamik des interaktiven Genusses von Kulturstätten zu schaffen. Insbesondere nutzt Hi.Stories den 3D-Druck, um taktile Pfade für Sehbehinderte zu schaffen und die Zugänglichkeit von Museen zu verbessern. Darüber hinaus druckt das Unternehmen auch Artefakte für Bildungszwecke oder temporäre Leihgaben in 3D, damit Kultureinrichtungen Kopien für die Öffentlichkeit ausstellen können.

3D-Druck eines antiken Wappens. (Bild: Hi.Stories)

3D-gedruckte Paganini-Geige für moderne Kulturvermittlung

Anlässlich des 70-Jahre-Jubiläums des Premio Paganini ließ sich der gleichnamige Organisator 2023 eine besondere Marketing-Strategie einfallen. Premio Paganini kollaborierte mit dem italienischen 3D-Druck-Unternehmen 3DiTALY aus Rom, um die renommierte Violine „Il Cannone“ des Komponisten und „Teufelsgeiger“ Paganini in 3D nachzudrucken. Das Original, das vom Geigenbauer Guarneri gefertigt wurde, befindet sich im Palazzo Tursi in Genua. Dieses wurde per 3D-Scannning vermessen und dann 1:1 nachgedruckt. Dafür nutzte 3DiTALY das SLA-Verfahren und weißes Harz. Eine besondere Herausforderung bestand in den zahlreichen Details und den erforderlichen Stützstrukturen, die nach dem Druck sorgfältig entfernt werden mussten. Anschließend wurde das Abbild aus dem 3D-Drucker mit roten Nylon-Saiten ausgestattet. Für Genuas Bürgermeister Marco Bucci ist die 3D-gedruckte Violine nicht nur eine intelligente Marketing-Initiative, sondern auch ein moderner Ansatz der Kulturvermittlung. Die Geige soll Interesse an der (Musik-)Geschichte wecken und dem verstaubten Image von Paganini einen neuen Anstrich verpassen. „Dies ist eine großartige Werbeinitiative für den Premio Paganini, die auch bei jungen Leuten beliebt sein wird. Die 3D-„Cannone“ bietet zusätzliche Möglichkeiten durch den Einsatz von neuen Technologien. Sie kann in Schulen und in der ganzen Stadt eingesetzt werden, um Paganini auf unkonventionelle Weise zu erzählen“, so Bucci.

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