Spotlights
14. April 2021
Albatros: Ein Stück Geschichte wird in die virtuelle Realität gebracht
Die letzte Express-Dampflokomotive in Europa, die Albatros, hat viele Geschichten zu erzählen, aber leider kann nicht jeder sie selbst besuchen. Darum digitalisierte Artzenal die beliebte Lokomotive mit RealityScan und brachte sie in die virtuelle Realität, wo wirklich jeder sie bewundern kann.
Die Albatros-Dampflokomotive 498.104 ist wirklich ein beeindruckender Anblick. Mit einer Gesamtlänge von 25,6 Metern und in ihrem Königsblau mit strahlend roten Rädern hebt sie sich sofort von ihren Zeitgenossen ab. Die Albatros ist auch der letzte Zeuge einer technologischen Ära – die letzte große Express-Dampflokomotive vor dem Aufkommen von Diesel- und Elektrobetrieb auf den Hauptstrecken in Mitteleuropa.
Das Kultobjekt wurde über Jahre vom Albatros Club erhalten, einer Gruppe von Eisenbahnexperten und -enthusiasten unter Leitung des Vorsitzenden Herrn Veres. Die Albatros ist eine beliebte Attraktion bei Großveranstaltungen und feierlichen Fahrten, die oft den Präsidentenwaggon der ehemaligen Republik Tschechoslowakei zieht. Aufgrund ihrer Größe muss man eine Reise auf sich nehmen muss, um sie mit eigenen Augen zu sehen – in einem Museum wäre wohl zu wenig Platz.
Damit die Albatros für die Öffentlichkeit zugänglicher wird, wurde entschieden, den slowakischen Digitalisierungsdienstleister Artzenal zu beauftragen, den Zug zu scannen und zum Teil eines VR-Erlebnisses zu machen.
Die Albatros-Dampflokomotive könnte eines der herausforderndsten Einzelobjekte sein, die je gescannt wurden. Es erfüllt sämtliche Kriterien, die man besser vermeiden sollte – enorme Größe, ausschließlich Außenbeleuchtung, glänzende metallische Oberflächen, Glas, komplexe Strukturen und schichtweise industrielle Schönheit, versteckt in allen möglichen Ecken.
Das Team von Artzenal verwendete den Laserscanner FARO FOCUS 150 aus Dutzenden von Positionen, von denen schlussendlich 18 ausgewählt wurden, sowie mehrere Nikon D850-Kameras, um 45.858 Fotos der Albatros-Dampflokomotive zu schießen. Mit RealityScan wurden die Bilder dann in ein detailliertes 3D-Modell umgewandelt.
Damit die Albatros für die Öffentlichkeit zugänglicher wird, wurde entschieden, den slowakischen Digitalisierungsdienstleister Artzenal zu beauftragen, den Zug zu scannen und zum Teil eines VR-Erlebnisses zu machen.
Die Albatros scannen
Die Albatros-Dampflokomotive könnte eines der herausforderndsten Einzelobjekte sein, die je gescannt wurden. Es erfüllt sämtliche Kriterien, die man besser vermeiden sollte – enorme Größe, ausschließlich Außenbeleuchtung, glänzende metallische Oberflächen, Glas, komplexe Strukturen und schichtweise industrielle Schönheit, versteckt in allen möglichen Ecken.
Das Team von Artzenal verwendete den Laserscanner FARO FOCUS 150 aus Dutzenden von Positionen, von denen schlussendlich 18 ausgewählt wurden, sowie mehrere Nikon D850-Kameras, um 45.858 Fotos der Albatros-Dampflokomotive zu schießen. Mit RealityScan wurden die Bilder dann in ein detailliertes 3D-Modell umgewandelt.
Der Scanvorgang war herausfordernd, selbst für das erfahrene Team von Artzenal. "Wir mussten jeden einzelnen Schritt akribisch planen, um ein gutes Ergebnis zu erzielen – das Aufteilen der Lokomotive in Abschnitte, die Arbeit an diesen gemäß täglicher Pläne und die Abhängigkeit von Wetter und Lichtbedingungen, um ein gleichmäßiges Profil zu erzielen", sagt Richard Dömös, Leiter der Scaneinheit bei Artzenal. "Wir mussten neue Prozeduren entwickeln, um das exakte Oberflächenmodell der stark glänzenden Oberflächen und Instrumente einzufangen."
Dömös fügt hinzu, dass das Team sechs Tage vor Ort damit verbrachte, alles unter den richtigen Bedingungen aufzunehmen, um ein enorm detailliertes und gleichmäßiges Ergebnis zu erzielen.
Dömös fügt hinzu, dass das Team sechs Tage vor Ort damit verbrachte, alles unter den richtigen Bedingungen aufzunehmen, um ein enorm detailliertes und gleichmäßiges Ergebnis zu erzielen.
Die Daten zusammenbringen
Eine weitere Herausforderung für das Team, die Hardware und die Software war die Verwendung der gewaltigen Menge gesammelter Daten – mehr als 700 GB – zur Erstellung eines korrekten Einzelmodells der Albatros-Dampflokomotive und des Kohlentenders in einem Aufwasch. Das Team musste eine gewaltige Menge Input abstimmen, um ein absolut präzises Ergebnis zu erzielen, das dem Original in jedem technischen Detail, in jeder Dimension entsprach. Trotz Nutzung von RealityScan und der größten Rechenleistung, die bei Artzenal je zur Anwendung kam, brauchte es dennoch mehrere Versuche – wobei jeder mehrere Tage für Ausrichtung und Datengenerierung benötigte –, um endlich ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen, das dem majestätischen Original gerecht wurde.
"Die Albatros-Dampflokomotive war das größte Einzel-Asset, das wir jemals in [RealityScan] erstellt haben", sagt Marcel Petras, Gründer von Artzenal und Leiter der 3D-Pipeline. "Alle unsere bisherigen Arbeiten nutzten weniger als 20.000 Fotos pro Einzelobjekt. Bei der Albatros wagten wir uns mit mehr als doppelt so vielen in unbekanntes Gebiet."
Petras erklärt, das Team habe bei dem Prozess viel gelernt und mehrmals neu anfangen müssen, aber das Ergebnis und das gewonnene Know-how rechtfertigen die Mittel und den Aufwand. "Der Prozess war auch ein Test für die [RealityScan]-Software", sagt er. "Zumindest wir haben nie versucht, eine solche Menge verschiedener Input-Typen – Laserscans und Fotos – an einem einzigen Objekt zu verarbeiten. Das Ergebnis ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit dieses Werkzeugs, und wir sehen weiteren Herausforderungen in der Zukunft mit Zuversicht entgegen."
Der erste Durchlauf von RealityScan lieferte die folgende Datenausgabe:
Petras erklärt, das Team habe bei dem Prozess viel gelernt und mehrmals neu anfangen müssen, aber das Ergebnis und das gewonnene Know-how rechtfertigen die Mittel und den Aufwand. "Der Prozess war auch ein Test für die [RealityScan]-Software", sagt er. "Zumindest wir haben nie versucht, eine solche Menge verschiedener Input-Typen – Laserscans und Fotos – an einem einzigen Objekt zu verarbeiten. Das Ergebnis ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit dieses Werkzeugs, und wir sehen weiteren Herausforderungen in der Zukunft mit Zuversicht entgegen."
Rohdaten
Der erste Durchlauf von RealityScan lieferte die folgende Datenausgabe:
- Punktwolke – mehr als 700 GB Inputdaten
- Modell – 1,38 Milliarden Dreiecke
- Texturen – 36 Materialien und 150 Texturen
Übertragung in die Unreal Engine
Das wichtigste Einsatzgebiet – die Albatros-Dampflokomotive als virtuelles Erlebnis zum Leben zu erwecken – erforderte die Übertragung der Rohdaten in ein optimiertes Format, um dieses in der Unreal Engine zu verwenden. Die Unreal Engine war aufgrund ihres leistungsstarken Grafikpakets die offensichtliche Wahl. Ein weiteres Argument war die Möglichkeit, ganz leicht Builds für unsere gewählten Zielplattformen erstellen zu können.
Damit wir in zukünftigen Anwendungsfällen schnelle Echtzeit-Performance erreichen konnten, ohne maximale Qualität auf entsprechend leistungsfähiger Hardware zu opfern, setzten wir uns anfänglich das Ziel, die 1,38 Milliarden Dreiecke des Rohmodells auf weit unter 5 Millionen Dreiecke zu verringern, sowie 150 Texturen und 36 Materialien, um ein Master-Echtzeitmodell zu erstellen.
Am Ende hat die Masterdatei der Albatros-Dampflokomotive und des Kohlentenders ein Mesh mit knapp drei Millionen Dreiecken und nutzt 150 Texturen und 36 Materialien. Diese Version läuft in der Unreal Engine mit stabilen 60 FPS auf Standard-PCs und stellt eine gute Grundlage für Optimierungen für unterschiedliche Ziel-Hardware-Setups dar.
An diesem Punkt wurde das einzelne Objekt-Quellenmodell in verschiedene Objekte und Untergruppen aufgeteilt. Zu diesem Zweck gaben Herr Veres und der Albatros-Club Artzenal eine ausführliche Führung und erklärten alle Funktionselemente der Lokomotive und die Steuerelemente des Führerhauses. Dies war gefolgt von einer Live-Vorführung, um die Bewegung sowie die Geräusche und Effekte aufzuzeichnen (Feuer, Rauch und Dampf), die beim Betrieb einer solch beeindruckenden Maschine entstehen. Dieses Material hilft dabei, den Betrieb der Lokomotive im virtuellen Erlebnis von Artzenal detailgetreu nachzubilden.
An diesem Punkt wurde das einzelne Objekt-Quellenmodell in verschiedene Objekte und Untergruppen aufgeteilt. Zu diesem Zweck gaben Herr Veres und der Albatros-Club Artzenal eine ausführliche Führung und erklärten alle Funktionselemente der Lokomotive und die Steuerelemente des Führerhauses. Dies war gefolgt von einer Live-Vorführung, um die Bewegung sowie die Geräusche und Effekte aufzuzeichnen (Feuer, Rauch und Dampf), die beim Betrieb einer solch beeindruckenden Maschine entstehen. Dieses Material hilft dabei, den Betrieb der Lokomotive im virtuellen Erlebnis von Artzenal detailgetreu nachzubilden.
"Wir mussten von Anfang an die richtigen Entscheidungen treffen, ansonsten hätten wir später zum Rohmodell zurückkehren und Prozesse wiederholen müssen", sagt Petras. "Indem wir auf Erfahrungen aus der Spieleentwicklung und auf der Unreal Engine als Plattform aufbauten, nutzten wir Aufteilung und Optimierung als einen wichtigen Schritt, der uns ein 'Spielmodell' lieferte, das nun in unseren Echtzeit-Szenarien völlig dynamisch eingesetzt werden kann."
Nachdem wir den wichtigen Meilenstein erreicht hatten, die Albatros-Dampflokomotive in der Unreal Engine reibungslos laufen zu lassen, arbeitet das Team nun an der Aufgabe, diese gewaltige virtuelle Maschine zum Leben zu erwecken.
Virtuelle Zukunft der Albatros
Nachdem wir den wichtigen Meilenstein erreicht hatten, die Albatros-Dampflokomotive in der Unreal Engine reibungslos laufen zu lassen, arbeitet das Team nun an der Aufgabe, diese gewaltige virtuelle Maschine zum Leben zu erwecken.
Die nächsten Schritte umfassen das Hinzufügen der beabsichtigten Funktionen, Interaktionen und Bedienbarkeit sowie das Erstellen von Branches für die Nutzung auf den finalen Zielplattformen – 2021 will das Team die Albatros in die virtuelle Realität übertragen und hochwertige Projektionen als interaktive Erlebnisse erstellen. In der Kombination der visuellen Qualität von Scans und praktischer Vermittlung von Informationen und Bildung liegt großes Potenzial – in diesem Fall das Erleben einer Dampflokomotive in unterhaltsamen, spielerischen Szenarien.
Das VR-Szenario für die Albatros dauert etwa 10-15 Minuten, in denen die Nutzer sich der "kalten" Lokomotive nähern und sie betriebsbereit machen, indem sie eine Prüfung durchführen sowie Schmiere, Kohle, Wasser und Sand nachfüllen. Nachdem diese Aufgaben erfüllt sind, gehen die Nutzer in den Führerstand und entzünden das Feuer, bauen Druck und Dampf auf, setzen Ventile und Hebel und ziehen zum Schluss die Pfeife und fahren los – mit voller grafischer Darstellung, Geräuschen und Bewegungen.
Wie das Team bei Artzenal sagt: "Für uns ist dies die Essenz des virtuellen Kulturerbes – einem neuen Publikum Dinge digital zugänglich zu machen und vor allem Barrieren zu durchbrechen, indem wir wertvolle Inhalte und Wissen in ansprechender Form präsentieren."
Wie das Team bei Artzenal sagt: "Für uns ist dies die Essenz des virtuellen Kulturerbes – einem neuen Publikum Dinge digital zugänglich zu machen und vor allem Barrieren zu durchbrechen, indem wir wertvolle Inhalte und Wissen in ansprechender Form präsentieren."
Hinweis: Zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Blogbeitrags war RealityScan unter dem Namen RealityCapture firmiert, wobei der Name des Unternehmens CapturingReality lautete.
RealityScan herunterladen
RealityScan kann von Studierenden, Lehrkräften sowie Einzelpersonen und Unternehmen mit einem jährlichen Bruttoumsatz von weniger als 1 Million US-Dollar kostenlos verwendet werden.Überschreitest du die Schwelle von 1 Mio. $? Dann besuche unsere Lizenzierungsseite, um mehr über deine Kaufoptionen zu erfahren.
Den Launcher herunterladen
Bevor du RealityScan installieren und ausführen kannst, musst du den Epic Games Launcher herunterladen und installieren.
Epic Games Launcher installieren
Öffne den Launcher nach dem Herunterladen und melde dich bei deinem Epic-Games-Konto an oder erstelle ein neues Konto.
Es treten Probleme auf? Erhalte Support oder starte den Download deines Epic Games Launchers wie in Schritt 1 beschrieben neu.
RealityScan installieren
Sobald du eingeloggt bist, navigiere zum Tab "RealityScan" unter "Unreal Engine" und klicke auf die Schaltfläche "Installieren", um die neueste Version herunterzuladen.