Artec 3D-Scannen bringt Licht in einen barbarischen, vergessenen Sport aus der Geschichte Englands

Von Paul Hanaphy

3D-Scanner

Artec Space Spider

Herausforderung: Die Digitalisierung eines 400 Jahre alten Knochens mit einer derartigen Präzision, dass eine naturgetreue Kopie reproduziert und weitergegeben werden kann. Das Ziel ist, die Öffentlichkeit über einen brutalen Sport aus der englischen Frühzeit zu informieren.

Lösung: Artec Space Spider, Artec Micro, Artec Studio

Ergebnis: Naturgetreue 3D-gedruckte Modelle von Bärenknochen, die den Museumsbesuchern gezeigt werden, damit sie die Größe der Gebeine und die Verletzungen selbst nachvollziehen können. Diese dokumentieren auch, wie ein Exemplar ursprünglich aussah, bevor er im Rahmen von Beschädigungen ausgesetzt war.

Warum Artec 3D? Mit dem Artec 3D-Scanner konnte der Knochen präzise und ohne ständiges Berühren erfasst werden. Dadurch war er vor Beschädigungen geschützt und konnte viel schneller vermessen und 3D-modelliert werden, als dies mit Messschiebern oder Photogrammetrie der Fall gewesen wäre.

Studenten der Universität Nottingham lernen, Exponate mit Artec Space Spider zu digitalisieren. Foto mit freundlicher Genehmigung der Universität von Nottingham

In Filmen werden sie oft als Raubtiere dargestellt, die im Wald verirrte Wanderer angreifen, doch fallen in Wirklichkeit viel öfter die Bären der Gewalt der Menschen zum Opfer. Bären werden nach wie vor in Gefangenschaft gehalten und grausamen Praktiken, wie dem Abzapfen von Galle, unterworfen. Und in Zeiten, als die Bärenhatz noch verbreitet war, hatten die Tiere natürlich noch mehr zu leiden.

Im 16. Jahrhundert hatte sich der Brauch, dass Stiere gegen Hunde im Schaukampf vorgeführt wurden, bevor ihre Felle verkauft werden konnten, zu einer beliebten Form der Unterhaltung entwickelt.

Soweit wir wissen, wurden die Stiere (oder später die Bären) an Pfähle gebunden, bevor Hunde auf sie losgelassen wurden, wobei die Zuschauer auf den Sieger wetten konnten. Auch im London zu Lebzeiten Shakespeares war das Vorführen von Stieren in der Nähe von Schauspielhäusern häufig zu sehen und wurde derart populär, dass es sogar einen königlich ernannten „Meister“ für die Schaukämpfe unter Tieren gab.

Eine Karikatur, die die Bärenhatz im neunzehnten Jahrhundert darstellt. Bild mit freundlicher Genehmigung von Wikimedia Commons

Da viele Briten das Thema Bärenhatz gar nicht mehr kennen, müssen die Generationen von heute über die brutale Vergangenheit des Landes aufgeklärt werden. Dieser Aufgabe hat sich die Initiative Box Office Bears mit Hilfe von Artec Space Spider und Artec Micro angenommen.

Box Office Bears

Forscher der Universitäten Nottingham, Oxford und Roehampton riefen gemeinsam mit dem Museum of London Archeology (MOLA) die Initiative Box Office Bears ins Leben, um die Geschichten der Tiere, die hinter Englands Bärenhatz stecken, zu ergründen und zu verstehen.

Die Initiative soll Funde wie Knochen, Gebäudereste, Karten und Tagebucheinträge zusammenbringen, um den Sport und seine verstörende Beliebtheit besser zu verstehen. Damit die Knochenproben wissenschaftlich analysiert werden können, müssen diese angebohrt werden, was zwar unweigerlich zu Schäden führt, aber auch wichtige neue Informationen zutage fördert.

Nachdem das Team erhebliche Mittel des Arts and Humanities Research Council (AHRC) eingeworben hatte, fand es noch einen Weg, die Funde zunächst digital zu konservieren. In Zusammenarbeit mit dem Gold-zertifizierten Artec Partner Patrick Thorn and Co. wurden Artec Micro und Artec Space Spider erworben und für die Arbeit eingesetzt. Bei Micro und Space Spider handelt es sich um Geräte, die sich im Bereich der Denkmalpflege bereits häufiger bewähren durften.

Digitalisierung eines 400 Jahre alten Schienbeins

Die leitende Forscherin Hannah O'Regan hatte ihre erste Probe bereits mit einem Space Spider der University of Nottingham Medical School gescannt, noch bevor die neu angeschafften Geräte überhaupt geliefert worden waren.

Später machte sich Assistenzprofessorin Natasha Noel-Barker an das Scannen und stellte fest, dass die genaue Digitalisierung eines 400 Jahre alten Schienbeins schnell und einfach zu bewerkstelligen war. Das Exemplar selbst war braun, eine Farbe, die normalerweise schwer zu erfassen ist. Doch mit dem ultrapräzisen Gerät konnte Natasha auch so komplizierte Details wie winzige pathologische Merkmale in erstaunlicher Auflösung erfassen.

Natasha Noel-Barker aus Nottingham bei der Bearbeitung von Artec Space Spider-Scans eines 400 Jahre alten Bärenschienbeins. Bild mit freundlicher Genehmigung der Universität Nottingham

Sogar gekrümmte NURBS-Oberflächen, die laut O'Regan mit Maßbändern oder Messschiebern „fast unmöglich zu messen“ sind, wurden mit unglaublicher Genauigkeit erfasst. Die ersten Scans von Noel-Barker ergaben ein realistisches 3D-Modell des Schienbeins, das später sogar in 3D gedruckt wurde, damit die Besucher der Ausstellung „Bears! Nature, culture, and beyond!“ einzelne Exponate auch anfassen können.

Wie bei der wissenschaftlichen Analyse alter, empfindlicher Überreste nicht anders zu erwarten, hat sich das kontaktlose Arbeiten mit dem Gerät als weiterer großer Vorteil des 3D-Scannens erwiesen. Für O'Regan und ihre Kollegen, die jahrhundertealte Exemplare untersuchen, erwies sich Space Spider als perfekt geeignet für die Digitalisierung ohne Beschädigungen oder Verunreinigungen.

„Für die Isotopenforschung, die Radiokohlenstoffdatierung und die DNA-Analyse muss eine Probe entnommen werden, und dazu muss man ein Loch machen“, erklärt O'Regan. „Vor der Einführung des 3D-Scannens hätten wir Fotos gemacht und Messungen durchgeführt. Jetzt können wir auch Knochen in 3D scannen, so dass wir einen vollständigen Datensatz erhalten.“

„Mit Space Spider können wir Knochen digitalisieren und in 3D ausdrucken oder sie in Websites einbetten, so dass die Menschen die Proben persönlich oder am Bildschirm bearbeiten können – das ist großartig!“

Erzielen einer hervorragenden Auflösung

Susie Sherwin, Labortechnikerin in Nottingham, wurde zu einer zentralen Figur bei den Digitalisierungsarbeiten im Rahmen der neuen Initiative N-MESH Labs für die Erforschung des Kulturerbes, indem sie alles, von einem uralten Würfel bis zu einem Paar Wikingerstiefeln, für Ausstellungen in Schulen und Museen nachbildete.

Mit Micro, einem stationären 3D-Scanner mit einer atemberaubenden Genauigkeit von zehn Mikrometern, konnte Sherwin sogar kleinere Objekte wie Münzen scannen und dabei auch winzige Feinheiten erfassen. Als Alleinstellungsmerkmal des Geräts sieht sie dessen Fähigkeit, „alle Winkel abzudecken zu erfassen“, und sie fügt hinzu: „Solange man daran denkt, die Objekte umzudrehen, kann man sicher sein, dass Micro alles erfassen wird.“

An anderer Stelle hat Sherwin ein weiteres Mal zur Bärenforschung beigetragen und einen Schädel aus dem Buxton Museum and Art Gallery digitalisiert. Neben den präzisen Erfassungsmöglichkeiten waren die handliche Form und die Tragbarkeit von Space Spider mitentscheidend dafür, dass das Objekt schnell und präzise für die Ausstellung im Archäologiemuseum des Nottingham University Museum of Archeology repliziert werden konnte.

Die Erfassungs- und Verarbeitungssoftware Artec Studio war ein weiterer Schlüssel zum Erfolg. Nach einigen Hinweisen von Patrick Thorn bewertete Sherwin den automatischen Ausrichtungsalgorithmus der Plattform als ideal für die Überlagerung von Scans, um vollständige Ergebnisse zu erhalten. Bei der Digitalisierung einer Vase erwies sich die manuelle Ausrichtung später als effektiver, was auch die enorme Flexibilität des Programms verdeutlicht.

In den kommenden Monaten plant Sherwin, eine weitere Funktion von Artec Studio zu nutzen: den Import von Photogrammetriedaten. Die Kombination solcher Daten mit hochauflösenden 3D-Scans ermöglicht die Erstellung von Polygonnetzen mit naturgetreuen Texturen und noch genaueren Messdaten.

Nachdem die Studenten in Nottingham bereits mit der Technologie experimentiert haben, geht Sherwin nun davon aus, dass diese schnell zu einer Verbesserung der Qualität der an der Universität entstehenden Modelle führen wird.

„Im Rahmen unseres Netzwerks haben wir ein digitales Labor, in dem Studenten alte Dokumente und andere Museumsstücke scannen können“, erklärt Sherwin. „Bisher haben sie mit Photogrammetrie gearbeitet, und in diesem Jahr fügen wir 3D-Scans hinzu und kombinieren beides, so dass wir eine noch bessere Qualität erreichen können.“

„Die Photogrammetrie [allein] erfasst nicht unbedingt alles, was man abbilden möchte. Doch das 3D-Scannen ist hier ganz wunderbar – man kann sich um 360 Grad um ein Objekt drehen, heranzoomen und so viel mehr Details erfassen.“

Alte Geheimnisse aufdecken

Mit Hilfe der 3D-Scanner von Artec ist das Team der Universität Nottingham in der Lage, sich schnell über Funde auszutauschen. Zudem wird die Technologie auch in weitere Arbeitsabläufe integriert, um verschiedene Forschungsziele voranzutreiben.

„Es ist eine aufregende Sache, und es gibt eine Menge Potenzial für unsere Arbeit“, fügt O'Regan hinzu. „Jetzt können wir jeden Knochen, den wir untersuchen wollen, röntgen und in 3D scannen. Auf diese Weise erhalten wir ein wirklich gutes Bild von der gesamten Probe, bevor wir überhaupt über das Anbohren nachdenken. Das ist aus unserer Sicht sehr, sehr wertvoll.“

Drei Mitglieder von Box Office Bears, Dr. Andy Kesson, Prof. Hannah O'Regan und Dr. Liam Lewis, posieren vor einem Bären-Aufsteller. Bild mit freundlicher Genehmigung der Universität von Nottingham

In Zukunft wird die Sammlung des Fachbereichs an digitalen Objekten nur noch wachsen, zumal die Studenten sich immer besser mit dem wachsenden Fundus an technischen Werkzeugen des N-MESH Labs vertraut machen. Ob durch 3D-Scannen, Photogrammetrie, Software zu Polygonnetzbereinigung oder eine Kombination aus allen drei Verfahren – das Ziel ist, einem breiten Publikum mit einer Online-Sammlung von naturgetreuen Abbildungen die Forschung zum britischen Kulturerbe zu vermitteln.

Besucher konnten das Original-Schienbein und den Schädel des Bären auf der Ausstellung „Bears! Nature, culture, and beyond!“, die bis zum 31. Dezember 2023 zu sehen war, erleben.

Die aktuelle Auswahl an 3D-gescannten archäologischen Modellen der Universität Nottingham kann hier über Sketchfab aufgerufen werden.