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Diese Arbeit behandelt das Thema der Sichtbarmachung von Fingerabdrücken, sowie deren photogrammetrische Aufnahme. Dabei wird die Frage geklärt, ob der Qualitätsverlust eines photogrammetrischen Scans das Erkennen des Grundmusters, einzelner Minuten und eventuell auch kleineren Strukturen beeinträchtigt. Es werden die angewandten Methoden zur Sichtbarmachung, Sicherung und Photogrammmetrie präsentiert, sowie die daraus resultierenden Ergebnisse.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Implementation einer Werkzeugkette, die es dem Nutzer ermöglicht, in einer Benutzeroberfläche digitale Objekte in dessen Form und Oberfläche zu manipulieren, und im Anschluss eine automatisierte Bilderreihe der Objektes zu erhalten.
Schwerpunktmäßig werden in dieser Arbeit gewisse Programmkomponenten auf spezifische Problemstellung der digitalen Nahbereichsphotogrammetrie ausgelegt, die eine ungenaue Rekonstruktion bei detailgenauen Modelleigenschaften aufweist. Hierzu werden dem Nutzer Modellspezische inkrementelle Manipulationen bereitgestellt, die optimalerweise die Extremefälle der Rekonstruktionsqualität moderner Photogrammetrie-Software beurteilen lässt. Nicht-Modell Faktoren, die potentiell zu Fehlern in der Genauigkeit beitragen können, sollen, soweit es technisch möglich ist, für moderne photogrammetrische Software optimiert und damit ausgegrenzt werden. Näher soll dabei auf die Kapabilitäten von detaillierten und realitätsnahen Objekten eingegangen werden. Es soll trotz der digitalen Umgebung, realitätsnahes Umgebungslicht eingebracht werden, sowie gewisse komplexe Materialien und Materialeinstellungen implementiert werden.
Diese Abschlussarbeit befasst sich mit der Generierung von dielektrischen Materialen mit Hilfe von Photogrammetrie und der Nutzung prozeduraler Methoden. Dabei werden beide Ansätze analysiert und miteinander verglichen. Im Rahmen der Umsetzung von drei bestimmten Materialien wird untersucht, welche Workflows zur Erstellung genutzt wurden, welchen Arbeitsaufwand sie benötigen und an welcher Stelle Probleme auftraten. Durch die Evaluation ergibt sich schließlich, für welchen Typus von Materialien sich die jeweiligen Methoden als zeiteffizient und praktisch, oder als zeitaufwändig und problematisch oder gar unmöglich herausstellen. Die praktische Durchführung endet mit der Auswertung der Ergebnisse und zeigt, dass beide Methoden für jegliche Art von dielektrischem Material genutzt werden können, die photogrammetrische Umsetzung meistens jedoch schneller verläuft. Bei korrekter Ausführung kann durch beide Ansätze das gleiche Ergebnis erzielt werden. Somit entscheiden lediglich der bevorzugte Stil, sowie die Fähigkeiten und das vorhandene Equipment des Künstlers darüber, welcher Workflow bevorzugt gewählt wird.
Das erste Ziel dieser Arbeit war es zu evaluieren, inwiefern in der Praxis mit Hilfe von zwei Photogrammetrie-Softwares Spurenträger mit sich stark unterscheidenden Oberflächen dreidimensional modelliert werden können und welche Auswirkungen die Ergebnisse auf die darauf befindlichen (Blut-) Spuren und damit der forensischen Nutzbarkeit haben. Es wurden dafür drei Objekte gewählt, welche aufgrund ihrer unterschiedlichen Oberflächen- und Textureigenschaften im photogrammetrischen Kontext in drei verschiedene Schwierigkeitsklassen unterteilbar sind. Zudem wurden alle Gegenstände mit passiven Blutspuren benetzt, um zu bewerten, inwiefern anhand der erzeugten Modelle in Hinblick auf die Qualität eine digitale Blutspurenmusteranalyse inklusive Vermessung möglich ist. Um eine Gegenüberstellung einer frei verfügbaren und professionellen Photogrammetrie-Software in Bezug auf die Quali- und Quantität der Ergebnisse durchzuführen, wurde das kostenfreie Meshroom und als Gegenpol das kostenpflichtige Agisoft Metashape für die 3D-Modellie-rung der Objekte verwendet. Alle Spurenträger wurden zuerst mit den jeweiligen Standardeinstellungen der Softwares modelliert. Durch eine Abänderung der Standard-Pipelines wurde dann versucht die Modell- und Spurqualität maßgeblich zu verbessern. Für die 3D-Modellierungen wurde in beiden Softwares dasselbe Bildmaterial (inkl. Polfilteraufnah-men) genutzt.
Da an der Hochschule Mittweida beide zu evaluierenden Photogrammetrie-Softwares zur Verfügung stehen, war ein zweites Ziel dieser Arbeit Handlungsempfehlungen in Form von je einem Entscheidungsbaum pro Schwierigkeitsklasse ausgehend von den Ergebnissen zu formulieren, um die Auswahl der richtigen Software inklusive der Einstellungen bei der digitalen forensischen Sicherung von unterschiedlichen Objekten mit Blutspuren zu vereinfachen.
Zusammenfassend sollen in dieser Arbeit die folgenden vier Fragestellungen beantwortet werden:
▪ Können die 3D-Modelle der unterschiedlich schweren Objekte innerhalb der beiden verwendeten Photogrammetrie-Softwares in Bezug auf ihre Modell- und Spurqualität durch eine Optimierung der Standard-Pipelines und der Bildaufnahme maßgeblich verbessert werden?
▪ Welche der beiden verwendeten Photogrammetrie-Softwares stellt die unterschiedlich schweren Objekte inklusive ihrer Blutspuren als 3D-Modell qualitativ hochwertiger und realistischer dar?
▪ Inwiefern ist anhand der Qualität der 3D-Blutspuren der unterschiedlich schweren Objekte innerhalb der beiden verwendeten Photogrammetrie-Softwares eine digitale Blutspurenmusteranalyse inklusive Vermessung möglich? Wie genau sind die Vermessungen?
▪ Lassen sich ausgehend von den Erkenntnissen der ersten drei Fragestellungen all-gemeine Vorgehen für unterschiedlich schwere Spurenträger für die digitale forensische Spurensicherung formulieren?
Innerhalb dieser Arbeit wurde geprüft, ob die Sensorgröße einer digitalen Kamera einen Einfluss auf Umfang und Qualität von photogrammetrisch erstellter 3D Modelle besitzt. Konkret wurden die Kameras Lumix GC91-M und Nikon D7500 für diese Arbeit verwendet. Dafür wurden zwei verschiedene Versuchsaufbauten entworfen. Im ersten Versuchsaufbau wurde geprüft, wie zuverlässig die Wiedergabe von dreidimensionalen Objekten auf großflächigen Strukturen ist. Im zweiten Versuchsaufbau wurde die Wiedergabe von komplexen dreidimensionalen Strukturen überprüft. Mit der Software "Agisoft Metashape" wurden automatisiert 3D Modelle erstellt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Sensorgröße einen geringen Einfluss auf die Modelle besitzt. Dieser zeigt sich vor allem bei geringen Abständen (einen Meter) zu dem fotografierten Objekt.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Evaluation von Methoden zur Erzeugung von Körpermustern im Kontext der forensischen 3D-Rekonstruktion. Dabei wurde die Hypothese verfolgt, dass eine Photogrammetrie-CAVE für diese Anwendung die besten Ergebnisse erzielen kann. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit hinterfragt, welche Methoden für diese Anwendung infrage kommen, wie effizient und genau diese sind und welche Unterschiede zwischen den Methoden zu erkennen sind. Um diese Fragen zu beantworten, wurden im Rahmen der Arbeit mehrere Modelle von verschiedenen Probanden unter Nutzung drei verschiedener Softwares erzeugt und evaluiert. Die Evaluation zeigt dabei große Unterschiede im Zeitaufwand und der Genauigkeit der Modelle. Weitere Forschung auf diesem Gebiet könnte die Nutzung der in dieser Arbeit verwendeten Software verfeinern, aber auch neue Ansätze und Softwaretypen auf ihre Tauglichkeit für diesen Anwendungsbereich testen.
In vielen Einsatzbereichen sind digitale Nachbildungen realer Gebäude von großer Wichtigkeit. Die Erstellung dieser Nachbildungen erfordert bei älteren bzw. historischen Gebäuden allerdings meist erheblichen Vermessungs- und Nachbearbeitungsaufwand mit großem Personal- und Zeitbedarf. Häufig wurde ein Gebäude stilistisch an die jeweilige Zeit angepasst, sodass einzelne Zustände nur mit historischem Bildmaterial reproduzierbar sind.
Am Beispiel mehrerer ausgewählter, aktuell existierender Gebäude der Stadt Mittweida sind realitätsnahe, digitale und veränderbare Modelle mittels eines möglichst automatisierten Workflows erstellt.
Die äußere Erscheinung dieser Modelle kann mit dem entwickelten System automatisiert an andere Stile anpasst werden, welche durch z.B. historisches Bildmaterials von Gebäuden vorgegeben sind. Aufgrund der vielfältigen Einsatzbereiche und weiten Verbreitung finden hierfür Verfahren der Photogrammetrie für die Erstellung und neuronale Netze für die Stilanpassung Anwendung, welche auf handelsüblicher Hardware eingesetzt werden können. Eine Evaluierung erfolgte durch bildlichen Vergleich der stilangepassten Modelle mit dem zugehörigen Bildmaterial.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Arbeitsablauf entwickelt, welcher es ermöglicht daktyloskopische Spuren aus photogrammetrischen 3D-Modellen abzulösen. In der anschließenden Evaluation wird geklärt, ob diese digital abgelösten Spuren denselben Informationsgehalt haben wie real abgelöste Spuren. Dargestellt werden daktyloskopische Grundlagen, Methoden aus der 3D-Modellierung sowie die Photogrammmetrie. Außerdem werden die verwendeten Methoden sowie die daraus resultierenden Ergebnisse präsentiert.
In dieser Arbeit soll es um die Digitalisierung von Asservaten zur nachfolgenden Simulation im digitalen Raum handeln. Das Hauptaugenmerk soll dabei auf der Evaluation der Übertragbarkeit von Relationen zwischen den genannten Asservaten liegen. Zu zeigen soll sein, dass beim Anziehen einer Hose an einen Körper Relationen in Form individueller Falten entstehen, welche zum einen durch die Digitalisierung nicht verloren gehen sollen. Zum anderen soll analysiert werden inwieweit diese Relationen als Nebenprodukt bei dem Nachbau einer digitalen Anzieh-Simulation mit Hilfe der Digitalisate entstehen. Die Qualität dieser Relationen wird dabei im Vergleich zu den real-weltlichen Relationen Vergleichen. Neben der Hose als erstes Asservat wird sich außerdem einer Kleiderpuppe als zweites Asservat gewidmet. Die Kleiderpuppe bildet dabei eine Abstraktion zu einem menschlichen Körper auf Grund von Vereinfachungen dar. Auch wenn die Forensik über eine große Vielfalt an Methoden zur computergestützten Aufnahme, Analyse und Rekonstruktion von Spuren verfügt zeigt sich ein großer Bedarf hinsichtlich Techniken in Bezug auf die computergestützte Modellierung. Des Weiteren soll vor allem das Hauptaugenmerk von biometrischen Merkmalen wie beispielsweise Fingerabdrücken auf weitere wichtige Bestandteile eines Tatortes wie die Kleidung gerichtet werden. Mit Bezug auf diese Aussagen soll diese Arbeit zeigen, dass die Forensik zum aktuellen Zeitpunkt nicht über die benötigten Methoden verfügt, weshalb Methoden der Film- und Spieleindustrie benötigt werden. Eine spätere Evaluation soll dabei der Nutzen dieser Methoden hervorgehoben werden. Bei diesen Betrachtungen ist vor allem der Unterschied wichtig, dass bei der Film- und Spieleindustrie die gewählte Perspektive entscheidend für den Realitätsgrad der Simulierungen ist, wohingegen in der Forensik stets der höchste Realitätsgrad eines ganzen Abbildes angestrebt wird. Um den Nutzen in der Forensik zu analysieren wird der enthaltene Wahrheitsgehalt der Methoden evaluiert. So können zukünftig diese Erkenntnisse als Grundlagen für die Entwicklung eigener Methoden im Fachbereich der Forensik genutzt werden.
Das Ziel dieser Forschung ist die Erarbeitung eines effizienten Workflows für die Erstellung von 3D Modellen in Echtzeitanwendungen mit Hilfe der Photogrammetrie. Studios der Spieleentwicklung soll es dabei ermöglicht werden, optimierte Modelle für diese Anwendungen zu entwickeln und eine Balance zwischen der realistischen Abbildung der gescannten Person und Verwendbarkeit in einer Engine zu schaffen.
In Kooperation mit dem Technical Animator der Firma metricminds (Felix Lang) und dem Inhaber des Unikat 3D Studios (Ralf Böhm) wurden einige Anhaltspunkte zur Vorbereitung und Positionierung des Darstellers vor der initialen Aufnahme im Fotostudio ermittelt, welche im weiteren Verlauf Zeit einsparen sollen. Anschließend wurde, unter Verwendung verschiedener Programme, der zeiteffizienteste Workflow erarbeitet mit welchem eine realistische 3D Replika der Darstellerin erstellt werden konnte.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Komponenten Augen, Haare und Kleidung das realistischste Ergebnis liefern, wenn sie gesondert aufgenommen werden bzw. digital erstellt und simuliert werden. Im Falle dieser Arbeit musste die Darstellerin, inklusive Haare und Kleidung, mit nur einem Material gerendert werden, da alle Elemente gemein im Fotostudio aufgenommen wurden. Dies bedeutete einen Kompromiss für die Reflektivität des Modells zu finden, da dieser Wert sich für Kleidung, Haut und Haare unterscheidet.
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Anwendung der Photogrammetrie in der Entwicklung von Echtzeit-Rendering Anwendungen. Die photogrammetrischen Methoden zur Erstellung eines 3D Modells für Echtzeit-Rendering Anwendung werden Vorgestellt und mithilfe von praktischen Tests und quantitativen Umfragen wird eine Gegenüberstellung der traditionellen Modellierungsmethode und der photogrammetrischen herausgearbeitet, um feststellen zu können, wann es sich effektiv lohnt, photogrammetrische Methoden für die Erstellung von 3D Modellen zu verwenden. Das Ergebnis der Gegenüberstellung zeigt, dass die photogrammetrische Erstellung von 3D Modellen durch die Grenzen der Software und der notwendigen Arbeitsgeräte limitiert ist. Zudem lag der Arbeitsaufwand bei den Tests zu dieser Methode, deutlich über dem der traditionellen Modellierung. Jedoch wurde die Qualität der Modelle, die mithilfe der photogrammetrischen Methode erstellt wurden, als hochwertiger eingeschätzt.
AnthroWorks3D: Digitalisierung von Skelettfundstücken und die virtuell osteologische Untersuchung
(2021)
In der Anthropologie werden körperliche Überreste von Menschen historischer und rezenter Zeiträume mit dem Ziel der Aufdeckung ihrer Lebensumstände untersucht. Das Projekt AnthroWorks3D der Hochschule Mittweida verbindet Methoden der Videospielentwicklung und Osteologie, um das Knochenmaterial schonend und hoch-auflösend durch eine 3D-Scanpipeline zu digitalisieren und virtuell, ortsunabhängig und parallel zu vermessen mit dem Ziel, den Verschleiß am Knochenmaterial zu minimieren und die Fundstücke möglichst vielen Forschen-den zugänglich zu machen. Die virtuelle Vermessung wurde in einem ersten Test in Zusammenarbeit der Abtei-lung für historische Anthropologie und Humanökologie des Johann-Friedrich-Blumenbach-Instituts für Zoologie und Anthropologie der Universität Göttingen evaluiert. Dabei schätzen über die Hälfte der befragten Anthropo-logen den Prototypen als Alternative zur physischen Untersuchung ein, besonders in Anwendungsfeldern, in denen das Knochenmaterial nur schwer zugänglich ist.
Der Einsatz von künstlicher Intelligenz soll in der Zukunft auch die Verbrechensaufklärung unterstützen. Ein Teilgebiet dessen ist die Bewegungsanalyse von Menschen. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Verformung und Bewegung der Wirbelsäule, mit der Frage, wie viele Wirbel als digitale Knochen einzeln benötigt werden, um eine Bewegung noch möglichst natürlich und anatomisch korrekt darstellen zu können. Diese Arbeit befasst sich mit der Reduktion der Wirbelsäule bzw. einzelner Wirbel anhand der Erstellung und Posierung von 3DSkeletten, welche je über anders zusammengefasste Wirbel verfügen.
Für die Unfallrekonstruktion bietet die Erstellung eines 3D-Modelles viele Vorteile. Es fallen weniger Daten bei der Datenakquirierung an und somit wird benötigte Zeit an der Unfallstelle reduziert. Zusätzlich lassen sich Messungen direkt am 3D-Modell vornehmen. Um eine möglichst genaue 3D-Rekonstruktion zu ermöglichen, wurde in dieser Arbeit der Einfluss von verschiedenen Aufnahmemethodiken und softwarespezifischen Prozessparametern, auf das mithilfe der Photogrammetrie Software Agisoft PhotoScan erstellte Modell untersucht. Da es bisher wenig Literatur gab, welche sichmit der richtigen Parametrisierung des Rekonstruktionsprozesses auseinandersetzte, wurde dabei deshalb empirisch vorgegangen. Als unterschiedliche Aufnahmemethoden wurden die Aufnahme direkt mit der Kamera aus der Hand, an einem Stativ und aus der Luft mit drei verschiedenen Kamerasystemen analysiert. Die rekonstruierten 3D-Modelle wurden auf ihre Abweichung und auf die optische Ähnlichkeit zum realen Modell untersucht. Das Ziel dieser Arbeit war die Optimierung des Rekonstruktions- und Aufnahmeprozesses für die Aufnahme einer Fahrbahn. Dabei stellten sich heraus, dass sich für verschiedene Aufnahmemethodiken unterschiedliche Prozessparameter eignen und dass die Parametrisierung, neben der Aufnahmemethodik, einen großen Einfluss auf das fertige 3D-Modell hat.
Digitale 3D-Modelle finden zunehmend auch im Bereich der Kriminalistik Anwendung, da sie nicht nur zur dauerhaften Dokumentation eines Tatortes beitragen, sondern auch wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich des Tatherganges liefern können. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Überprüfung des Generierungsprozesses derartiger 3D-Modelle hinsichtlich der in der IT-Forensik geltenden Richtlinien für die Reproduzierbarkeit und Dokumentation. Diese Untersuchung ist von Bedeutung, da die digitale 3D Tatortrekonstruktion nicht nur für die Ermittler selbst Hinweise liefert, sondern auch vor Gericht maßgebliche Beweiskraft haben kann, insofern sie die Anforderungen erfüllt. Für die Überprüfung wurden die beiden Softwarelösungen Agisoft Metashape und Meshroom genutzt, um zahlreiche Modelle unterschiedlicher Parametersets zu generieren. Anschließend wurden die mit gleichen Ausgangsbedingungen generierten Modelle hinsichtlich ihrer Ähnlichkeit verglichen, um so die Reproduzierbarkeit zu untersuchen. Mithilfe der Handbücher wurden zudem die einzelnen Prozessschritte näher betrachtet und somit die Möglichkeiten der Dokumentation überprüft.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob und inwiefern es möglich ist, das Griffgeschehen anhand sichergestellter Spuren digital zu rekonstruieren. Um die Frage zu beantworten, wird sich neben der Anatomie der Hand auch mit den Ansprüchen der Photogrammetrie sowie der Erstellung und Weiterverarbeitung von 3D-Modellen beschäftigt. Das Ziel besteht zum einen darin, mittels photogrammetrischer Aufnahmen, ein 3DModell von dem Spurenträger sowie dem Spurenverursacher zu erstellen. Die Hand soll hierbei ausgestreckt sein. Zum anderen soll mit den entstandenen Modellen der Griff wiederhergestellt werden, in dem das Handmodell in Blender bewegt werden soll. Es stellte sich heraus, dass sich die vorgestellten Methoden zur Erstellung eines Handmodells nicht eigneten, um der Fragestellung dieser Arbeit nachzugehen. Der Hauptgrund besteht darin, dass die Hand, anders als die Tasse, kein Objekt ist und somit nicht auf den Drehteller abgestellt werden kann. Anders als bei Objekten, konnten die Photogrammetrischen Aufnahmen folglich ausschließlich händisch aufgenommen werden. Zudem erwiesen sich die Aufnahmen der ausgestreckten Hand als schwierig. Besondere Probleme bereitete hierbei das Stillhalten der Hand aufgrund der unnatürlichen Pose und der Dauer der Bildaufnahmen. Insgesamt dienen die Ergebnisse dieser Arbeit als Grundlage für weitere Forschungsthemen im Bereich Photogrammetrie sowie der Rekonstruktion des Griffgeschehens.