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Dieses Bild zeigt drei Anfertigungen eines 3D-Drucks von einer Buddha-Statue. Die ganz linke Statue wurde in einem relativ großem Maßstab gedruckt und erscheint weiß und wenig transluzent. Die mittlere Statue wurde mit den gleichen Druckereinstllungen gedruckt jedoch in kleinerem Maßstab. Dies führt dazu, dass sie nicht mehr weiß erscheint sondern nur haupsächlich Transparent. Die rechte Statue wurde im gleichen Maßstab wie die Mittlere gedurckt, jedoch wurde hier auf eine gleichbleibende Transluzenz im Vergleich zur großen Statue links geachtet. Deshalb erscheinen die linke und rechte Buddha-Statue im gleichen Farbton, obwohl die größe sehr unterschiedlich ist und deshalb auch die Lichtstreuung unterschiedlich ist.

3D-Softproof zur akkuraten Simulation volumetrischer Lichtstreueffekte und prozessbedingter geometrischer Fehler im 3D-Druck

Kurzbezeichnung: 3D-FarbSim

Fogra-Nr. 13.007
Projektleiter: Andreas Kraushaar
Partner: P. Urban (IGD Darmstadt), A. Kienle (ILM)
Förderung: BMWK (IGF) über AiF

Laufzeit: 01.08.2022 - 31.07.2024

Aufgabenstellung und Relevanz

Mit dem Ziel den Design- und Produktentwicklungsprozess von Objekten des grafischen 3D-Drucks zu verbessern, sollen in diesem Folge-Vorhaben (von FarbMod 3D) zwei aufeinander aufbauende Renderer entwickelt und validiert werden. Dies erfolgt hinsichtlich der physikalischen und wahrnehmungsgemäß genauen Simulation der visuellen Erscheinung. Dabei handelt es sich einerseits um einen geräteunabhängigen Renderer zur Simulation des "Soll-Designs" und andererseits um einen geräte-spezifischen Renderer zur Simulation des finalen 3D-Drucks, die beide physikalisch akkurat die Volumenlichtstreuung auch für optisch dünne Materialien berücksichtigen.

Hierbei liegt die Hypothese zu Grunde, dass die zum Einsatz kommenden Deep-Learning-Ansätze zur Schätzung der für die physikalisch präzise Darstellung nötigen optischen Parameter ein volumetrisches Renderung erlauben, das auf aktueller Computerhardware eine für die Entscheindungsfindung und Qualitätskontrolle ausreichend schnelle Visualisierung ermöglicht. Die hohe Güte der im Vorläufer-Vorhaben entwickelten intrinsischen und phänomenologischen Charakterisierungen und Modelle benötigte aufwändigen Laboraufbauten. Es wir die Hypothese aufgestellt, dass mit den modernen Methoden des auf Deep-Learning basierten inversen Renderings eine vergleichbare Güte mit deutlich einfacherem und geringerem Charakterisierungsaufwand möglich sein wird.

Andreas Kraushaar

Vorstufentechnik

+49 89 431 82 - 335

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Ansprechpartner

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Lösungsweg

Ziel dieses Vorhabens ist es, Anbieter von 3D-Visualisierungswerkzeugen in die Lage zu versetzen, Lösungen sowohl für die Qualitätskontrolle als auch im Rahmen der Entscheidungsfindung anzubieten, die zur Vermeidung hoher Kosten, zur Reduzierung der Umweltbelastung und zur Förderung der Kundenzufriedenheit führen. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen in drei Schwerpunkten wesentliche technische Herausforderungen überwunden werden:

  1. Simulation (korrekte Transluzenzdarstellung bereits im Desingprozess)
  2. Parametrisierung (Vereinfachung der Materialcharakterisierung)
  3. 3D-Farbkommunikation (Entwicklung eines 3D-Druck-Austauschfarbraums).

Bei Punkt 1. Simulation wird der im Vorgängerprojekt FarbMod 3D vom ILM entwickelte Renderer ergänzt um eine korrekte Simulation der Transluzenz.

Das Wesen des zweiten Schwerpunkts ist die Vereinfachung der im Vorläufer-Vorhaben erarbeiteten optischen Materialcharakterisierungen.

Der dritte Schwerpunkt umfasst zwei wesentliche Ziele. Zum einen soll ein 3D-Druck-Austauschfarbraum entwickelt werden, der die 3D-Produktentwicklung deutlich verbessert. Zum anderen sollen die entwickelten Methoden aktiv in der Branche kommuniziert werden.

Diese Abbildung zeigt den Projektplan dieses Forschungsprojekts (3D FarbSim). Zur Erreichung der Ziele gibt es drei Arbeitsschritte. In einem ersten Schritt, wird ein Renderer entwickelt, welcher Transluzenz als Alphakanal korrekt Simulieren kann. Im nächsten Schritt werden Möglichkeiten des inversen Renderings untersucht, welche zu einer deutlichen Laufzeitverbesserung führen können. Abschließend wird noch ein 3D-Austauschfarbraum für die Farbkommunikation entwickelt und die Ergebnisse veröffentlicht und in ISO-Normvorschlägen eingebracht.

Angestrebte Ergebnisse

Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung und Validierung von zwei aufeinander Aufbauenden Renderern. Einer der beiden soll ein geräteunabhängiges Rendering erstellen, das dem "Soll-Design" entspricht. Der zweite Renderer hingegen fertigt ein geräteabhängiges Rendering des finalen 3D-Drucks an.

 

 

Weiter wird ein neuer 3D-Druck-Austauschfarbraum entwickelt, der unter anderem in das iccMax-Framework integriert werden soll.