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3D-Technik: Mathematiker und Wildtierforscher kooperieren

15.04.2011
Modernste 3D-Technik zeigt bisher ungeahnte Einsatzmöglichkeiten für wissenschaftliche Arbeits- und Betrachtungsweisen

Gemeinsame Medieninformation der TU Berlin und des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW)

Wissenschaftler des 3D-Labors am Institut für Mathematik der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) haben das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung Berlin (IZW) bei der Untersuchung zur Todesursache des Eisbären Knut technisch durch die Anwendung modernster 3D-Techniken unterstützt.

In einem seit 2010 laufenden Kooperationsprojekt zwischen TU Berlin und IZW werden für die Wildtierforscher Digitaldaten aus einem Toshiba Forschungs-Computertomographen (F-CT) über eine Segmentierungstechnik in das Format eines 3D-Drahtgittermodells überführt. Dieses Format ermöglicht die Visualisierung von 3D-Daten, aber auch die Fertigung von realen 3D-Modellen, die einen detailgetreuen Blick in das Innere des Modells ermöglichen. Die computergestützte Erstellung dieser „begreifbaren“ Modelle erfolgt durch einen 3D-Druck aus Materialien wie Gips, Kunststoffen oder Metallen. So wurde beispielsweise der Schädel von Knut am Institut für Mathematik gefertigt. Dadurch werden die Analyse- und Diagnosearbeiten in der Wildtiermedizin nachhaltig verbessert. Der Einsatz von 3D-Techniken zeigt nicht nur ansprechende optische Gestaltungsmöglichkeiten, sondern eröffnet durch seine modernste Technologie auch völlig neue wissenschaftliche Arbeits- und Betrachtungsweisen. Dazu gehören interaktive 3D-Projektionen, bei denen der Betrachter im Gegensatz zum nur passiv erlebbaren 3D-Film selbst aktiv in die Darstellung eingreifen und ein Objekt aus allen Blickwinkeln betrachten oder sogar virtuell durch dieses „hindurchlaufen“ kann.

Beim Wissenstransfer für Aus- und Weiterbildung oder für die öffentliche Vermittlung von Aspekten des Verständnisses für die Natur und speziell für die Tierwelt müssen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht mehr nur auf Fotos, Filme oder Präparate zurückgreifen. Durch reale oder projizierte dreidimensionale Modelle kann eine plastische Erlebbarkeit hergestellt werden: Ein virtueller Spaziergang durch einen Tierkörper ist instruktiver als jede Zeichnung oder jeder Gewebeschnitt.

In einem weiteren Kooperationsprojekt sollen der Zugang zu und die Arbeitsmöglichkeiten mit wissenschaftlichen Sammlungen verbessert werden. Als Grundlage dient die Sammlung von CT-Daten des IZW. Sie soll um digitalisierte 3D-Modelle ergänzt werden, systematisch in einer Datenbank abgespeichert und künftig für wissenschaftliche Zwecke über das Internet zur Verfügung gestellt werden. So kann dann etwa ein Wissenschaftler in den USA sich derartige Modelle auf seinen Rechner herunterladen, ohne dass kostspielige Reisen oder die Versendung von Originalobjekten notwendig werden. Mit einem 3D-Drucker könnte er sich entsprechende 3D-Modelle ausdrucken. Zu diesem Thema wurde kürzlich ein gemeinsamer Antrag bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eingereicht.

Die Beispiele illustrieren mögliche Anwendungen modernster 3D-Techniken. In der Verarbeitungskette „Datengewinnung – Datenverarbeitung – Datenverwertung und Datenausgabe“ bildet jedoch die Erhebung geeigneter 3D-Daten den ersten Schritt. Diese können beispielsweise bei der Kooperation mit den Wildtierforschern aus CT-Daten gewonnen werden, aber auch aus computergestützten technisch-mathematischen Konstruktionen etwa mit Hilfe von CAD-Programmen oder durch das Einscannen von Objekten mit einem so genannten 3D-Scanner. Zwischen Ein- und Ausgabe steht die eigentliche Datenverarbeitung durch den Mathematiker und Informatiker mithilfe komplexer Verfahren und Software und unter Einsatz hoher Rechenkapazitäten.

Das 3D-Labor der TU Berlin verfügt über eine Ausstattung, die die vollständige Realisierung der Verarbeitungskette gestattet. Die genannten 3D-Techniken haben zwischenzeitlich Einzug in eine beinahe unüberschaubare Anzahl an Anwendungsgebieten gehalten, aus denen das 3D-Labor eine breite Palette vorweisen kann – von der mathematischen Forschung über technisch-naturwissenschaftliche Anwendungen aller Art, Medizin und Medizintechnik, Architektur, Design und Bildende Kunst. Dies spiegelt sich auch in der personellen Struktur des 3D-Labors wider. Hier arbeiten derzeit Mathematiker mit Informatikern und Architekten sowie einem Bildenden Künstler zusammen.

Die Anfänge des 3D-Labors stehen im Zusammenhang mit dem DFG-Forschungszentrum MATHEON. Dabei konnte – zunächst allein für die mathematische Forschung – die Beschaffung der 3D-Projektionsausstattung aus Mitteln der DFG realisiert werden. Dank der Förderung durch die Senatsverwaltung für Bildung, Wissenschaft und Forschung mit Drittmitteln aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) wurde die technische Ausstattung in den vergangenen Jahren deutlich auf den heutigen Stand erweitert. Dies illustriert auch die zunehmende wirtschaftliche Bedeutung von 3D-Techniken bei der Verkürzung von Produktentwicklungszeiten durch das so genannte Rapid Prototyping (schnelle Herstellung von Musterbauteilen) und neuerdings durch das Rapid Manufactoring (schnelle Herstellung von Kleinserien), bei dem die maßgeschneiderte Herstellung von Produkten möglich ist. Das 3D-Labor kooperiert dabei mit Unternehmen aus der Region. Einen Bereich mit großem Entwicklungspotenzial stellt hier die Medizin dar, beispielsweise künftig bei der Herstellung von Knochen- und Gewebeersatz oder im Körper einzusetzender prothesenartiger Teile.

Fotos auf Anfrage: pressestelle@tu-berlin.de

Weitere Informationen erteilen Ihnen gern:

Technische Universität Berlin, 3D-Labor am Institut für Mathematik, Straße des 17. Juni 136, 10623 Berlin
Prof. Dr. Hartmut Schwandt, Tel.: 030/314 23 495,
E-Mail: schwandt@math.TU-Berlin.DE
Stefanie Terp, Pressesprecherin der TU Berlin, Tel.: 030/314 23 922,
E-Mail: steffi.terp@tu-berlin.de
Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) im Forschungsverbund Berlin e.V., Alfred-Kowalke-Str. 17, 10315 Berlin
Dr. Thomas Hildebrandt, E-Mail: hildebrandt@izw-berlin.de
Steven Seet, Tel.: 0177/857 26 73, E-Mail: seet@izw-berlin.de
Hintergrundinformationen:
Das Institut für Mathematik der TU Berlin zeichnet sich durch vielfältige Kooperationen aus: innerhalb Berlins, national und international. Die Sprecherschaft in zwei neuen mathematischen DFG-Graduiertenkollegs, Beteiligungen an Sonderforschungsbereichen, weiteren Graduiertenkollegs, Forschergruppen der DFG sowie verschiedene Preise und Auszeichnungen unterstreichen das hohe Niveau und internationale Renommee des Instituts. Die Berlin Mathematical School (BMS), eine "Graduate School" der mathematischen Institute der drei Berliner Universitäten, hat ihr Zentrum am Institut für Mathematik der TU Berlin und wird über die Exzellenzinitiative gefördert. Das Institut ist maßgeblich am DFG-Forschungszentrum MATHEON "Mathematik für Schlüsseltechnologien" beteiligt, einem international beachteten Exzellenzzentrum, in dem fast 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anwendungsgetriebene Grundlagenforschung betreiben.

http://www.math.tu-berlin.de/

Das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) ist eine national und international renommierte Forschungseinrichtung, die anwendungsorientierte und interdisziplinäre Grundlagenforschung in den Bereichen Evolutionsökologie und -genetik, Wildtierkrankheiten sowie Reproduktionsbiologie und -management bei Zoo- und Wildtieren betreibt. Aufgabe des IZW ist die Erforschung der Vielfalt der Lebensweisen, der Mechanismen evolutionärer Anpassungen und der Anpassungsgrenzen inklusive Krankheiten von Zoo- und Wildtieren in und außerhalb menschlicher Obhut sowie ihrer Wechselbeziehungen mit Mensch und Umwelt. Die gewonnenen Erkenntnisse sind Voraussetzung für einen wissenschaftlich begründeten Artenschutz und für Konzepte der ökologischen Nachhaltigkeit der Nutzung natürlicher Ressourcen.

Stefanie Terp | idw
Weitere Informationen:
http://www.izw-berlin.de
http://www.math.tu-berlin.de/

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