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Ob im Druck oder im Web – das Fraunhofer IGD denkt dreidimensional

Ob im Druck oder im Web - das Fraunhofer IGD denkt dreidimensional

Realistische 3D-Modelle durch Transluzenz und Transparenz. (Bildquelle: Fraunhofer IGD)

Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD stellt auf der SIGGRAPH 2018 drei Publikationen vor, die richtungsweisende Entwicklungen im 3D-Druck, in der 3D-Webvisualisierung und der optischen Materialerfassung beschreiben. Die angenommenen Publikationen bestätigen, dass das Institut eine internationale Spitzenstellung in der computergraphik-relevanten Forschung besitzt.

Auf der SIGGRAPH 2018, die in diesem Jahr vom 12. bis 16. August in Vancouver stattfindet, wurden diesmal gleich zwei Papers sowie ein Poster des Fraunhofer IGD zugelassen. Als weltweit größte Konferenz in der Computergraphik ist die SIGGRAPH das bedeutsamste internationale Wissenschaftsforum für Virtual Reality, Mixed Reality, Animation, Spiele und digitale Kunst.

Professor Philipp Urban beschreibt in seinem Paper mit dem Titel 3D Printing Spatially Varying Color and Translucency eine Technologie, mit der völlig neue Möglichkeiten im 3D-Druck entstehen. Im Kern entwickelte er gemeinsam mit seinen Mitarbeitern Alan Brunton, Can Ates Arikan und Tejas Madan Tanksale einen Algorithmus, mit dem Vollfarbe, Transluzenzen und Transparenzen realisierbar und zudem kombinierbar sind. Hieraus ergeben sich vielfältige Einsatzszenarien, etwa in der Filmindustrie und in der Medizintechnik. Urban zeigt in seinem Paper, wie es unter anderem damit möglich ist, transluzente Materialien wie Haut realistisch nachzubilden. Ingenieure und Designer können die entsprechenden 3D-Modelle mit herkömmlichen Modellierungswerkzeugen erzeugen und in Standarddateiformaten abspeichern. Auch das Kopieren von Objekten aus unterschiedlichen Materialien ist vorstellbar. Anwender und Kunden können auf dieser Basis jetzt Millionen Designs drucken, die bereits im Internet verfügbar sind. Die Technologie ist im vom Fraunhofer IGD entwickelten 3D-Druckertreiber Cuttlefish integriert und wird bereits von Kunden genutzt.

Das zweite Paper Box Cutter: Atlas Refinement for Efficient Packing via Void Elimination befasst sich mit einer Methode zur Optimierung von texturierten 3D-Modellen. Dr. Max Limper und seine Kollegen Nicholas Vining und Alla Sheffer von der University of British Columbia UBC zeigen darin, wie die Box-Cutter-Software in der Lage ist, Oberflächen von 3D-Modellen detailreicher darzustellen, ohne dass mehr Speicherkapazität erforderlich ist. Was von Experten bisher mit hohem Aufwand manuell im sogenannten Atlas arrangiert werden musste, übernimmt nun ein Algorithmus. Als denkbare Anwendungsgebiete nennt Limper 3D-Visualisierungen, Computerspiele, VR-Anwendungen und 3D-Darstellungen im Browser. Insgesamt erweitern sich die Einsatzmöglichkeiten von 3D-Modellen aufgrund der reduzierten Ladezeit deutlich.

Neben den beiden Publikationen wurde auch ein Poster des Fraunhofer IGD angenommen. Unter dem Titel Automated Acquisition and Real-time Rendering of Spatially Varying Optical Material Behavior stellen Martin Ritz und Pedro Santos den Konferenzbesuchern eine neue, vollautomatische Methode zur physikalisch realistischen Erfassung und Darstellung von optischem Materialverhalten vor. Je nach Lichteinfallsrichtung variieren Objektoberflächen erheblich – bisher eine große Herausforderung bei der Produktion realistischer 3D-Modelle. Die neue Methode transportiert die lichtabhängigen Oberflächenveränderungen in den Virtuellen Raum und ermöglicht im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen ein Rendern in Echtzeit. Durch die massive Einsparung im Speicherbedarf sind die erfassten Daten damit auf beliebige 3D-Modelle übertragbar. Anwendungsbeispiele finden sich in der Automobilbranche, wo verschiedene Materialien der Innenausstattung bereits vor Produktion eines Prototypen virtuell unter realistischer Beleuchtung geprüft werden können, oder in der Architektur.

Das Fraunhofer IGD lädt am 15. August zu einem Networking-Event in Vancouver ein, bei dem Gäste mit unseren Experten über diese Technologien und deren Anwendungsmöglichkeiten diskutieren können. Auch die Software instant3Dhub, die skalierbar auf allen Endgeräten 3D-Objekte visualisiert, wird dort unter Einsatz von Augmented Reality demonstriert. Dabei werden die 3D-CAD-Daten ohne manuelle Anpassungen direkt zum Tracking genutzt. Zudem wird bei der Veranstaltung eine Software vorgesellt, die die computergestützte Modellierung von gradierten Eigenschaften und multiplen Materialien für 3D-Bauteile und die Herstellung mittels 3D-Druck ermöglicht.

Weiterführende Informationen:

https://www.cuttlefish.de/
https://www.igd.fraunhofer.de/projekte/instant3dhub
https://www.igd.fraunhofer.de/projekte/cultlab3d

Das Fraunhofer IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing. Visual Computing ist bild- und modellbasierte Informatik. Vereinfacht gesagt, beschreibt es die Fähigkeit, Informationen in Bilder zu verwandeln (Computergraphik) und aus Bildern Informationen zu gewinnen (Computer Vision). Die Anwendungsmöglichkeiten hieraus sind vielfältig und werden unter anderem bei der Mensch-Maschine-Interaktion, der interaktiven Simulation und der Modellbildung eingesetzt.

Unsere Forscher an den Standorten in Darmstadt, Rostock, Graz und Singapur entwickeln neue technische Lösungen und Prototypen bis hin zur Produktreife. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern entstehen dabei Anwendungslösungen, die direkt auf die Wünsche des Kunden zugeschnitten sind.

Unsere Ansätze erleichtern die Arbeit mit Computern und werden effizient in der Industrie, im Alltagsleben und im Gesundheitswesen eingesetzt. Schwerpunkte unserer Forschung sind die Unterstützung des Menschen in der Industrie 4.0, die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die „Smart City“ und die Nutzung von digitalen Lösungen im Bereich der „personalisierten Medizin“.

Durch angewandte Forschung unterstützen wir die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft. Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen sowie Dienstleistungszentren können davon profitieren und mit Hilfe unserer Spitzentechnologien am Markt erfolgreich sein.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
http://www.igd.fraunhofer.de

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Cuttlefish-Treiber für alle Nutzer des Stratasys J750 3D-Druckers verfügbar

Cuttlefish-Treiber für alle Nutzer des Stratasys J750 3D-Druckers verfügbar

Cuttlefish setzt komplexe Modelle in 3D-Drucke mit hochpräziser Farben- und Transluzen-Wiedergabe um

Der hochvolumige 3D-Druck tritt in eine neue Phase ein: Auf der Fachmesse formnext 2017 hat Stratasys seine offene Voxel Print-Schnittstelle für den Vollfarb-Multi-Material-3D-Drucker J750 vorgestellt. Der J750 kann jetzt mit dem Druckertreiber Cuttlefish des Fraunhofer IGD verwendet werden, der bereits für frühere Stratasys-Projekte erfolgreich eingesetzt wurde.

Cuttlefish ist ein universeller 3D-Druckertreiber, der vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD entwickelt wurde. Er setzt 3D-Scan-Daten oder von Design- und Texturierungssoftware erzeugte 3D-Modelle auf dem J750-Drucker von Stratasys in 3D-Drucke mit hochpräziser Wiedergabe von Farben und Transluzenzen um.

Auf der formnext 2017 hat Stratasys die GrabCAD Voxel Print-Lösung für seinen Vollfarb-Multimaterial-3D-Drucker J750 vorgestellt, die das System für die Verwendung mit Drittanbieter-Software „öffnet“. Der Druckertreiber Cuttlefish des Fraunhofer IGD arbeitet nahtlos mit GrabCAD Voxel Print zusammen. „Das Fraunhofer IGD war einer der ersten Nutzer unserer GrabCAD Voxel Print-Lösung, was dem Institut ermöglichte, Cuttlefish so zu entwickeln, dass die Farb- und Transluzenzfähigkeiten des Vollfarb-Stratasys 3D-Druckers J750 voll ausgeschöpft werden“, so Tomer Gallimidi, Education Product Leader bei Stratasys.

Der Treiber hat seine Leistungsfähigkeit bereits bewiesen: Das preisgekrönte Animationsstudio LAIKA hat vor mehr als zwei Jahren damit begonnen, den Stratasys J750 3D-Drucker, Cuttelfish und Voxel Print für ihren nächsten, noch nicht angekündigten Film zu verwenden. Während sich der Stop-Motion-Spielfilm noch in der Produktion befindet, hat LAIKA bereits 80.000 Gesichter (und mehr) mithilfe von Cuttlefish gedruckt. Der Oscar®-nominierte Brian McLean, Director of Rapid Prototype bei LAIKA, erläutert: „Cuttlefishs akkurate Wiedergabe komplexer Geometrien und Farben hat uns beim 3D-Druck einen Grad der Kontrolle eröffnet, von dem wir bislang nur träumen konnten. Die Kombination von Cuttlefish, Voxel Print und dem Stratasys J750 hat uns ermöglicht, hochgradig detaillierte, farbige 3D-Drucke anzufertigen und extrem kleine Änderungen in Gesichtsausdrücken zu animieren.“ In Zukunft werden alle Besitzer eines J750-Druckers Cuttlefish für ihre Aufgaben nutzen können.

Die neueste Cuttlefish-Version unterstützt RGBA-Texturen, die sowohl Farb- als auch Transluzenzinformationen beinhalten, die von vollkommen opak bis hin zu vollkommen transparent reichen. Der Treiber ermöglicht Nutzern, mehrere sich überlappende Modelle zu drucken, jedes mit einer oder mehreren RGBA-Texturen.

Philipp Urban, Leiter der Abteilung 3D-Druck-Technologie am Fraunhofer IGD, erläutert: „Auf RGBA-Daten basierende 3D-Modelle werden von 3D-Dateiformaten wie OBJ oder WRL unterstützt und können von vielen Design- und Texturierungstools erzeugt werden. Darüber hinaus können RGBA-Texturen von populären Bildbearbeitungsprogrammen wie Adobe Photoshop erzeugt oder modifiziert werden. Cuttlefish schließt die Qualitätslücke zwischen dem virtuellen Design und seiner Wiedergabe als 3D-Druck.“ Veranschaulicht wurden diese Fähigkeiten mit einem 3D-Anatomie-Modell, das aus 28 Teilen besteht. Jedem von diesen wurde ein anderes Material zugewiesen, die zusammengenommen durch 425 Megapixeln Farbtexturen beschrieben werden. Transparente Teile des Modells wurden einfach durch Modifizierung der RGBA-Daten erzeugt.

Weitere Informationen zu Cuttlefish finden Sie unter: https://www.cuttlefish.de

Das vor 30 Jahren gegründete Fraunhofer IGD ist heute die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing. Visual Computing ist bild- und modellbasierte Informatik. Vereinfacht gesagt, beschreibt es die Fähigkeit, Informationen in Bilder zu verwandeln (Computergraphik) und aus Bildern Informationen zu gewinnen (Computer Vision). Die Anwendungsmöglichkeiten hieraus sind vielfältig und werden unter anderem bei der Mensch-Maschine-Interaktion, der interaktiven Simulation und der Modellbildung eingesetzt.

Unsere Forscher an den Standorten in Darmstadt, Rostock, Graz und Singapur entwickeln neue technische Lösungen und Prototypen bis hin zur Produktreife. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern entstehen dabei Anwendungslösungen, die direkt auf die Wünsche des Kunden zugeschnitten sind.

Unsere Ansätze erleichtern die Arbeit mit Computern und werden effizient in der Industrie, im Alltagsleben und im Gesundheitswesen eingesetzt. Schwerpunkte unserer Forschung sind die Unterstützung des Menschen in der Industrie 4.0, die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die „Smart City“ und die Nutzung von digitalen Lösungen im Bereich der „personalisierten Medizin“.

Durch angewandte Forschung unterstützen wir die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft. Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen sowie Dienstleistungszentren können davon profitieren und mit Hilfe unserer Spitzentechnologien am Markt erfolgreich sein.

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Kundenspezifische Maßlösungen: Individuelles Design und fotorealistischer 3D-Farbdruck

Kundenspezifische Maßlösungen: Individuelles Design und fotorealistischer 3D-Farbdruck

Mit der Simulationssoftware lässt sich prüfen, ob sich der am Rechner erstellte Designvorschlag auch (Bildquelle: Fraunhofer IGD)

Eine Software, die in Echtzeit prüft, ob sich am Bildschirm entworfene Produktdesigns in der Realität überhaupt umsetzen lassen und auf 3D-Farbdruckern produzierbar sind? Was wie Zukunftsmusik klingt, wird von Forschern des Fraunhofer IGD gerade realisiert und auf der diesjährigen formnext vorgestellt.

Mit dem CUPstomizer entwickeln Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD erstmals eine Simulationssoftware für individuelle Maßlösungen in der Kleinstserienfertigung, die anschließend mit einem 3D-Drucker gedruckt werden können. Die Software prüft, ob sich das vom Kunden gewünschte Design realisieren lässt. „Neu ist dabei, dass das Verfahren über reine Geometrie-Informationen hinausgeht, da auch physikalische Eigenschaften berücksichtigt werden. Nicht nur die Form eines Modells wird überprüft, sondern auch, ob das gedruckte Bauteil den erwarteten spezifizierten Belastungen standhält“, erklärt Prof. Dr. Andre Stork, Leiter der Abteilung Interaktive Engineering Technologien am Fraunhofer IGD.

Ein Prototyp der Simulationslösung – zu sehen auf der formnext 2017 in Frankfurt am Main – transportiert die Idee in mögliche Anwendungen: ein Halter für Becher kann individuell angepasst werden. Über eine interaktive Benutzeroberfläche der Simulationssoftware können Messebesucher das Produkt individuell gestalten. Dazu wird ein grundlegendes Design zur Verfügung gestellt, das als Ausgangspunkt dient. Während der Nutzer nun die Geometrie anpasst, prüft die Software die Belastung innerhalb des 3D-Modells. Falls die Designidee statisch nicht umsetzbar ist, macht die Software über ein interaktives Menü Vorschläge, welche Parameter verändert werden müssen, um den Entwurf stabiler zu gestalten.

Zwar ist mit dem momentanen Prototyp noch kein Multimaterialdruck möglich, doch während an der Weiterentwicklung geforscht wird, steht der ebenfalls vom Fraunhofer IGD entwickelte Druckertreiber Cuttlefish bereits heute zur Verfügung. Die Software Cuttlefish lässt es zu, mit vielen Druckmaterialien gleichzeitig zu arbeiten und dabei Geometrie, Farben sowie feine Farbübergänge des Originals exakt wiederzugeben. Des Weiteren ist es den Forschern gelungen, eine partielle Lichtdurchlässigkeit in den Druck zu integrieren. „Einsatzmöglichkeiten bieten sich viele für diese neuartige Verbindung von Farbe und Transluzenz – neben der Visualisierung von Prototypen in der Industrie findet man sie beispielsweise beim Druck von Zahnimplantaten“, erklärt Dr. Philipp Urban, Leiter der Abteilung 3D-Druck-Technologie des Fraunhofer IGD.

Auf der diesjährigen formnext (14. bis 17. November in Frankfurt am Main) stellen die Forscher des Fraunhofer IGD ihren Prototypen vor. Zu finden ist das Exponat in Halle 3.0 Stand F50.

Weitere Informationen unter www.igd.fraunhofer.de

Das vor 30 Jahren gegründete Fraunhofer IGD ist heute die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing. Visual Computing ist bild- und modellbasierte Informatik. Vereinfacht gesagt, beschreibt es die Fähigkeit, Informationen in Bilder zu verwandeln (Computergraphik) und aus Bildern Informationen zu gewinnen (Computer Vision). Die Anwendungsmöglichkeiten hieraus sind vielfältig und werden unter anderem bei der Mensch-Maschine-Interaktion, der interaktiven Simulation und der Modellbildung eingesetzt.

Unsere Forscher an den Standorten in Darmstadt, Rostock, Graz und Singapur entwickeln neue technische Lösungen und Prototypen bis hin zur Produktreife. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern entstehen dabei Anwendungslösungen, die direkt auf die Wünsche des Kunden zugeschnitten sind.

Unsere Ansätze erleichtern die Arbeit mit Computern und werden effizient in der Industrie, im Alltagsleben und im Gesundheitswesen eingesetzt. Schwerpunkte unserer Forschung sind die Unterstützung des Menschen in der Industrie 4.0, die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die „Smart City“ und die Nutzung von digitalen Lösungen im Bereich der „personalisierten Medizin“.

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Fotorealistische Selfies aus dem 3D-Drucker

Fotorealistische Selfies aus dem 3D-Drucker

Natürliche Effekte: 3D-Drucken mit „CAPPS.IT driven by Cuttlefish technology“

Ob Selfie, das geliebte Haustier oder die favorisierte Fußballmannschaft – 3D-Drucke für den Privatgebrauch sind im Trend. Dass die 3D-Modelle nicht nur auf dem Bildschirm fotorealistisch aussehen, ermöglicht nun erstmals der Service „CAPPS.IT driven by Cuttlefish technology“. Im MediaMarkt Ingolstadt können sich die Kunden ab sofort mit Hilfe dieser neuen Technologie vor Ort scannen und ihr 3D-Selfie drucken lassen. Auch an weiteren Standorten des Elektronikhändlers soll dieser Service in Kürze verfügbar sein.

Bisher war es kaum möglich, 3D-Daten auch in der korrekten Farbe zu drucken. Mit „CAPPS.IT driven by Cuttlefish technology“, einem farbkalibrierten 3D-Kopierservice, kann erstmalig eine fotorealistische Reproduktion, also das Drucken in korrekter Farbe und Transluzenz, realisiert werden. Basis dieser Technologie ist der universelle 3D-Farbdruckertreiber Cuttlefish, entwickelt vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD. „Unsere Drucker-Software ermöglicht es, mit vielen Druckmaterialien gleichzeitig zu arbeiten, die Geometrie, die Farben sowie die feinen Farbübergänge des Originals exakt wiederzugeben“, erklärt Dr. Philipp Urban, Leiter der Abteilung 3D-Druck-Technologie des Fraunhofer IGD.

Neben der Farb-Kalibrierung gestattet es Cuttlefish, transluzente Materialien in den Druck zu integrieren. „Wir haben es geschafft, Transluzenzen – also partielle Lichtdurchlässigkeit und Lichtstreuung eines Körpers – mit akkurater Farbgebung erstmalig gemeinsam druckbar zu machen“, so Urban. „Menschliche Haut oder das Bier in der Hand der Wiesn-Bedienung erscheinen bei den 3D-Drucken dadurch sehr natürlich.“ Einsatzmöglichkeiten für diese neuartige patentierte Verbindung von Farbe und Transluzenz im 3D-Druck gibt es auf zahlreichen Gebieten: von der Visualisierung von Prototypen in der Industrie bis hin zum Druck von Zahnimplantaten.

Erarbeitet wurde „CAPPS.IT driven by Cuttlefish technology“ in enger Zusammenarbeit des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD, Stratasys, Alphacam und DIG:ED.

Weitere Informationen:

3D-Druckertreiber Cuttlefish: https://fh-igd.de/cuttlefish

www.cuttlefish.de

Das vor 30 Jahren gegründete Fraunhofer IGD ist heute die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing. Visual Computing ist bild- und modellbasierte Informatik. Vereinfacht gesagt, beschreibt es die Fähigkeit, Informationen in Bilder zu verwandeln (Computergraphik) und aus Bildern Informationen zu gewinnen (Computer Vision). Die Anwendungsmöglichkeiten hieraus sind vielfältig und werden unter anderem bei der Mensch-Maschine-Interaktion, der interaktiven Simulation und der Modellbildung eingesetzt.

Unsere Forscher an den Standorten in Darmstadt, Rostock, Graz und Singapur entwickeln neue technische Lösungen und Prototypen bis hin zur Produktreife. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern entstehen dabei Anwendungslösungen, die direkt auf die Wünsche des Kunden zugeschnitten sind.

Unsere Ansätze erleichtern die Arbeit mit Computern und werden effizient in der Industrie, im Alltagsleben und im Gesundheitswesen eingesetzt. Schwerpunkte unserer Forschung sind die Unterstützung des Menschen in der Industrie 4.0, die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die „Smart City“ und die Nutzung von digitalen Lösungen im Bereich der „personalisierten Medizin“.

Durch angewandte Forschung unterstützen wir die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft. Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen sowie Dienstleistungszentren können davon profitieren und mit Hilfe unserer Spitzentechnologien am Markt erfolgreich sein.

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