Aktuelles - Blog des Forschungsprojekts Gyrolog

Nach dem offiziellen Projektende liegt es nun an mir, einen Blogbeitrag zum GYROLOG-Projekt verfassen zu dürfen. Wenn ich das so feststellen darf, war zu dem Zeitpunkt, als ich Anfang Januar 2021 Teil der Projektgruppe wurde, der Großteil der Projektarbeit bereits abgeschlossen – zumal das offizielle Ende der Förderdauer, 31.12.2020, bereits erreicht war. Will heißen, dass der Prozess der Exponatsdigitalisierung bis hin zum 3D-Modell bereits geschehen war.

So fehlte es lediglich an kleinen, aber doch entscheidenden Schritten, die die Webpräsentation der Kreiselinstrumente finalisieren und somit zeitgleich den erfolgreichen Abschluss des Projektes einläuten würden. Hinzu kamen noch andere Restarbeiten wie etwa die der Sammlungsinventur.

Was mir beim Umgang mit den Kreiselinstrumenten allerdings als Erstes auffiel, war der besondere Charakter dieser feinmechanischen, hochpräzisen Objekte, der nicht nur aus historischen Gründen einen sorgsamen Umgang erforderte. Da war der Spruch sehr passend, den ich auf einem der Objekte entdeckte: „Handle like eggs“ – die Überschrift dieses Beitrags kommt also nicht von ungefähr.

Bild 1: Teilansicht des Objekts GO01-09, ein Kompass-Kurskreisel.

Die größte Aufgabe, vor der wir in der letzten Phase des Projektes standen, war zum einen die strukturierte Zusammenführung und Archivierung aller Forschungsdaten in einem Datenrepositorium, genannt DaRUS, und zum anderen, wie im vorherigen Blogbeitrag beschrieben, die Einstellung der 2D- und 3D-Digitalisate auf dem webbasierten Bereitstellungstool „Goobi“. Damit wurde die Möglichkeit der historischen und didaktischen Auseinandersetzung mit den Kreiselinstrumenten im digitalen Raum geschaffen.

Für die projektspezifischen Anforderungen an die Archivierung der Forschungsdaten war, wie bereits benannt, das webbasierte System DaRUS (siehe http://www.izus.uni-stuttgart.de/fokus/darus/) unsere Wahl. Hinter dem Akronym verbirgt sich das Daten-Repositorium der Universität Stuttgart. Die Software ermöglicht den unkomplizierten Upload unterschiedlichster Datentypen und -größen, was vor allem für die umfangreichen projektspezifischen Dateien sehr wichtig war. Neben der Archivierung von Forschungsdaten, generiert DaRUS darüber hinaus pro Datensatz automatisch eine DOI-Nummer (Digital Object Identifier), die beim Teilen und Veröffentlichen der Daten eine eindeutige Referenz ermöglicht. Das Repositorium findet sich unter der Web-Adresse https://darus.uni-stuttgart.de/dataverse/gyrolog

Strukturierten Arbeitsschritten folgend, wurden für jedes Objekt in DaRUS die entstandenen Datensätze und Informationen zusammengetragen. Hierbei entstanden pro Instrument bis zu sechs verschiedene Inhaltsordner (vgl. Bild 2):

• allgemeine Informationen zum Objekt („Information about …“),
• Photographien zur allgemeinen Dokumentation des Objekts („2D pictures of …“),
• photogrammetrische Rohdaten und das daraus erstellte 3D-Modell des Objekts („3D Photogrammetric-Data for …“),
• CT-Rohdaten des Objekts („3D CT-Data for …“),
• integriertes Modell aus photogrammetrischen und computertomographischen Daten („3D Integrated Data of …“),
• mit dem Verfahren der „Constructive Solid Geometry“ nachbearbeitete 3D-Modelle („CSG Data for …“).

Bild 2: Die Datensätze des Kurskreisel LKu4 unter DaRUS.

Bereits während der verschiedenen Projektphasen entstand zu den Daten unter DaRUS auch eine Vielzahl an Publikationen. Diese sind hier auf der Gyrolog-Internetseite unter dem Menüpunkt „Projekt Gyrolog“ – „Publikationen aufgelistet. Ergänzt werden diese Veröffentlichungen um den abschließenden offiziellen Projektbericht, der einen Überblick über das BMBF-Fördervorhaben gibt und für Interessierte unter dem Link https://doi.org/10.2314/KXP:1768094594 als Download zur Verfügung steht.

Gyrolog ist nach dem Ende der Förderlaufzeit zum 31.12.2020 in der letzten Bearbeitungsphase angekommen – der Veröffentlichung der Ergebnisse. Über die Objekte und die Methoden bei Gyrolog haben wir schon während des Projektzeitraums laufend publiziert; eine abschließende Übersicht werden wir in einem der nächsten (und letzten) Blogeinträge zur Verfügung stellen. Ende letzten Jahres hatten wir die Möglichkeit, in einer renommierten einschlägigen Fachzeitschrift, dem Organ Sensors, einen großen zusammenfassenden Aufsatz zu publizieren, in dem wir von der Sammlung über die Messanordnungen, die Datennahme und die mathematischen Verfahren ihrer Auswertung bis hin zur Datenkuratierung alle Bereiche von Gyrolog vorstellen konnten. Dieser unter der Federführung von Dieter Fritsch Anfang 2021 als gemeinsame Publikation der Arbeitsgruppe erschienene Aufsatz ist open access (https://www.mdpi.com/1424-8220/21/3/957) zugänglich und erfreut sich regen Interesses.

Veröffentlichen wollen wir natürlich nicht nur die wissenschaftlichen Ergebnisse, auch wenn die bei Gyrolog entwickelte Fusion photogrammetrischer und computertomographischer Daten eine bedeutende Innovation der 3D-Digitalisierung darstellt. Veröffentlichen wollen wir ja vor allem die digitalisierten Kreiselinstrumente, damit sie über das Internet für eine breitere interessierte Öffentlichkeit zugänglich werden. Diese Sicherung und Zugänglichmachung des kulturellen – hier des technikhistorischen – Erbes ist das Ziel der Förderlinie des BMBF, innerhalb derer Gyrolog angesiedelt war.

Bild 1: Interaktiv bewegliches 3D-Modell des Kurskreisels LKu4 im Goobi-Viewer der UB

Unser Projektpartner für die Bereitstellung der Digitalisate ist die Universitätsbibliothek (UB) Stuttgart, die mit „Goobi“ bereits über eine Umgebung zur Erstellung und Präsentation von zweidimensionalen Digitalisaten verfügt. Für Gyrolog wurde der Goobi viewer auf 3D erweitert. Neben den (jeweils zweidimensionalen) hochaufgelösten Ansichten von allen Seiten können nun die 3D-Digitalisate aus variabler Blickrichtung betrachtet und interaktiv gedreht und gewendet werden. Unsere Hauptansprechpartnerin dafür ist Christiane Rambach, die Leiterin des Bereichs Digitalisierung der Unibibliothek. Die UB Stuttgart ist innerhalb der Goobi-Nutzergemeinschaft der Pionier für das Upgrade auf 3D, und so hatten während der Einpflege der Gyrolog-Daten in Goobi naturgemäß sowohl sie auch das Gyrolog-Team unter Leitung von Jörg Wagner eine steile Lernkurve zu bewältigen. Von der zweckmäßigen Zuweisung der Metadaten bis zur peniblen Kontrolle, ob der 3D viewer bei jedem Objekt (und allen gängigen Browsern) funktioniert, bei dem eine 3D-Digitalisierung hinterlegt ist, gab es viel zu klären und zu testen.

Als Gyrolog-Team danken wir dem Team der Universitätsbibliothek, namentlich Christiane Rambach, und unserer Wissenschaftlichen Hilfskraft Katharina Fuchs herzlich für die Unterstützung. Nun ist bis auf letzte Kleinigkeiten alles geschafft, und die Stuttgarter Kreisel sind online. Schauen Sie doch mal vorbei: https://digibus.ub.uni-stuttgart.de/viewer/kreiselsammlung

Sperry, SYP 820 Plattform - Dieses Objekt und was sich dahinter verbarg, fiel mir in den ersten Tagen meines Praktikums direkt ins Auge. Bereits kurz darauf habe ich herausgefunden, dass es sich um ein Objekt aus einer Transall C-160 einem militärischen Transportflugzeug handelt, woraufhin sich eine produktive Arbeitsphase entwickelte.

Abb.1: Die SYP 820 von Sperry Plattform kam zum Einsatz in der Transall C-160 (Foto: BMBF-Projekt Gyrolog, GNT, Universität Stuttgart)

Konkret fiel dabei einer meiner Aufgabenbereiche auf die Objekte, die nach der ersten Inventarisierung der Kreiselsammlung zur Sammlung dazu gekommen sind, aber noch nicht inventarisiert waren, eine Objektschenkung aus Überlingen – in der sich auch die SYP820 Plattform befand und einem Abgleich der Tochtersammlung aus Linz mit dem schon bestehenden Sammlungskatalog. Hierbei sind die Objekte aus Linz ausgeliehen worden, damit diese noch digitalisiert werden können. Dementsprechend hatte ich mit dem Auspacken und Versorgen der Objekte einen ähnlichen Aufgabenbereich wie das Gyrolog-Team zu Beginn des Projekts Verfrühte Weihnachten - Auspacken und Sortieren der Sammlung zu Beginn des Projektes Anfang November.

Bei meiner Arbeit durfte ich zudem zu den bisher unbearbeiteten Objekten selbst recherchieren. Dafür verwendete ich Online-Recherchen ebenso wie interne Listen, einen Abgleich mit bereits eingetragenen Objekten, aber auch der generelle Umgang mit diesem historischen Gut. Die entsprechende Aneignung für dieses Wissen erarbeitete ich mir durch die mir vorgegebene Literatur zum Praktikum, sowie dem Austausch mit meiner Betreuerin Maria Niklaus. Hierbei entdeckte ich zum Beispiel, dass eines der Objekte (PL04-09) der Sammlung Teil einer Transall C-160 war, eines militärischen Transportflugzeugs, welches in Deutschland, Frankreich und der Türkei eingesetzt wurde.

Abb.2: Eine Transall C-160 wie sie auch bei der Bundeswehr zum Einsatz kam (Foto: www.publicdomainpictures.net)

Es gab im Praktikum eine Vielzahl von Objekten unterschiedlichster Art zu untersuchen – ähnlich verschieden waren auch die Erhaltungszustände der Geräte. Somit war es ein weiterer Teil meiner Arbeit, einige Objekte gründlich zu reinigen, da diese sich nicht in einem Zustand befanden, in dem sie sich für die 3D-Digitalisierung eigneten. Unter anderem befanden sich einige Kreiselrotoren und Beschleunigungsmesser in zerfallendem Schaumstoff, der sich an den Objekten festsetzte. Zur Säuberung und Aufbereitung wurden hierbei eine Reihe von Borstenpinseln verwendet, um die Rückstände von den Objekten zu entfernen. Auch die Verwendung von Handschuhen spielte eine wichtige Rolle, damit die Objekte nicht von der Feuchtigkeit der Finger angegriffen wurden. Beim Umgang mit diesen komplexen und hochpräzisen Geräten, bedarf es sorgfältiger Handhabung, damit sie auch zukünftig erhalten bleiben.

Ich gewann durch diese Erfahrungen sowohl einen umfassenden Einblick in den Umgang mit historischen Objekten, als auch in den Kontext und die Arbeit des Projekts an sich. Für mein Studium nehme ich durch mein Praktikum beim Gyrolog-Projekt viele neue Erkenntnisse mit. Bei Maria Niklaus bedanke ich mich für die tolle Organisation des Praktikums!

Die 56. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Ortung und Navigation (DGON) zur Kreisel- und Inertialtechnik wurde mit einem Vortrag Gyrolog eröffnet, der einen Bogen von der Geschichte der Kreiselinstrumente zur Zukunft digitalisierter mechanischer Gyroskope und deren Verwendung in der Lehre spannte. Mit einem Blick in die Vergangenheit sowie auf das Gyrolog-Projekt selbst stieg Maria Niklaus in den Vortrag mit dem Titel „Gyrolog – Creating a 3-Dimensional Digital Collection of Classical Gyro Instruments“ ein. Es wurde hierbei verdeutlicht, dass die Geschichte der Kreiselinstrumente auch eng mit der Geschichte der Tagung selbst und deren Akteuren in den 1950er und 1960er Jahren verwoben ist. Bei dieser Gelegenheit sei deshalb darauf hingewiesen, dass einem von ihnen, Helmut Sorg, diese Tagung gewidmet war. Er hatte jahrelang den Vorsitz dieser Tagung inne und war zugleich ein Hauptakteur in der Stuttgarter Kreiselsammlung.

Die Gyrolog-Mitarbeiterin Maria Niklaus beim Einstieg in den Eröffnungsvortrag (Foto: Dipl.-Ing. Sarah Peter, PAS, Universität Stuttgart)

Die Autorin gab weiterhin einen Überblick über die verschiedenen Digitalisierungsmethoden des Projektes (Photogrammetrie, Endoskopie und Computer Tomographie – siehe Blogbeitrag vom 17.12.2018), gefolgt von einem ausführlichen Teil mit dem Titel „Digital Gyro Collection in use“. In diesem Abschnitt wurden einige Beispiele der wissenschafts- und technikhistorischen Forschung vorgestellt, bei denen u.a. auch Digitalisate der jeweiligen Kreiselinstrumente genutzt werden. Ebenso wurde auf die Bohnenberger-Maschine (siehe Blogbeitrag vom 30.06.2018) eingegangen. Die Präsentation endete mit einer Vorstellung des neuesten Einsatzes der Digitalisate in einer Augmented Reality Application für Smartphone Nutzung (siehe letzten Blogbeitrag vom 01.07.2019). Diese App wurde mit Studierenden im Rahmen eines Projektseminars weiterentwickelt und kann für die Lehre im Systems and Sensors-Bereich hervorragend eingesetzt werden. Der Beitrag schloss mit der Möglichkeit für die Zuhörer selbst einmal Kreiselinstrumente digital zu erleben. Und wenn Sie auch einmal die Gyrolog-App „erkunden“ möchten: Voraussichtlich im nächsten Jahr wird eine erste Version öffentlich verfügbar sein!

Eine ausführliche, schriftliche Version des Vortrags mit weiteren Beispielen befindet sich derzeit im Druck: Niklaus, Maria, Kun Zhan und Jörg F. Wagner. „Gyrolog – Creating a 3-Dimensional Digital Collection of Classical Gyro Instruments“. In 2019 DGON Inertial Sensors and Systems (ISS). Braunschweig, 2019. (in Druck)

Allgemeines

Eines der Ziele im Gyrolog-Projekt ist die Generierung von gerenderten 3D-Modellen in Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR). Nach der 3D-Rekonstruktion von Kreiselinstrumenten mit verschiedenen Methoden wie Computer Vision, Photogrammetrie, Endoskopie und Computer Tomographie sind daher gerenderte und erweiterte 3D-Modelle (Digital Twins) in der Historischen Forschung und Anwendung für viele Bereiche von großem Interesse, was zusätzliche Anstrengungen in der Modellierung erfordert. Punktwolken oder strukturierte Modelle werden durch Computer Vision und Photogrammetrie oder andere verwandte Methoden erhalten und als Referenz im 3D-Modellierungsprozess unter Verwendung von Software wie Autodesk 3ds Max verwendet (andere Softwarepakete sind ebenfalls möglich). Der allgemeine Arbeitsablauf ist in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1: Workflow der 3D-Modellierung

Constructive Solid Geometry (CSG) Modelle

Rekonstruktionsergebnisse der Computer Vision und Photogrammetrie sind entweder Punktwolken oder nichtkonstruktive Netze. Bei der Erzeugung eines konstruktiven Festkörpermodells werden Punktwolken als Referenz verwendet, um die verschiedenen Komponenten der Objekte zu modellieren Die 3D-Volumenmodelle der Komponenten werden mit Geometrieprimitiven erzeugt. Das Objekt BM06_10, ein Beschleunigungsmesser, soll hier als Beispiel dienen (Abb. 2, 3).

Abb. 2: 3D strukturiertes Modell

Abb. 3: Modellierung fester Oberflächen

Textur-Rendering vom Originalmodell

Der nächste Schritt ist die Belegung der Komponenten mit einer Textur,
die aus den Bilddaten erzeugt wird (Abb. 4).

Abb. 4: Strukturiertes 3D-Modell

Virtual und Augmented Reality

Nachdem das strukturierte CSG-Volumenmodell erhalten wurde, kann
mit der Software Unity 3d eine interaktive AR- oder VR-App entwickelt werden. Dabei wird das in 3ds Max erzeugte Modell in Unity 3d importiert und bearbeitet. Abb. 5 zeigt die Ausgabe einer ersten AR-App.

Abb. 5: AR-App Demonstration

Mit der kleinen AR-App können Benutzer auf die interaktiven und erweiterten 3D-Modelle zugreifen.

Danksagung

Die hier vorgestellten Arbeiten konnten im Rahmen eines zweiwöchigen Trainings im Computergraphik-Studio bei 7reasons, Wien erzeugt werden. Besonderer Dank gilt dabei dem CEO/CTO von 7reasons, Herrn Michael Klein, für die Anregungen und Anleitungen und Herrn Prof. Dr. Dieter Fritsch, der das Training organisiert und finanziert hat.

Gyrolog hat jetzt rund die Hälfte des offiziellen Projektzeitraums hinter sich – ein guter Anlass, Bilanz zu ziehen. Mitte Januar haben wir darum unsere Kooperationspartner nach Stuttgart eingeladen, um über das bisher Geleistete zu berichten, offene Fragen zu diskutieren und Impulse für die weitere Arbeit zu gewinnen. Neben Vertretern der beiden eng mit uns kooperierenden Forschungsmuseen – das Deutsche Museum in München und das Deutsche Schifffahrtsmuseum in Bremerhaven – waren auch auswärtige Gäste dabei, die unseren Blick über Gyrolog hinaus weiteten. Ihre Rückmeldungen und Nachfragen sind für die weitere Arbeit sehr wertvoll. Im Workshop präsentierten wir Ausschnitte aus den verschiedenen Arbeitsgebieten. Die zweidimensionale Basisdigitalisierung aller Objekte kommt – nach anfänglichen Schwierigkeiten, bis eine geeignete Aufnahmeumgebung geschaffen war – gut voran und wird in Kürze abgeschlossen sein. Nach einer letzten Datenkontrolle können dann die ersten Digitalisate in die von der UB zur Verfügung gestellte Präsentationsumgebung Goobi eingepflegt werden. Auf besonderes Interesse stieß die Integration der Daten aus Computertomographie und Photogrammetrie, die vor wenigen Wochen erstmals gelungen ist. Sie ermöglicht perspektivisch eine virtuelle „Zerlegung“ der Objekte in ihre Bestandteile. Dies bietet völlig neuartige Möglichkeiten für hochschul- und museumsdidaktische Zwecke und bringt uns in unserem Anliegen, die technikhistorisch so wichtigen, aber hoch verkapselten und für Nicht-Fachleute wenig anschaulichen Kreisel begreifbar zu machen, einen großen Schritt voran. Dass dies nicht nur virtuell bleiben muss, dafür sorgen die neuen 3D-Drucker, die es sogar ermöglichen, die aus den Digitalisaten rekonstruierten Instrumente bzw. Instrumententeile in Kunststoff buchstäblich zum Begreifen neu entstehen zu lassen. Frisch aus dem Drucker wurde im Workshop ein erster solcher 3D-Druck eines Kreisels gezeigt.

Die ersten 3D-gedruckten Resultate unseres Testobjekts „Golden Gnat“. Das Objekt selbst (links) und einmal ein Teil aus dem Inneren des Objektes: der vergrößerte Läufer (rechts)

Neben spektakulären Bildern und didaktischen Perspektiven gab es auch viele konkrete und bisweilen bürokratisch anmutende Fragen zu diskutieren. Der Aufwand, den diese begleitenden methodischen Fragen und die Koordination der beteiligten Partner bedeutet, haben wir bei der Projektplanung deutlich unterschätzt. Aber nur wenn die Standards der Metadaten, die Datenaustauschformate und die Langzeitarchivierung der Forschungsdaten reibungslos funktionieren, wird das Projekt nachhaltigen Nutzwert haben. Da für die 3D-Digitalisierung bislang kaum Standards existieren oder sich gerade erst herausbilden, ist der Abstimmungs- und Kommunikationsbedarf hier wesentlich größer als bei 2D-Digitalisierungen. Die verschiedenen Arbeitsteams in Gyrolog werden sich darum in enger Zusammenarbeit mit der UB und im ständigen Austausch mit Kolleg/inn/en in Digitalisierungsvorhaben andernorts auch in den verbleibenden Monaten nicht nur um wunderbare Bilder kümmern, sondern auch um die Metadaten und, nicht zuletzt, die Implementierung in der Präsentationsumgebung. Auch wenn es noch sehr viel zu tun gibt, gehen wir ermutigt aus dem Workshop in die weitere Projektarbeit zurück.

Die Teilnehmer des 2. Gyrolog Workshops

In diesem Blogeintrag konzentrieren wir uns auf die geometrische CV, die der Nahbereichsphotogrammetrie sehr ähnlich ist. Das Prinzip der dreidimensionalen (3D) Punktrekonstruktion aus Bildern besteht darin, ein Objekt in mindestens zwei verschiedenen Fotos abzubilden, um die entsprechenden Punktkoordinaten zu messen. Mit zusätzlichen Informationen zur Kameraorientierung kann der entsprechende 3D-Punkt berechnet werden. In Abbildung 2 repräsentieren R1 und R2 zwei Bilder, a1 und a2 stellen die entsprechenden Bildpunkte auf R1 bzw. R2 dar und A entspricht dem berechneten 3D-Punkt (durch Vorwärtsschnitt).

Abb.1. Gesamtansicht der Methodik im Gyrolog-Projekt

In diesem Blogeintrag konzentrieren wir uns auf die geometrische CV, die der Nahbereichsphotogrammetrie sehr ähnlich ist. Das Prinzip der dreidimensionalen (3D) Punktrekonstruktion aus Bildern besteht darin, ein Objekt in mindestens zwei verschiedenen Fotos abzubilden, um die entsprechenden Punktkoordinaten zu messen. Mit zusätzlichen Informationen zur Kameraorientierung kann der entsprechende 3D-Punkt berechnet werden. In Abbildung 2 repräsentieren R1 und R2 zwei Bilder, a1 und a2 stellen die entsprechenden Bildpunkte auf R1 bzw. R2 dar und A entspricht dem berechneten 3D-Punkt (durch Vorwärtsschnitt).

Abb. 2. Grundprinzip der 3D-Punktrekonstruktion

In der Praxis ist das Verfahren in mehreree Schritte unterteilt (Abb. 3).

Abb. 3. Workflow der geometrischen Computer Vision im Gyrolog-Projekt

Abb. 4. Bildaufzeichnung im Gyrolog-Projekt

Das zu digitalisierende Objekt wird unter einer geeigneten Beleuchtungskonfiguration auf einem Drehtisch platziert. Die Kamera wird an einer geeigneten Position zum Fotografieren fixiert, während der Drehtisch mit einer bestimmten Geschwindigkeit rotiert. Mit Bildern aus allen Ansichten und nach Schätzung der räumlichen Orientierung der Kamera anhand der Bewegungsstruktur, kann eine dichte Punktewolke für weitere 3D-Modellierungsprozesse oder VR / AR-Animationen (Virtual Reality / Augmented Reality) berechnet werden. Wenn das berechnete 3D-Modell nicht vollständig ist, zum Beispiel aufgrund fehlender Informationen aus unsichtbaren Perspektiven, müssen zusätzliche Bilder aufgenommen werden. Die entsprechenden Punktwolken werden dann in die vorherigen integriert, um ein vollständiges Modell zu erstellen. Dieser Vorgang wird als Punktwolkenregistrierung bezeichnet und ist Teil des Workflows, in Abbildung 3. Die einzelnen Schritte der CV-Bildauswertung sind exemplarisch in Abbildung 5 wiedergegeben.

Abb. 5. CV-Kameraorientierungen und 3D-Punktwolke der Bohnenberger Maschine

Dabei stellen die drei blauen Kreise die geschätzten Orientierungen der Kameras dar, die vom Objekt aus gesehen werden. Das Zentrum ist die berechnete 3D-Punktwolke der Bohnenberger-Maschine, die das Ergebnis der räumlichen Orientierung (Ausrichtung) und der dichten Bildzuordnung darstellt.

Bei der 10. Sammlungstagung „Knotenpunkte – Universitätssammlungen und ihre Netzwerke“ in Mainz vom
13. bis 15. September 2018 bestritt ein Team von Gyrolog in Zusammenarbeit mit einem Team aus Dresden den Workshop „Objektbegegnung der digitalen Art?“ Zu Beginn des Workshops wurden verschiedene Digitalisierungsstrategien und –methoden vorgestellt sowie die Methode der Photogrammetrie näher beleuchtet. Diese beruht bei Gyrolog ja nicht auf einem Readymade Set-Up, sondern bewegt sich im modernsten Forschungsgebiet dieser Methode. Näheres hierzu erfahren Sie im nächsten Blog-Beitrag.

Im praktischen Teil des Workshops konnten die TeilnehmerInnen dann unseren Objekten auf unterschiedlichste Art und Weise begegnen. Die Einführung erfolgte jeweils mit einem Foto des Objektes, weil dies häufig die erste Begegnung von NutzerInnen mit Objekten und Digitalisierung darstellt. Im zweiten Schritt durfte das Objekt selbst näher untersucht werden. Welchen Informationen gegenüber dem Foto bekommt man, welche Informationen bleiben verschlossen? Abgerundet wurde die Begegnung mit einer digitalen 3D-Repräsentation des Objektes. Verschiedene Gruppen konnten das Objekt digital, dreidimensional über die Photogrammetrie oder das dreidimensionale Innere über die Computertomographie erleben.

Auch hier haben wir gefragt, ob sich der „Leseeindruck“ verändert hat? Und ob die digitalen Repräsentationen
z. B. Fragen hervorgerufen haben, die durch das Objekt selbst nicht erzeugt wurden? Ziel der Fragen war es, eine Begegnung mit dem Objekt in verschiedenen Formen zu ermöglichen, damit klar wird, dass jede Zugangsweise ihren spezifischen Mehrwert generiert. Bewusst hatten wir uns für eine Begegnung ohne weitere Informationen zu den Objekten selbst entschlossen.

Dies zeigte schnell, dass ein Objekt ohne seine Metadaten und den dazugehörigen Angaben wenig aussagekräftig ist. Zusammen jedoch eröffnen alle Repräsentationen eine Objektbegegnung der digitalen Art mit einem Mehrwert an Informationen. Den Arbeitsleitfaden für diese Gruppenarbeit sowie eine kurze Bilanz verschiedener Digitalisierungsmethoden können Sie hier herunterladen.

Wir bedanken uns noch einmal ganz herzlich bei allen Teilnehmern und Teilnehmerinnen für den spannenden Workshop, bei unseren Partnern aus Dresden für die tolle Zusammenarbeit und bei der gastgebenden Sammlungsleitung in Mainz für die hervorragende Organisation!

Gyrolog-Leiter Jörg F. Wagner unterstützt die TeilnehmerInnen der Gruppe 3 im praktischen Teil des Workshops

Gruppe 1 vertieft in die Objektbegegnung mit einer digitalen Repräsentation des Wendekreisels „Golden Gnat“, die durch die Methode der Computertomographie generiert wurde.

Gruppe 2 bei der Präsentation ihrer Ergebnisse der Objektbegegnungen mit dem Kurskreisel Lku4 von Siemens

Gyrolog-Mitarbeiterin Maria Niklaus und die TeilnehmerInnnen des Workshops bei der Abschlussdiskussion

Realansicht des Instruments

Die "Maschine von Bohnenberger" gilt als Urahn aller Gyroskope. Durch die Leihgabe eines der Originale wurde es dem Gyrolog-Projektteam ermöglicht, für die genauere Untersuchung der Strukturen des Instruments einen ersten röntgenbasierten, nicht-invasiven Blick in das Innere des Kreisel-Objektes zu werfen.

Die Maschine von Bohnenberger, ein kardanisch gelagerter Kreisel, wurde 1810 von J.G.F. Bohnenberger in Tübingen erdacht und von seinem Instrumentenmacher G. Buzengeiger gefertigt. L. Foucault gab 1852 diesem Apparat erstmals den Namen „Gyroskop“. Das Instrument bildet den Ursprung der Gyroskope, wie sie heute in vielen Bereichen von der Schifffahrt über die Fliegerei, bis hin zum Smartphone zum Einsatz kommen. Bedingt durch den Umstand, dass aktuell nur lediglich zwei Exemplare dieses Kreisels im Original nachweisbar sind, ist die Computertomographie ein ideales Werkzeug, innere Strukturen darzustellen ohne das wertvolle Objekt zerlegen zu müssen.

Originalzeichnung Bohnenbergers [1]

Für eine gute Bildgebung sind eine Reihe von Faktoren maßgeblich:

• Materialeigenschaften (Kernladungszahl)
• Materialdicke
• Leistung der Röntgenkanone
• Möglichkeit des Einsatzes von Filtern
• Detektoreigenschaften

Die Materialeigenschaften dieses Objektes macht eine genaue Kalibrierung des CT erforderlich. Die Aufhängung aus Metall konnte trotz Filterung zur Reduktion der Strahlaufhärtung, durchstrahlt werden. Hierbei muss die korrekte Filterdicke durch iterative Aufnahmen mit wechselnden Filtermaterialien und -stärken ermittelt/herausgetüftelt werden, um den Kontrast zwischen den Metallstrukturen und der Elfenbeinkugel bestmöglich abzubilden.

Ebener Schnitt durch das Instrument

Bisherige gewählte Einstellungen:

• Anodenspannung: 225 kV
• Strom: 270 μA
• Filter: Kupfer mit 2.5mm Dicke
• Projektionen/Aufnahmen: 3600
• Detektorauflösung : 0.127mm

Nahaufnahme der Aufhäng-ung des Rotors

Eine Änderung der Belichtungszeit, der Rekonstruktionsmethode sowie der Einsatz weiterer Filter sind Optimierungsparameter, denen sich die Gyrolog-Mitarbeiter im Projektverlauf widmen müssen. Die bisherigen Resultate machen deutlich, dass die Durchstrahlung der massiven Aufhängung Metallartefakte zur Folge hat, die durch den Einsatz von geeigneter Hardware – hier: Filter, sowie geeigneter Rekonstruktions-Algorithmen reduziert werden können.

^[1] Bohnenberger, J.G.F. (1817): Beschreibung einer Maschine zur Erläuterung der Geseze der Umdrehung der Erde um ihre Axe, und der Veränderung der Lage der letzteren. Tübinger Blätter für Naturwissenschaften und Arzneykunde 3, S. 72-83

Transport der Bleifolie mit Hilfe eines Krans in unser Labor

Natürlich gibt es in Forschungsprojekten auch unvorhergesehene Ereignisse. Hier bei Gyrolog war dies, gleich zu Beginn der umfassenden Sichtung der Sammlung, der Verdacht auf radioaktive Strahlung einiger Objekte. Vielleicht kennt der ein oder andere noch die Problematik von Radiumleuchtfarbe ^[1] bei Uhren. Diese wurde nicht nur bei Alltagsgegenständen verwendet, sondern natürlich auch bei militärisch interessanten Instrumenten, wie bei einem Teil unserer Kreiselgeräte. Der Verdacht erhärtete sich nach einer Begehung mit dem Strahlenschutzbeauftragten der Universität.

Unsere Mitarbeiter beim An-bringen der Bleifolie an eine der Schranktüren

Wir wissen jetzt definitiv, dass ein Teil der Objekte, vor allem aus den 1940er Jahren, radioaktive Strahlung abgibt. Nachdem wir uns aber von solchen unvorhergesehenen Ereignissen nicht unterkriegen lassen, haben wir nun sichere Arbeitsplätze für unsere Mitarbeiter geschaffen. Als erstes haben wir die Lagerplätze der Objekte strahlungssicher mit Bleifolie verkleidet. Weiterhin wurden Bleischürzen, Bleischirme und Mundschutz eingekauft, um einen sicheren Umgang mit dem Objekt an sich zu gewährleisten, sei es die konservatorische Reinigung oder die photogrammetrischen Aufnahmen. Der schwierigste Teil dieses Unterfangens war der Transport der Bleifolie in unser Labor, den wir mit Hilfe aus der Werkstatt tatkräftig gemeistert haben.
An dieser Stelle möchten wir uns auch noch herzlich beim Strahlenschutzbeauftragten der Universität, Herrn Böttinger, für das unkomplizierte und sehr angenehme Arbeitsverhältnis bedanken!

^[1] Mehr zu Radiumleuchtfarbe und der tragischen Geschichte der „Radium Girls“: Bericht von CNN

Libelle neben einer Inertial-plattform von Ferranti (ein-gebaut im Mehrzweck-kampfflugzeug Panavia 200 Tornado)

Der erste Schritt auf dem Weg zur Digitalisierung unserer Kreiselsammlung hört sich relativ einfach an: Auspacken und Sortieren. Unsere technikhistorische Mitarbeiterin bekam also eine frühe Bescherung und durfte schon vor Weihnachten, Anfang November, viele ‚Geschenke‘ auspacken. Nachdem die Sammlung in den letzten Jahren sanierungs-bedingt eingelagert war, erblickten unsere Kreiselinstrumente jetzt wieder das Licht der Welt. Verschiedenste Geräte, von kleinen Kreiselkomponenten und Flugzeug-messgeräten wie Läufer und Libellen zu großen Plattformen, wurden vorsichtig ausgewickelt, mit der Inventarliste abgeglichen und an ihren neuen Platz gestellt. Dass diese empfindlichen Geräte vorher geschützt gelagert waren, zeigen nicht weniger als sechs volle Kartons mit Verpackungsmaterial, die zum Schluss übrig blieben. Das war aber auch nötig, bei ca. 150 Objekten insgesamt. Die Kreiselinstrumente unsere Sammlung befinden sich jetzt in geschützten Schränken in unserem Labor. Wir sind sehr glücklich darüber, dass alle Instrumente diese Odyssee allen Anschein nach unbeschadet überstanden haben. Die Sammlung an sich entstand schon während der 1960er und 1970er Jahren am Institut für Mechanik, damals noch an der Technischen Hochschule Stuttgart in der Stadtmitte. Schauen Sie sich doch einfach mal die Geschichte unserer Sammlung an.

Gyrolog-Workshop

Vielen Dank an alle Teilnehmer und Teilnehmerinnen für den tollen und informativen Workshop! Als Kick-Off am Montag wurde eine Reihe von Vorträgen der Mitarbeiter/innen des Gyrolog-Projektes, aber auch von auswärtigen Partnern, präsentiert. In einer bunten Mischung ging es um die Sammlung an sich, die technische Umsetzung der Digitalisierung durch CT-Scans und Photogrammetrie sowie die inhaltliche Anreicherung über Metadaten. Abgerundet wurde der Montag durch eine Präsentation der historischen Hintergründe von Kreiselinstrumenten, gefolgt von Vorstellungen der zwei Ableger der Sammlung an der TU München und der JKU Linz. Am nächsten Tag stand ein Vortrag zur Digitalisierung, die Langzeitspeicherung und zur Verfügungstellung der Daten durch die Universitätsbibliothek an, inklusive eines ersten Beispiels zur 3D Betrachtung im Goobi Viewer.

Durch diese Präsentation ergaben sich schon erste Diskussionen zu arbeitspraktischen Aufgaben, wie der Lizenzierung durch Creative Commens und der Auswahl von Metadaten. Abgerundet wurde der theoretische Teil mit einer großen Diskussionsrunde von Nutzeranforderungen und -szenarien. Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus Museen und Universitäten bereicherten die Diskussion mit neuen Perspektiven. Dabei kamen interessante Fragen und Blickwinkel auf, wie etwa nach der historischen Erschließung, nach der Gestaltung eines Weges „vom Digitalisat zum Narrativ“, oder auch eher reflexiv gewendet, „Was kann ein Digitalisat eigentlich leisten?“. Als krönenden Abschluss des Workshops konnten die TeilnehmerInnen den Computertomographen und die Kreiselsammlung in einer Vorführung besichtigen.

Für das Projekt Gyrolog bedeutet der Workshop vor allem ein Mitdenken der Nutzerperspektiven in den nächsten Arbeitsschritten und vielleicht auch eine Erweiterung in der Zukunft auf Gyrolog 2.0. Wir freuen uns daher auf eine enge Zusammenarbeit mit allen Partnern und Nutzern! Sie konnten leider nicht teilnehmen, wüssten aber gerne mehr? Sie besitzen selbst Kreiselinstrumente, die unbedingt in die digitale Sammlung mit aufgenommen werden sollten? Sie haben noch weitere Ideen zur Nutzung der Digitalisate? Dann kontaktieren Sie uns gerne.

Herzlich Willkommen zu unserem Forschungsprojekt Gyrolog und dem damit verbundenen Auftaktworkshop. Am Montag und Dienstag nächste Woche (18. und 19.12.2017) treffen sich alle Mitarbeiter, Partner, Nutzer und Interessierte in Stuttgart, um sich über den Aufbau unserer digitalen Sammlung der Kreiselinstrumente für historische und didaktische Forschung auszutauschen.

Am Montag wird es Vorträge auf dem Campus der Stadtmitte zur Sammlung, ihrer Geschichte und Erschließung sowie den beteiligten Akteuren geben. Auch die technische Umsetzung mit avancierten Verfahren aus Computertomographie und Photogrammetrie wird ausführlich vorgestellt. Am Dienstag wird der Standort gewechselt. Wir werden den Campus Vaihingen besichtigen. Eingeleitet wird der Themenblock Nutzungsszenarien und -horizonte durch einen Vortrag über das Digitale Sammeln mit der Software Goobi. Anschließend werden im Kreis der potenziellen Nutzer Verwendungshorizonte der Digitalisate diskutiert. Abgerundet wird das Programm mit einer Demonstration des Computertomographen und einer Führung durch die Sammlung selbst.

Wir, das Team von Gyrolog, freuen uns auf eine spannende und produktive Zeit. Wenn Sie, auch kurzfristig, Interesse an einer Teilnahme haben, melden Sie sich einfach unter jfw@dsi.uni-stuttgart.de an. Wenn Sie leider nicht teilnehmen können, aber wissen möchten, wie der Workshop verlaufen ist und welche Ergebnisse herausgekommen sind, schauen Sie doch demnächst wieder auf dem Blog von Gyrolog vorbei. (M. Niklaus)