Crossmodale Suche und Exploration von 3D Kulturgutobjekten

3D Objekte werden in vielen Anwendungsgebieten verwendet um Form, Aussehen und Funktion von natürlichen und hergestellten Objekten zu repräsentieren. Wichtige Anwendungsgebiete sind z.B. der Maschinenbau, in dem Bauteile und Komponenten als 3D Objekte spezifiziert werden, oder die Erzeugung von fotorealistischen Szenen in der Computergraphik. Darüber hinaus spielen 3D Objekte eine wichtige Rolle im Bereich Bibliotheken und Museen, wo zunehmend auch 3D Digitalisate von Objektsammlungen, archäologischen Fundstücken, Architekturen etc. für Zwecke u.a. der Präsentation, Erforschung und Langzeitarchivierung eingesetzt werden. Durch neue Methoden der 3D Digitalisierung, Formmodellierung und -synthese entstehen heutzutage große Sammlungen von 3D Objekten. Während in kleinen Mengen von 3D Objekten eine Erschließung durch Einzelsichtung noch möglich ist, so ist dies für große Datenmengen nicht mehr effizient gegeben. Daher sind Suchtechniken, mit denen vorhandene 3D Objekte nach Ähnlichkeit zu einem Anfrageobjekt oder einer Suchskizze aufgefunden werden können, eine essentielle Funktionalität zur Nutzung und Erschließung großer 3D Objektsammlungen. Bestehende 3D Suchmethoden erlauben die Suche nach global und partiell ähnlichen Formen, basierend auf Beispielobjekten und Skizzen, und unterstützen allgemeine, generische 3D Objekte. In diesem Projekt werden wir ein neues Verfahren für die Suche ausgehend von unvollständigen 3D Anfrageobjekten entwickeln, wie sie z.B. im Bereich Archäologie und Kulturgut benötigt werden, aber bislang nicht existieren. In diesem Bereich sind Formen oft unvollständig, da die Artefakte z.B. zerbrochen oder erodiert sind und daher nur unvollständig vorliegen. Unsere Kernidee ist, dass Nutzerinnen und Nutzer eine unvollständige 3D Ausgangsform mittels einfachen Skizzenelementen erweitern können, und eine hybride Suche basierend auf Form und Skizzenerweiterung durchgeführt wird. Durch diese neue Art der Formsuche werden z.B. Archäologinnen und Archäologen nach ähnlichen Objektarten suchen können basierend auf Hypothesen zur Vervollständigung. Ein zweites Verfahren, welches wir entwickeln werden, dient zum Auffinden von ähnlichen 2D Abbildungen eines gesuchten 3D Objektes in Dokumenten. Diese neue Suchmethodik wird es Anwenderinnen und Anwendern ermöglichen, große Dokumentmengen bezüglich Referenzen und Kontextinformationen zu gesuchten Formen automatisch zu durchsuchen und damit zu erschließen. Darüber hinaus werden wir in diesem Projekt neue Methoden für die Visualisierung von Suchergebnissen mittels Form- und Dokumentvisualisierung erforschen, welche den interaktiven Vergleich und die Exploration von Suchergebnissen unterstützen. Die entwickelten Methoden werden zusammen mit unseren Forschungspartnern einschließlich dem Institut für Archäologie der Karl-Franzens Universität Graz auf archäologischen 3D Objekten und Dokumenten angewendet, und hinsichtlich ihrer Effektivität evaluiert. Wir werden neue wissenschaftliche Beiträge zur 3D Ähnlichkeitssuche leisten, sowie eine neue Methodik für die suchbasierte und visuelle Erschließung und Analyse von Kulturgut mit Anwendungsnutzen in der archäologischen Forschung vorstellen.

Das Forschungsprojekt Crossmodale Suche und Visuelle Exploration von 3D Kulturgutobjekten wurde vom Wissenschaftsfonds FWF und dem Land Steiermark gemeinsam finanziert. Das Projekt wurde zusammen mit dem Institut für Antike der Universität Graz und der Fakultät für Informatik der Universität von Chile, Santiago de Chile, durchgeführt. Die Kernfragen waren mit welchen Methoden Domänenwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler bei der interaktiven visuellen Suche, dem visuellen Vergleich, und der Analyse von Formen, Bemalungen und Ornamentierungen von digitalen Kulturgutobjekten in 2D oder 3D Repräsentation unterstützt werden können. Das Projekt erzielte eine Reihe von relevanten Ergebnissen, u.a. neue effektive Ansätze für die visuell-interaktive Suche und den form- basierten Vergleich von Objekten. Die Ansätze wurden mittels neuen effektiven Nutzerschnittstellen und Visualisierungen realisiert. Sie wurden in Zusammenarbeit mit unseren Forschungspartnerinnen und -partnern qualitativ und quantitativ evaluiert durch Anwendungsstudien, Interviews, und durch Anwendung auf Referenzdatensätze. Während des Projektes wurden 3D und 2D Materialien digitalisiert um Beispiel- und Testdaten zu erhalten, und um die Methodik zu demonstrieren. Die Ergebnisse liegen u.a. als eine Reihe von aufeinander aufbauenden Publikationen und Software Demonstratoren vor. Im Rahmen des Projektes wurde ein Workshop veranstaltet, die Promotion eines wissenschaftlichen Mitarbeiters ermöglicht, und ein Forschungsaufenthalt eines Nachwuchswissenschaftlers unterstützt. Darüber hinaus ist eine Masterarbeit entstanden. Das Projekt hat alle gesteckten Ziele erfüllt und die Thematik wird in einem Folgeprojekt weiterverfolgt.