Apoxyomenos, die antike Bronzestatue eines Athleten, der nach einem Wettkampf Öl und Staub von seinem Körper wischt, wurde 1999 in der Nähe der kroatischen Insel Lošinj (Abb. 1) im Meer gefunden. Untersuchungen ergaben, dass es sich um ein aus dem 4. Jh. v. Chr. stammende original griechische Statue handeln könnte, oder aber um eine römische Kopie dieser Statue. Da nur einige wenige original griechische Bronzestatuen erhalten sind, stellt Apoxyomenos ein außergewöhnliches Beispiel des Weltkulturerbes dar. Aus diesem Grund ist seine Restaurierung und die Bestimmung seines Ursprungs ausgesprochen wichtig. Trotz Beschädigungen in der Struktur, die durch Erosion und verbackene Sedimente durch die Jahrhunderte lange Lagerung unter Wasser entstanden sind, ist es Spezialisten des Croatian Conservation Instituts in Zagreb bereits gelungen, den Glanz der Statue wieder ans Licht zu bringen.

Im Januar 2002 führte die Firma "Topomatika" d.o.o. aus Zagreb im Croatian Conservatory Institute eine komplette 3D-Digitalisierung und -Messung dieser Statue durch. Die Skulptur des Apoxyomenos weist eine Vielfalt sehr feiner und realistischer Details auf, die durch Messungen von Länge, Breite, Höhe, Durchmesser, Winkel usw. der Skulptur nicht erfasst werden können. Die Schönheit der Form und die Fülle der Details können zwar durch Photodokumentation und Skizzen festgehalten werden, das Ergebnis ist aber immer nur eine zweidimensionale Beschreibung der dreidimensionalen Statue, die keine detaillierten Informationen über Form und Ausmaß liefert. Nur die Digitalisierung bietet die Möglichkeit einer exakten Abbildung der Form der Skulptur indem genaue und dicht platzierte Messpunkte auf seiner Oberfläche erfasst werden. Diese Aufgabe wurde erfolgreich mit den Systemen ATOS und TRITOP der Firma GOM durchgeführt.

Die Statue des Apoxyomenos wurde in einzelnen Messungen mit dem System ATOS II, mit einem Messbereich von 350x280 mm, digitalisiert. Für die Digitalisierung werden Streifenmuster auf das Objekt projiziert und die sich daraus ergebenden Bilder werden von zwei hochauflösenden Kameras aufgenommen. Die Datenerfassung für eine Messung dauert wenige Sekunden und ergibt bis zu 1,3 Millionen Datenpunkte, die die Form des Objektes im gemessenen Bereich sehr genau wiedergeben. Die Einzelmessungen werden automatisch in ein globales Koordinatensystem transformiert, das auf Referenzpunkten basiert, die mit dem Photogrammetriesystem TRITOP (Abb. 2) exakt vordefiniert wurden. Die Referenzpunkte wurden, wie in Abb. 4 sichtbar auf die Halterungen sowie einige wenige auch auf die flachen Bereiche des Objektes aufgebracht.

Da die komplette Restaurierung der Statue des Apoxyomenos noch nicht abgeschlossen ist, musste der Scanvorgang in der derzeitigen Lage der Skulptur durchgeführt werden. Zunächst wurde die Vorderseite gescannt (Abb. 3), dann wurde die Skulptur in ihrer Halterung gedreht, um die Rückseite scannen zu können. Da der Kopf der Statue vom Körper getrennt ist, wurde er separat gescannt (Abb. 4). Die Ergebnisse aller drei Messungen wurden in einem globalen Koordinatensystem mit Hilfe der gemeinsamen Referenzpunkten zusammengefasst und ergaben so die komplette Form der Skulptur.

Die Bronzeoberfläche der Skulptur ist sehr unregelmässig und reflektierend. Normalerweise können Objekte und Werkzeuge, die sehr glänzend sind, behandelt (besprüht oder gestrichen) werden, um eine einheitliche matte Oberfläche zu schaffen, die für das optische Scannen ideal ist. Hier jedoch kam eine Oberflächenbehandlung nicht in Frage. Das ATOS II System kann so verwendet werden, dass mit einer Messung Daten von dunklen und hellen Bereichen erfasst werden können, indem die projizierten Bilder mit verschiedenen Belichtungszeiten aufgenommen werden. Bei glänzenden Bereichen können die überbelichteten Bereiche in einer Kamera außerdem mit Daten, die aus den Bildern der anderen Kamera ermittelt werden (Single-Eye-Auswertung), ergänzt werden, so dass auch glänzende Bereiche einfach und genau digitalisiert werden können.

Mit Hilfe dieser Möglichkeiten konnte die Statue mit ATOS II erfolgreich gescannt werden, wobei sehr genaue und engmaschige Daten erzielt wurden. Damit bewies das System, dass es auch zum Scannen von glänzenden und dunklen Flächen hervorragend geeignet ist. Die Digitalisierung der kompletten Statue erforderte 114 Aufnahmen des Körpers und 57 Aufnahmen des Kopfes. Etliche dieser Aufnahmen wurden benötigt, um kleine und nicht einfach zugängliche Bereiche zu digitalisieren, um auch detaillierte Teile wie Haare oder Finger vollständig zu erfassen.

Das Ergebnis dieser kompletten Digitalisierung ist eine Datei mit über zehn Millionen Datenpunkten, die zu einem Polygonalnetz (STL-Daten), wie in Abb. 5-7 gezeigt, verknüpft sind.

Durch den hochauflösenden Scanner (typischerweise 13 Messpunkte pro Quadratmillimeter), konnten alle Einzelheiten der Skulptur, einschließlich der Schäden, sichtbar gemacht werden.
Wie in Abb. 8 gezeigt können Parallelschnitte aus den digitalisierten Daten in der ATOS Software einfach errechnet und als IGES-, VDA- oder ASCII-Daten exportiert werden.

Nach der kompletten Restaurierung im Jahre 2004 wurde die Statue nochmals digitalisiert, um die Restaurierungsarbeiten weiter zu dokumentieren und eine digitale Kopie der aktuellen Form zu erstellen.

Abbildung 9 zeigt die aktuellen digitalisierten Daten der ganze Statue und Abbildung 10 zeigt den Kopfbereich.
Basierend auf den stark geglätteten und ausgedünnten STL-Netzdaten wurden durch Reverse Engineering mathematische Flächendaten (Abb. 11) erzeugt. Diese CAD-Daten beschreiben geometrischen Elemente und leicht gekrümmte Flächen in einem kompakten Datenformat. Komplexe Detailformen wie die Haarpracht und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche können jedoch mit CAD-Daten nicht optimal dargestellt werden.

Eine dreidimensionale Digitalisierung in dieser Qualität ist eine digitale Kopie des realen Teils im tatsächlichen Moment. Damit ist es möglich, den Restaurierungsprozess zu dokumentieren, Formanalysen und Computer-Präsentationen zu erstellen und die Form der Statue auch in Zukunft zu überwachen. Basierend auf diesen Daten können aber auch hochgenaue Kopien der Statue angefertigt werden oder optimale Halterungen zu deren Transport.

Dieses hochgenaue Computermodell mit seiner Fülle an Details wurde durch berührungslose Messung und ohne Behandlung der Bronze-Oberfläche der Apoxyomenos-Statue erzielt, so dass während des Scanvorgangs die Sicherheit der Skulptur zu keiner Zeit gefährdet war.

Die Messsysteme ATOS II und TRITOP haben sich auch bei dieser speziellen Aufgabenstellung als flexible und effiziente Messmittel bewährt.

Wir bedanken uns beim Croatian Conservation Institute für das Vertrauen in die Firma Topomatika d.o.o und in die Systeme der Firma GOM sowie für die Erlaubnis, diesen Bericht zu veröffentlichen.