1999 startete das Staatliche Institut für Denkmalpflege in Prag unterstützt durch das Tschechische Kulturministerium ein Langzeitprojekt, das die Überwachung des Zustandes der Statuen der berühmten Prager Karlsbrücke zum Inhalt hat.

Die im 14. Jahrhundert gebaute Karlsbrücke ist nicht nur ein geschichtlich bedeutendes Bauwerk, sondern gleichzeitig eine Galerie barocker Plastiken.

Die Statuen und Skulpturengruppen zeigen mit der Zeit Abnutzungserscheinungen und so wurden die Originale nach und nach durch Kopien ersetzt. Aus der Vermessung der Originale und ihrer Kopien erhält man Aufschluss über den aktuellen Zustand der Skulpturen und den schädigenden Einfluss verschiedener Umweltfaktoren.

Zur Erfassung des Ist-Zustandes werden zerstörungsfreie Messmethoden eingesetzt, u.a. existiert jetzt eine detaillierte fotografische Dokumentation der Skulpturen. Die "flachen" Bilder enthalten aber nicht genug Informationen zur exakten 3D Form. Deshalb ist eine Digitalisierung erforderlich, sodass die Formdaten auf einfache Weise archiviert, verglichen und, falls erforderlich, zur Herstellung von Kopien verwendet werden können.

Die Statue des Heiligen Adalberts (tschech.Vojtech) wurde als erste digitalisiert. Die 6 Meter hohe Sandstein-Figur aus dem 18. Jahrhundert stammt von Ferdinand Maximilian Brokoff, einem der bedeutendsten Bildhauer dieser Epoche. Vorhanden und digitalisiert werden das Original, wie auch die aktuelle Kopie auf der Karlsbrücke.

Die Digitalisierung wurde durchgeführt von MCAE Systems s.r.o.. Zum Einsatz kamen die optischen Messsysteme TRITOP und ATOS der Firma GOM.

TRITOP ist ein Photogrammetrie-System, welches die genaue Position von Referenzpunkten erfasst. Das tragbare System besteht aus einer hoch auflösenden Digitalkamera, einem oder mehreren Maßstäben, (codierten) Referenzpunkten und einem Notebook-Rechner mit Auswertesoftware. Die Referenzpunkte werden auf das zu digitalisierende Objekt aufgebracht. Zusätzlich werden noch einige codierte Punkte und eine oder zwei Maßstäbe auf dem Objekt positioniert. Dann werden mit der Digitalkamera Aufnahmen aus verschiedenen Kamerapositionen gemacht. Diese Bilder werden in den Notebook-Rechner geladen, wo die Auswertesoftware die genaue 3D Position der Referenzpunkte auf dem Objekt berechnet.

Auch das optische Digitalisiersystem ATOS ist flexibel einsetzbar und projiziert Lichtstreifen auf das Objekt. Jedes projizierte Bild wird durch die beiden, im ATOS-Sensor eingebauten CCD Kameras erfasst. Von diesen Bildern wird automatisch eine Punktwolke berechnet, welche die Oberfläche des gemessenen Objekts exakt erfasst und darstellt.
Je nach Auflösung der verwendeten CCD-Kameras werden dazu zwischen 400 000 und 1,3 Millionen Objektpunkte erfasst und in einer Messung berechnet. Die Punktwolken werden dann automatisch in die entsprechenden Referenzpunkte eingepasst die mit TRITOP exakt definiert wurden. Aus den verschiedenen Messungen lässt sich die gesamte Oberflächenform des Objekts exakt und effizient erfassen.

Um genaue Details zu erfassen, kann ATOS für einen Messbereich von 100 mal 80 mm justiert und kalibriert werden. Zum Scannen großer und wenig strukturierter Flächen kann das gleiche ATOS System dann auf eine Messfläche von 350 auf 280 mm oder größer justiert und kalibriert werden.

Die Kombination von TRITOP und ATOS garantiert ausgezeichnete Genauigkeit und einfache Integration der einzelnen Digitalisierungsmessungen. Aus diesem Grund wurden die beiden Systeme in Kombination zum Scannen der Vojtech-Statue eingesetzt. Damit die große Datenmenge gehandhabt werden kann, wurde die Messung in eine Vorderseite, eine Rückseite und den Sockel aufgeteilt; alle Daten liegen jedoch im korrekten Koordinaten-System vor.

Nach der Reinigung der Statue wurden die Referenzpunkte angebracht. Dazu mußte zeitweise, wie in Abbildung 1 gezeigt, ein Lift mit Plattform eingesetzt werden. Im Ganzen wurden ungefähr 1600 Referenzpunkte auf der Statue angebracht (Abb. 2).

Dann wird mit TRITOP die exakte Position aller Referenzpunkte bestimmt. Etwa 100 Ansichten werden bei Tageslicht mit der Digitalkamera festgehalten. Mit Hilfe dieser Bilder kann die Position der Referenzpunkte in den Bildern definiert werden. Danach werden die Bilder virtuell miteinander verknüpft, so dass Sie den Ansichten eines Objektes mit den aufgebrachten Referenzpunkten entsprechen. Aus diesem Modell werden die aktuellen Kamerapositionen während der Aufnahmen definiert. Dann wird die genaue 3D Position aller Referenzpunkte berechnet. Dargestellt sind die Positionen der Referenzmarken und die Kamerapositionen in Abb. 3. Das Netz der Referenzpunkte wird verwendet um die ATOS-Scandaten automatisch in das definierte Koordinatensystem zu integrieren.

Um wenig Fremdlicht und somit guten Streifenkontrast auf der Statue zu haben, wurde die Digitalisierung mit ATOS hauptsächlich nachts durchgeführt. Dazu wurde der ATOS Sensor auf einen Kamera-Kran montiert. Dieser Kran kann mit einem Joystick bedient werden und ist zur Kontrolle des Arbeitsgebietes mit einer zusätzlichen Kamera ausgerüstet. Der ATOS Sensor wurde dadurch in Arbeitsdistanz um die Statue geführt und die Messungen erfolgten wie in Abb. 4 gezeigt. Zur Erfassung dieser Statue wurden mit ATOS mehr als 350 Aufnahmen gemacht und über 37 Millionen Datenpunkte mit einem Messpunktabstand von typischerweise 0.5mm eingescannt. Je nach Statue und erforderlicher Datendichte erledigt ein erfahrenes Messteam eine derartige Messung in zwei bis drei Tagen.

Aus den gescannten Messdaten konnten zum Beispiel die digitalen 3D-Modelle der folgenden Abbildungen erarbeitet werden.

Trotz aller Sorgfalt bleiben einige kleine und versteckte Details der Statue unerreichbar für die optische Triangulationsmessung. Diese Details können mit Hilfe von Reverse Engineering modelliert werden, um eine vollständige digitale Rekonstruktion des aktuellen Zustandes der Statue zu erhalten.

Die wertvolle Vojtech-Statue wurde durch einen Meister seines Fachs geschaffen und steckt voller detaillierter Merkmale und versteckter Flächen. Die Erfassung der Skulptur mit all ihren Einzelheiten stellte deshalb eine große Herausforderung an die Ausrüstung und ihre Bediener dar.

Die Verwendung eines professionellen Digitalisiersystems an einer Brückenstatue ist von großer Bedeutung, weil der erfolgreiche Projektabschluss das Potential dieser Technik für anspruchsvolle Digitalisierungsaufgaben unter Beweis stellt.
Der Auftrag ist erledigt und die Daten sind auf CDs gespeichert. Sie werden helfen, die Statuen der Karlsbrücke hoffentlich bis weit hinein ins nächste Jahrhundert zu sichern und zu schützen.

Wir danken dem staatlichen Institut für Denkmalpflege in Prag und den Mitwirkenden bei diesem Projekt für ihren Einsatz und das Vertrauen in unsere Systeme.

Weitere Informationen über die Karlsbrücke, Prag finden Sie unter http://www.prague-spot.com/charles-bridge.