AG-Treffen 2021/03/17: Morphologielabor, Centrum für Naturkunde der Uni Hamburg (CeNak)

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Begrüßung und Bericht zur Öffentlichkeitsarbeit

Künftig auf der Website

Offene Runde

Nutzung von Kompakkt

  • Claus: Probem beim Anmelden und Nutzen. Wie sind die Erfahrungen anderer?
    • Kein Objekt wird auf der Seite geladen
    • Problem liegt möglicherweise bei eigener IT
    • Mehrere Institutionen scheinen Probleme mit der Nutzung / Anzeige zu haben

Erfahrungen von Modellen in VR Umgebung

  • Maria hat Erfahrungen mit AR Umgebung
  • Claus: Arbeit mit Mozilla Hubs – Büsten und 3D Raum aus Scans erstellt – begehbar mit oder ohne VR Equipment
  • Martin: Museum 4.0 https://www.museum4punkt0.de/teilprojekte/
    • Frage: Nur Modellierung oder auch Erfassung?
    • Claus: Erfahrungen von Museum 4.0 am Deutschen Museum:
      • Objekte wurden gescannt, dann nachmodelliert
      • Außerdem: Scans wurden vom Dienstleister animiert und dann in AR Umgebung eingefügt
    • Modellierung ist sparsamer, effizienter, Scans sind komplexer (mehr Polygone -> größer)
  • Bereich Architektur
    • Maria: mögliches Werkstattsberichtthema (Sommer)

Werkstattbericht von Stephanie Köhnk (Centrum für Naturkunde der Uni Hamburg)

Video & Folien

Zur Person & zum Projekt

  • Labormanagerin des Morphologielabors am Centrum für Naturkunde der Uni Hamburg (CeNak)
  • Folgende Beispiele stammen aus dem Bereich der Zoologie
    • Großer Bestand an kleinteiligen Objekten

Zielsetzung der Digitalisierung

  • Genaue digitale Repräsentation
  • Digitale Zugänglichkeit
    • Was ist vorhanden, was kann angeschaut werden, welche Objekte sind wissenschaftlich relevant?
  • Objektleihe vermeiden
    • Beispiel: Typusmaterial (Das Objekt, woran die jeweilige Art beschrieben worden ist.) wird ungern verliehen, da extrem wertvoll
    • Möglichkeit das Verschicken zu umgehen durch Digitalisierung (-> genaue Repräsentation)
  • Nutzung der Digitalisate in der Forschung
    • Morphologie (äußere Form der verschiedenen Tiere)
    • Anatomie (Organstrukturen und das Innere)
    • Oberflächencharakteristika / Texturanalyse von Einzelteilen (Beispiel: Textur von Zähnen)
      • Oberflächenrauigkeiten teilweise im nm Bereich
  • Nutzung der Digitalisate in der Lehre
    • 3D-Druck
      • Ermöglicht sonst nicht ausstellbare Objekte auszustellen
    • Welche Onlineplattformen können genutzt werden, um alles nötige zu kommunizieren?

Beispiel 1: Trockenmaterial

Knochen, Insekten

Computer Tomographie

  • der Computer Tomograph ist geräumig, aber das Aufnahmefeld ist begrenzt (erfasst Objekte bis 30cm, die in zwei Einzelscans zusammengesetzt werden müssen)
  • funktioniert gut mit Trockenmaterial

zeigt Spitzmausschädel

  • Volumenrepräsentation mit Computertomographie] gut möglich : Blick in den Schädel -> Innenohr, Größe der Hirnkapsel usw. erkennbar
  • Arbeitszeit: 8 Min Erstellung des Schädelmodells, 5 Min Nachbearbeitung bei überblickshaftem Modell, sauberere Nachbearbeitung würde mehr Zeit erfordern

zeigt: Vögel (Haut, Federkleid, Schädel / Knochen)

  • Trockenmaterial umfasst verschiedene Oberflächen, nicht nur Knochen
  • Objekte müssen stets sicher fixiert werden für den Scan

zeigt Scan vom Schädel

  • Haut und Hornschnabel wurden mit erfasst, Problem sobald nur der Schädelknochen erfasst werden soll
  • dies erfordert zeitaufwändigere Nachbearbeitung
  • Problem: Haut und Knochen haben die gleichen Grauwerte und können nur mit viel Aufwand voneinander im Modell getrennt werden
  • Zweck der 3D-Digitalisierung von Vogelschädeln: Messpunkte auf verschiedenen Schädeln sollen Vergleiche zwischen verschiedenen Vogelgattungen und -familien zulassen
  • Erst durch CT Scan erkennbar: Schädel des Objektes ist gebrochen, somit wissenschaftlich nicht zu verwenden
  • Genutzte Software: Yxlon Capture, Verarbeitung: Cera, VG Studio, 3D Slicer, Amira

Materialunterschiede

  • Präparate mit Draht:
    • Draht hat eine höhere Röntgendichte und wird heller erfasst als der Knochen -> erschwert die Erfassung des Knochens

Beispiel 2: Alkoholmaterial

  • Entnahme aus der Flüssigkeit ist nicht möglich
  • Alkoholatmosphäre muss auch während Digitalisierung bestehen bleiben

Fischlarven

  • Wichtig für Populationsmonitoring
  • klein und durchsichtig -> schwierig zu fotografieren
  • CT = keine Erfassung, kein Kontrast zu erkennen / vorhanden
  • Nachkontrastieren eventuell möglich, ist derzeit in Arbeit

Reptilien & Amphibien: Meeresschildkröte

  • noch unter Alkohol im CT digitalisiert
  • Problem: Plastik der Flaschen taucht mit auf Scan auf
  • Lösung: Zip-Lock-Beutel mit Alkohol-Luft-Atmosphäre: Bessere Erfassung, nur wenig des Beutels wurde mit erfasst
  • Zeitaufwand: "Quick and Dirty" Threshhold Segmentierungen in ca. 15 Minuten möglich, kann gespeichert werden und als TIFF Stapel hinterlegt werden für Forschungsfragen
  • Postprocessing für Oberflächen: sehr Zeitintensiv

Wirbellose Tiere

  • direkt unter Alkohol gescant
  • sehr klein, mit wenig Flüssigkeit
  • der Scan ist so gut möglich

Beispiel 3: Sehr kleine Objekte

  • Beispiele: Copepoden, Anneliden = 1mm ist sehr groß für diese Objekte
  • Versuch mit dem CT: Bereits gefärbtes Objekt, eingebettet in Harz
  • Ergebnis: zu klein für CT, nur ein Punkt wird erfasst, da kein Kontrast vorhanden ist
  • Lösung: Laserscan CLSM (Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop)
  • Erfassung der zweier Seiten mit CLSM wirft die Frage danach auf, was eigentlich ein 3D-Modell ist
  • Stephanie: Ein 3D-Modell ist ein Modell, das im virtuellen Raum gedreht werden kann und sich aus verschiedenen Perspektiven betrachten lässt
  • Aus CLSM Bildstapel kann mithilfe von Image Jay (https://imagej.nih.gov/ij/) und Drishti (https://drishti.com/) eine Oberfläche erstellt werden
  • CLSM Umwandlung in Oberfläche (https://de.wikipedia.org/wiki/Konfokalmikroskop, https://de.wikipedia.org/wiki/Laser-Scanning-Mikroskop)

Beispiel 4: 3D-Rekonstruktion aus Schnittserien

Krabbe

  • Schnitt: Inneres erscheint "leer" – Eigenkontrast des Inneren sehr gering, schwierig zu erfassen im CT

zeigt Fijidoma maculata Süßwasserschnecke

  • Darstellung einer tragenden Schnecke kontrastiert mit Iod
    • Ergebnis: CT Signal ist deutlich zu erkennen, Inneres des Weichtieres ist sichtbar
    • Problem: Ausgangsobjekt wurde an dieser Stelle bereits verändert (Gewebebelastung)
    • Größere Organe lassen sich gut darstellen, kleinere Details nicht erkennbar
    • Lösung: Physische Schnitte, um aus ihnen ein Modell zu erstellen (mithilfe von Image Jay)
    • Schnitte sind nach Zusammensetzung noch erkennbar, Nachbearbeitung also notwendig für die Oberfläche Modo ( https://www.foundry.com/products/modo ), Maya ( https://www.autodesk.de/products/maya/ )
    • Vorteil: Kleinste Details werden so sichtbar gemacht
    • Problem: haptische Schnitte sind destruktiv
    • Neues Sammlungsobjekt: Schnittserien werden inventarisiert für die weitere Forschung (Umwandlung des Objekts?)

Beispiel 5: Magnet-Resonanz-Tomographie

  • Objekte, die nicht kontrastiert und/oder zerschnitten werden können
  • Vorteil: Weichgewebe kann mit dargestellt werden
  • Kombination von MRI und CT:
    • kann übereinander gelegt werden, ergänzend zusammengefügt werden
    • Software: Amira
    • Krabbe: Innere Organe werden gut dargestellt
    • Problem: Zugänglichkeit der Scanner / Spezialscanner aus der Forschung sind notwendig für die benötigte Auflösung
    • Problem: lange Scanzeiten (Krabbe über 60h im MR) (Vergleich.: CT innerhalb von 8 Min Scan möglich)

Fazit

  • Postprocessing ist am zeitaufwändigsten
  • verschiedene Formate / Daten von verschiedenen Verfahren
  • Plattformen: Welche soll genutzt werden, welche Plattform kann die verschiedenen Daten geeint darstellen/ zugänglich machen?
    • FUNDus Uni Hamburg, Objekte werden mit Object Identifier versehen und sind zitationsfähig
    • Aber: andere Plattformen werden häufiger durchsucht – Stichwort: Auffindbarkeit

Diskussion

Zusammenführung von MR & CT

  • Stephanie: am Besten Objekte in genau der selben Position aufnehmen bei verschiedenen Verfahren (Position fixieren)
  • Kann problematisch werden bei dem Fokus auf bewegliche Elemente von Objekten (wie Gliedmaßen etc.), da Organe aber innenliegend sind, ist das Problem hier weniger stark präsent
  • Maria: auch Erfahrungen bei verschiedenen Verfahren und Fixierung für Transport zwischen CT und Photogrammetrie-Aufnahmeort. Falls es weitere Lösungen gibt, ist das Interesse daran groß, um mit der Schwierigkeit der Bewegungen besser umgehen zu können.
  • Maria an Stephanie: Plant ihr auch die Integration von Photogrammetrie und CT?
  • Stephanie: Ja, ist geplant. Wie wurden Volumendaten und Oberflächenerfassung im Gyrologprojekt zusammengesetzt?
  • Maria verweist auf Kollegen, der dies durchführte und dazu promoviert und bietet einen Termin dafür an.
  • Ilja ist auch interessiert

Digitale Färbung im CT

  • Maria: eigene Erfahrung bei Gyrolog: die Oberfläche von Photogrammetrie wurde verwendet, da das CT nur Grauwerte ausgibt. Es musste deutlich gemacht werden, welche die „echten“ Farben und welche die digital nachträglich erzeugten Farben sind. Wie geht ihr damit um?
    • Stephanie: Oft ist die Farbgebung nebensächlich, Tiere in Alkohol entfärben sich auch
    • digitale Färbung ist vor allem wichtig um Einzelteile voneinander abzugrenzen
    • Möglichkeit existiert: Textur kann darüber gelegt werden. Wenn Farbgebung wiedergegeben werden soll, wird hier auch mit Photogrammetrie gearbeitet.

CT bei Alkoholpräparaten

  • Ilja: Vergleich: Bei einem medizinischen CT läuft die Erfassung um das Objekt herum. Für Alkoholpräparate scheint das optimal, gab es damit Versuche, gibt es das?
    • Stephanie: Krabbe wurde testweise im medizinischen CT für Mäuse erfasst
    • Überlegung existiert, ein klinisches CT anzuschaffen
    • Problem: Auflösung
    • Bei sehr großen Objekten wäre eine hohe Auflösung aber eventuell auch problematisch, selbst bei guter Aufstellung im technischen Bereich

Zugänglichkeit

  • Maik: Wo sind die Daten zugänglich?
    • Stephanie: Teile sind über FUNDus zugänglich (https://www.fundus.uni-hamburg.de/)
    • grundsätzlich ist die Zugänglichkeit in Arbeit
    • Ziel: Open Source
    • Bei Scans fremder Sammlungen muss dies abgestimmt werden

Plattformen

  • Martin: Wie kann man die genannten verschiedenen Plattformen charakterisieren und warum gibt es so viele?
    • Stephanie: Hauptproblem: Jede Institution baut eigene Plattform für eigene Daten
    • Problem: Internationaler, universaler Zugang
    • Problem: zu viele kleine Repositorien
    • DigiTiB: Digitale Lehre: Bestimmungsübungen sollen damit unterstützt werden

Bibliothekseinbindung

  • Maik: Zusammenarbeit mit der Bibliothek möglich, eventuell infrastrukturell hilfreich?
    • Stephanie stimmt zu hat selbst bisher noch keinen Kontakt zur Bibliothek diesbezüglich gehabt
    • Henrik: (aus Chat) Wir kooperieren vor allem mit dem Forschungsdatenrepositorium des Zentrums für nachhaltiges Forschungsdatenmanagement. Darauf aufbauend sollen die Daten über Schnittstellen an weitere Datenaggregatoren geliefert werden (in Arbeit). Ausgewählte Datensätze zu einzelnen Sammlungen werden bereits jetzt in das Schaufensterportal FundUS! gestellt. FundUS! Ist aber kein Repositoriium.

Besprechung zu zukünftigen Abläufen und Tätigkeitsfeldern der AG3D

Werkstattberichte

Makerspace Alissa Gießen / Maik Dresden

  • AG VR und AR in der Lehre: Kontakt zum Makerspace Gießen:
    • Erklären alle Basics verständlich & unterstützen Beginnende
    • Könnten über ihr Angebot & Fortbildungen berichten
    • Gemeinsame Vorstellung von Makerspaces
  • Maik: Vorschlag: Gezielt lokales Anfragen verschiedener Makerspaces

Freiberger Schüler Sascha Schmidt

  • Objektdigitalisierung mit Schülern
  • Kurzer Vortrag: 10 Min Bericht
  • Vorschlag Maria: Kombination von mehreren Berichten aus der Lehre

Thomas Kaiser Säugetierknochen

  • Vorschlag Robert: Zusammen mit anderen Projekten, die mit Säugetierknochen arbeiten (MIttweida?)

Maren Vossenkuhl (montan.dok / DBM)

  • Testweise Digitalisierung der Modellsammlung mit Laserscan & Photogrammetrie
  • Frühestens ab Mai
  • Unterschiedliche Modelle:
    • Werkzeuge
    • Maschinenteile

Marleen Mohaupt

  • 3D-Digitalisierung von Skelettsammlungen in Mittweida

Task Forces gründen

  • Ilja: Was ist das Ziel der Task Forces?
    • Martin: Bereiche bearbeiten, in denen man mehr tun kann als Berichte zu hören oder zu halten
  • Mögliche Denkanstöße zu Themen und Zielen:
    • Software (Erstellung und Präsentationsplattformen)
    • Was brauchen wir, was wollen wir? Wer macht es? Welches Geld?
    • Nachhaltigkeit
    • Positionspapier erstellen
    • Überblick der Plattformen & Software erstellen
    • Überblick: systematischer Überblick der 3D Aktuer:innen / Projekte
    • Stephanie: Erarbeitung eines Fragebogens zum Überblick auch außerhalb der AG
  • Martin: Was könnte die AG noch erarbeiten?
  • Marleen: Schwierigkeit Task Forces:
    • binäre Entscheidungen -> lieber Prozesse
    • Martin: Idee: In Task Forces werden Inhalte erarbeitet, die dann in der Gruppe präsentiert werden
  • Stephanie Vorschlag: Bis zum nächsten Mal Gedanken zu Task Forces machen, dann festlegen.

Schluss

Nächste Treffen

  • 21.04. 10:00 Uhr Sascha & Task Forces
  • 26.05. 10:00 Uhr evtl Maren Vossenkuhl (montan.dok / DBM)
  • 23.06. 10:00 Uhr tba
  • 14.07. 10:00 Uhr tba
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