Einsatzbeispiele aus der Wissenschaft

Visualisierung und Animation

Mit Volume Graphics Software ist es einfach, aussagekräftige und gleichzeitig atemberaubend schöne Visualisierungen und Animationen zu erstellen.* Mächtige Clipping-Funktionen erlauben Ihnen, ins visualisierte Objekt hineinzublicken, ohne es dafür physisch zu sezieren. Und die Software kann nicht nur eine beliebige Anzahl von Volumendatensätzen in einer Szene fotorealistisch darstellen, sondern auch Polygonaldaten.

Im Fall das brütenden südafrikanischen Schlangensterns Ophioderma wahlbergii** wurde VGSTUDIO MAX dazu benutzt, die Jungtiere im Mutterleib zu visualisieren. Diese Entdeckung gab Wissenschaftlern neue Einblicke in das Brutverhalten der Schlangensterne.

*Daten von: J. Landschoff und C. G. Griffiths 2015, „3D visualisation of brooding behaviour in two distantly-related brittle stars from South African waters“ und J. Landschoff, A. du Plessis, C. G. Griffiths 2015, „A dataset describing brooding in three species of South African brittle stars, comprising seven high-resolution, micro X-ray computed tomography scans“

**Selbst keine Zeit, beeindruckende Animationen zu kreieren? Volume Graphics bietet die professionelle Produktion von Videos an. Fragen Sie uns nach einem Angebot. Und schauen Sie sich die Beispiele auf unserem YouTube-Kanal an.

Segmentierung

Mächtige und doch einfach zu bedienende Segmentierungswerkzeuge helfen Ihnen dabei, einen Datensatz in verschiedene Teile, Materialien usw. zu zerlegen. Die Segmentierung von Fossilien oder rezenten Organismen innerhalb von dreidimensionalen Volumendaten eröffnet komplett neue Möglichkeiten, die konventionelle Dünnschichtbilder oder das Sezieren nicht bieten. Das alles funktioniert komplett zerstörungsfrei. Und mit den Clipping-Funktionen schneiden Sie virtuell das visualisierte Objekt auf, um einen Blick ins Innere zu werfen.

Im Beispiel* wurde mit der Basisversion von VGSTUDIO MAX der Kopf eines ausgestorbenen Karusasaurus polyzonus basierend auf den Grauwerten der unterschiedlichen Bestandteile segmentiert. Muskeln, Knochen und Nervensystem sind klar erkennbar und können gezielt ein- und ausgeblendet werden.

*Daten von: E. Stanley und D. Blackburn 2015 (California Academy of Sciences), gescannt von: E. Stanley and M. Faillace bei GE Inspection Technologies, LP Technical Solutions Center in San Carlos, CA
 

Koordinatenmesstechnik

Mit VGSTUDIO MAX können Sie in 2D und 3D Messungen direkt auf den Voxeldaten durchführen. Alles was Sie dazu benötigen, ist das Modul Koordinatenmesstechnik. Die Möglichkeiten gehen weit über das hinaus, was mit traditionellen zerstörenden oder zerstörungsfreien Prüfverfahren möglich ist.

Die Messfunktionen von VGSTUDIO MAX wurden auf dem Skelet der Mexikanischen Grabkröte Rhinophrynus dorsalis* für anatomische Messungen genutzt, unter anderen um die Länge der Extremitäten und des Körpers zu ermitteln. Maße wie diese werden für vergleichende morphologische Untersuchungen genutzt.

*Daten von: E. Stanley and D. Blackburn 2015 (California Academy of Sciences), gescannt von: E. Stanley and M. Faillace bei GE Inspection Technologies, LP Technical Solutions Center in San Carlos, CA
 

Erweiterte Oberflächenbestimmung*

Mit der erweiterten Oberflächenbestimmung von VGSTUDIO MAX können Sie jedes Detail sichtbar machen – auch die, die kleiner als ein Voxel sind. Die Grauwerte der einzelnen Voxel werden in Abhängigkeit von den Grauwerten der umliegenden Voxel verarbeitet, so dass Sie eine glattere und realistischere Oberfläche erhalten. Diese lokal adaptive Oberflächenbestimmung reduziert den Einfluss von Artefakten und minimiert gleichzeitig den Benutzereinfluss.

Die lokal adaptive Oberflächenbestimmung wurde zur Vorbereitung des Schädels der Kleinkatze Puma concolor** für hochpräzise anatomische Messungen und genaue Visualisierungen eingesetzt. Präzise Messungen anatomischer Strukturen können für vergleichende morphologische Untersuchungen verwendet werden.

*Teil des Moduls Koordinatenmesstechnik
**Daten von Volume Graphics GmbH, gescannt von: Fraunhofer-Zentrum HTL

Dickschicht-Option und nicht-planare Ansicht

VGSTUDIO MAX kann dazu genutzt werden, Strukturen sichtbar zu machen, die über verschiedene Schnittbilder verteilt oder gekrümmt sind. Die Dickschicht-Option kombiniert aufeinanderfolgende Schnittbilder zu einer 2D-Ansicht, um sie auf einen Blick erfassbar zu machen. Mit der nicht-planaren Ansicht in VGSTUDIO MAX können beispielsweise zylindrische Objekte „abgerollt“ und dann Schnittbild für Schnittbild durchgeblättert werden. Das funktioniert nicht nur mit zylindrischen Objekten, sondern auch mit Freiformflächen. So werden gekrümmte Strukturen wie Inschriften, Ornamente, Knochen oder Gefäße auf oder in Präparaten erkennbar.

Im Beispiel* wurde die Dickschicht-Option genutzt, um das gesamte Skelett einer Wanderratte Rattus norwegicus in einer 2D-Ansicht zusammenzufassen. Die Knochen, die ursprünglich auf verschiedene Schnittbilder verteilt sind, werden damit auf einen Blick sichtbar.

*Daten von: Volume Graphics GmbH
 

Wandstärkenanalyse

Mit dem Modul Wandstärkenanalyse ermitteln Sie die Wandstärke von Objekten aus verschiedensten organischen oder anorganischen Materialien. Es hilft Ihnen, Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke automatisch und direkt in den Voxeldaten zu lokalisieren.

Im Beispiel* wurde mit VGSTUDIO MAX, die Wandstärke einer Schale eines Allonautilus scrobiculatus, einer Art der Perlboote, ermittelt. In einem 3D-Rendering wird die Wandstärke farbkodiert dargestellt, wobei Rot die dicken Bereiche markiert. Die Wandstärkenanalyse kann Aufschluss darüber geben, wie sich die Spezies an unterschiedliche Wassertiefen angepasst hat.

*Daten von: R. Hoffmann 2015 (Ruhr-Universität Bochum), gescannt mit einem Synchrotron-Scanner von: F. Fusseis, X. Xiao, R. Hoffmann

Strukturmechanik-Simulation

Mit dem Modul Strukturmechanik-Simulation für VGSTUDIO MAX können Sie virtuelle Belastungstests direkt auf dem gescannten Objekt durchführen. Berechnen und visualisieren Sie Kraftverläufe, lokale Verschiebungen und versagensbedingte Größen wie die Von-Mises-Spannung.

Mit der Strukturmechanik-Simulation wurde die Kraftübertragung beim Beißen auf verschiedene Zahntypen der giftigen Viper aus Subsahara-Afrika (Causus rhombeatus*) simuliert. In der Simulation wurde eine direkte Kraft auf die Spitze des Fangzahnes angewendet. Die gemessene Von-Mises-Spannung eines Fangzahnes war deutlich geringer als bei der Anwendung der gleichen Kraft auf einen Standardzahn. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass die wesentlich größeren Fangzähne einer deutlich höheren Belastung standhalten. Diese Art der Analyse hilft den Wissenschaftlern zu verstehen, wie sich die Morphologie der Fangzähne an die Bissbeanspruchung anpasst, wie sich diese zwischen den Fanzahngarten unterscheidet und ob sie mit dem Fressverhalten der jeweiligen Schlange zusammenhängt.

*Daten von: du Plessis, A., le Roux, S. G., & Broeckhoven, C. (2016), gescannt von: Stellenbosch CT Scanner Facility

Faserverbundwerkstoffanalyse

Das Modul Faserverbundwerkstoffanalyse für VGSTUDIO MAX ermöglicht es Ihnen, Datensätze von Faserverbundwerkstoffen sowohl im kleinen als auch im großen Maßstab zu analysieren. In kleinen Materialproben zeigt Ihnen VGSTUDIO MAX die einzelnen Fasern. Im großen Maßstab können größere Strukturen wie Gewebe oder Rovings analysiert und visualisiert werden. 

Im Beispiel* wurde mit VGSTUDIO MAX ein mehrlagiges Gewebe untersucht. Da die Textilindustrie eine der ältesten der Welt ist, geben archäologische Textilstudien aufschlussreiche Antworten auf anthropologische Fragestellungen. 

*Daten von: ITCF Denkendorf

Transportphänomene

Das Modul Transportphänomene für VGSTUDIO MAX erlaubt es Ihnen, auf Porenebene Experimente direkt auf CT-Scans beispielsweise von Erd- und Gesteinsproben, anderen porösen Materialien oder Faserverbundwerkstoffen durchzuführen. Mit virtuellen Strömungs- und Diffusionsexperimenten werden komplexe Phänomene wie absolute Permeabilität, Tortuosität, Formationsfaktor, molekulare Diffusivität, Porosität, elektrischer Widerstand und thermische Leitfähigkeit und die damit verbundenen effektiven Materialeigenschaften berechnet. 

Im hier gezeigten Beispiel* wurden mit dem Modul Transportphänomene die physikalischen Eigenschaften einer Sandsteinprobe aus der französischen Region Fontainebleau bestimmt. Basierend auf einem Micro-CT-Scan, wurde eine 3D-Darstellung des Sandsteins erstellt. Die eigentliche Gesteinsprobe blieb intakt. Anschließend wurde mit VGSTUDIO MAX die Strömung von Flüssigkeit auf Porenebene berechnet und daraus die absolute Permeabilität abgeleitet. 

*Daten von: W. B. Lindquist, A. Venkatarangan, J. Dunsmuir, T.-F. Wong 2000, „Pore and throat size distributions measured from synchrotron X-ray tomographic images of Fontainebleau sandstones“ veröffentlicht im: Journal of Geophysical Research: Solid Earth (105, 21509)

Schaumstrukturanalyse

Mit dem Modul Schaumstrukturanalyse in VGSTUDIO MAX können Zellstrukturen bestimmt werden, egal ob in synthetisch hergestellten Materialien oder in natürlich entstandenen Schaumstrukturen. Das Modul kann beispielsweise dazu verwendet werden, CT-Daten in Zellen, Stege und Kontaktflächen zu segmentieren und zahlreiche statistische Werte zur weiteren Analyse zu erhalten. 

Im Beispiel* wurde mit dem Modul Schaumstrukturanalyse ein hochporöser, vulkanischer Bimsstein analysiert. Im Bild sind Visualisierungen verschiedener Analysen kombiniert: segmentierte Stege, Wandstärke und die bloßen Volumendaten.** Insgesamt zeigen diese Analysen, wieso ein leichter Bimsstein trotz einer Porosität von 90 % sehr stabil ist. 

*Daten von: Volume Graphics GmbH, gescannt von: GE Munich
**Nicht alle hier gezeigten Funktionen sind in der Release-Version von VGSTUDIO MAX 3.0 implementiert.

Porositäts-/Einschlussanalyse

Mit dem Modul Porositäts-/Einschlussanalyse in VGSTUDIO MAX finden, analysieren und visualisieren Sie Strukturen in Feststoffen. Einmal entdeckt, können Poren, Lunker und Einschlüsse gemäß ihres Volumens, Durchmessers etc. farbkodiert werden. Für jede Struktur berechnet und visualisiert die Software verschiedene Parameter (Lage, Kompaktheit, Defektgröße und -volumen, Abstand zum nächsten Defekt, Entfernung eines jeden Defekts zu einer Referenzfläche). 

Das Beispiel* zeigt kleine Ilmenit-Partikel und ähnliche Materialien mit einer hohen Dichte, die automatisch in einem CT-Scan eines Granitbohrkerns mit 30 mm Durchmesser erkannt wurden. Mit dem Modul Porositäts-/Einschlussanalyse wurden die kleinen Einschlüsse der dichten Materialien gemäß ihrer Größe farbkodiert. Geologen können mit CT und Volumendaten zerstörungsfrei Informationen über das Gestein für künftige Analysen gewinnen. 

*Daten von: S. le Roux and A. du Plessis (Stellenbosch University), gescannt von: Stellenbosch CT Scanner Facility