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Donnerstag, 19. Oktober 2017, Ausgabe Nr. 42

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Kultur

Skulptur digital

Von Susanne Donner | 27. April 2017 | Ausgabe 17

An historischen Statuen nagt der Zahn der Zeit. Von ihnen erstellen Forscher jetzt mit zerstörungsfreier Technik digitale Sicherungskopien, die bei einer präventiven Restaurierung helfen.

3d-Skulptur BU
Foto: Susanne Donner

Per Laserscanner erfassen Hannes Horneber und sein Kollege vom Fraunhofer IPM die Oberfläche des Dresdner Knaben mit einer Auflösung von 0,5 mm.

Der athletische Jugendliche neigt den Kopf, als suchte er etwas auf dem Boden der lichtdurchfluteten Halle des Dresdner Albertinums. Der Körper wirkt wohlproportioniert mit flachem, nicht allzu durchtrainierten Bauch. Der Blick ist offen, doch in sich gekehrt, als sinniere er über etwas.

Modellprojekt für den Erhalt von Kulturerbe

Über 2000 Jahre alt ist diese Statue des Dresdner Knaben aus weißem, glatt geschmirgeltem Marmor. Es ist eines der kostbarsten Stücke der Sammlung der Staatlichen Dresdner Museen. „Eine exzellente Arbeit“, urteilt die Restauratorin Stephanie Exner, „ich bewundere die genaue Ausarbeitung der Haarlocken, deren lebendige Form bis heute weitgehend erhalten ist. Insgesamt ist die antike Skulptur eine der am vollständigsten erhaltenen. Es ist selten, dass noch Kopf, Oberarme und Beine vorhanden sind.“

Die Unterarme allerdings fehlen. Wohl ein Schelm, ohne Sinn für den Wert der Kunst, hat den Jüngling zudem entmannt. Nase und Oberlippe haben Restauratoren in der Vergangenheit bereits aus Gips ergänzt.

Foto: S. Donner

Das Terahertzgerät gibt Restauratorin Stephanie Exner Auskunft darüber, ob sich im Innern der Plastik ein stützendes Metallgerüst befindet.

Die 1,5 m hohe Statue ist so kostbar, dass sie selten an andere Museen verliehen wird, denn jeder Transport könnte sie aufs Neue beschädigen. Exner knipst eine Taschenlampe an und geht in die Hocke. Damit das Hautfett ihrer Finger den Stein nicht angreift, berührt Exner das millionenschwer versicherte Objekt nur mit Handschuhen. „Hier am Sprunggelenk sind zwei Risse“, bemerkt sie. Feine Haarrisse oder ein beginnender Bruch, der den Knaben zu Fall bringen kann, weil auf dieser Partie ein großes Gewicht lastet? „Könnten wir ins Innere schauen, wüssten wir mehr.“

Genau darum soll es an diesem Dienstag im März im Dresdner Albertinum gehen. Forscher verschiedener Fraunhofer-Institute haben sich um drei Kunstobjekte im Lichthof des Museums versammelt. Von ihnen wollen sie im Projekt „Kulturerbe“ digitale Kopien erstellen und dann mit Daten aus dem Inneren der Skulpturen verbinden. So könnte eine virtuelle Kopie gefüllt mit Messdaten entstehen. „Das ist eine ganz neue Methode“, meint Constanze Fuhrmann, Projektleiterin vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) in Darmstadt.

Digitalisate dieser Art haben viele Vorteile. So könnten Besucher den Dresdner Knaben auch andernorts überlebensgroß in 3-D betrachten, „während das Original voraussichtlich ab 2019 nur in der Antikensammlung im Zwinger in Dresden zu sehen sein wird“, sagt Exner.

Die Sicherungskopie würde zudem das kulturelle Erbe im Fall einer Katastrophe bewahren. So setzte etwa die Elbe-Flut von 2002 den Gewölbekeller des Albertinums unter Wasser. Bauten wie der Stephansdom in Wien, der Kölner Dom und der Zahntempel des Buddha in Sri Lanka liegen deshalb bereits als 3-D-Scans vor. Allein um den Kölner Dom zu digitalisieren, brauchten 27 Studenten eine ganze Woche. Und: „Wegen der Zerstörungen im Nahen Osten ist die Digitalisierung von Kunst aktuell ein ganz großes Thema“, weiß Informatiker Pedro Santos, Leiter der Gruppe „Kulturerbe“ am Fraunhofer IGD.

Das Vorhaben „Kulturerbe“ möchte aber mehr als nur 3-D-Digitalisate erschaffen. Verknüpft mit Daten aus Ultraschall-, CT-, Röntgen- und Terahertzgeräten könnte man sehen, „ob im Inneren etwas verfällt und hätte eine bessere Basis für eine präventive Restaurierung“, erklärt Projektleiterin Fuhrmann. Das Digitalisat würde so den Ist-Zustand des Kunstobjektes konservieren. Restauratoren könnten daran Schäden analysieren und das Objekt vor weiterem Verfall schützen. Ihre Handgriffe ließen sich virtuell planen und erproben. Und Forscher aus aller Welt könnten zeitgleich ins Innere eines Kunstwerks schauen.

Hannes Horneber, Informatiker am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg, schaltet derweil ein blitzendes Gerät in Form eines Bügeleisens ein – den Laserscanner. Damit bewegt er sich im Abstand von 0,5 m am Bein des Dresdner Knaben entlang bis zur Ferse. Am eigenen Körper hat er den Scanner zuvor getestet. „Nur Haare konnte er nicht erfassen. Da war dann ein schwarzes Loch im Kopf“, erzählt Horneber.

Schwierig seien auch Vertiefungen etwa an den Zehen, unter den Achseln und am Genital, so Horneber. Diese Regionen scannt er deshalb länger. Das Gerät sendet einen Laserstrahl aus, den die Oberfläche reflektiert. Das Abbild der Figur erfasst eine integrierte Kamera. Anhand der Daten errechnet die Software die Form der Oberfläche. Nach zwei Stunden ist die Skulptur mit einer Auflösung von 0,5 mm gescannt.

Damit solche Arbeiten an Skulpturen künftig schnell gehen, hat das Fraunhofer IGD eine vollautomatische Scanstraße entwickelt. Auf einem durchsichtigen Tablett fahren die Objekte unter einen Bogen mit neun Scannern zu einem Roboterarm, der schwer zu scannende Stellen – wie die Partie zwischen den Zehen – erfasst.

In nur 10 min entstand so eine digitale Replik der Nofretete. Doch Statuen wie der Dresdner Knabe oder gar der Kölner Dom sind zu groß für die Scanstraße. Deshalb arbeiten die Forscher nun an Drohnen, die sogar Denkmäler eigenständig scannen sollen.

Bisherige 3-D-Scans von Kunstobjekten waren bloße Hülle. Nie wurden sie mit Messdaten aus dem Inneren verheiratet, sodass die virtuelle Kopie nichts über Material, Beschaffenheit und Herstellungsweise verriet. „Wir wollen das Geheimnis hinter der Gestalt lüften“, sagt Matthias Molitor, Elektrotechniker am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) in St. Ingbert, und wendet sich einer Statue zu, die neben dem Dresdner Knaben steht. Es ist die Amazone Mattei, eine überlebensgroße muskulöse Frau aus Gips, die ihren Arm vor die Stirn hält und in die Ferne schaut. Niemand weiß, wie alt das Original ist. Wahrscheinlich handelt es sich um einen neuzeitlichen Abguss einer antiken Skulptur.

Hans Effenberger, Meister für Abformungen aus Sachsen, zieht blaue Handschuhe an. Er fasst den Kopf der Dame an den Wangen und nimmt ihn ab. Behutsam legt er ihn auf einen Tisch mit einer weißen Plane. Dann ruckt er kraftvoll an der Taille der Statue und entfernt auch den Oberkörper. Die Wissenschaftler staunen: Ein Loch klafft an der Hüfte der Figur. Innen ist sie hohl.

„Gips war damals teuer“, weiß Effenberger. „Deshalb hat man ihn sparsam eingesetzt und im Inneren ein Stützskelett verwendet.“ Bei manchen Skulpturen ist die Haut aus Gips dünn wie eine Eierschale, sodass sie den Restauratoren beim Transport schnell zerbrechen kann. Mit einer Taschenlampe leuchtet der Meister das Becken der Amazone von innen aus. Ein Stück Papier ist zu sehen, Holzstreben, Metallstifte und auf einer Seite ein Knochen. „Menschlich natürlich“, sagt Effenberger ernst. Als die Wissenschaftler ihn erschrocken anschauen, lacht er: „Rind.“ Weit reicht das Licht der Taschenlampe nicht.

Wie aber ist es um die Haltbarkeit der Amazone bestellt? Auch sie ist nicht heil, ein Teil des Sockels fehlt und am linken Bein zeichnen sich Abplatzungen und Verfärbungen des Anstrichs aus Bleiweiß ab. Ausgestellt wird sie daher nicht mehr.

Foto: Susanne Donner

Das orangefarbene Textilband liefert dem Elektrotechniker Matthias Molitor Positionsmarken für die Ultraschalluntersuchung der Statue.

„Wir möchten heute mit dem Ultraschallmessgerät ins Innere schauen, wissen aber nicht, ob das bei einer solchen Gipsfigur geht“, gesteht Molitor. Er holt zwei Ultraschallköpfe, einen Sender und einen Empfänger, von der Größe einer Getränkedose hervor. Dann knetet er eine nussgroße Portion Plastilin aus dem Spielwarenladen zur flachen Scheibe und drückt sie auf die Sensoren. Die Masse überzieht er mit einem Stück Frischhaltefolie: „Der Frauenarzt verwendet ein Gel, damit er in den Körper schauen kann. Es darf nämlich keine Luft zwischen Sensor und Untersuchungsobjekt sein, weil diese den Schall bricht“, erklärt er. Ein Gel jedoch könnte die kostbaren Kunstwerke angreifen, deshalb nutzen die Forscher Plastilin abgedeckt mit Folie.

Molitor presst beide Ultraschallköpfe auf den abgenommenen Arm der Amazone. Wenn dieser keine Luft in Form von Rissen oder herstellungsbedingten Hohlräumen enthält, sollte der Schall hindurchwandern. Auf dem Monitor erscheint eine sinusähnliche Kurve. „Super, es funktioniert, hätte ich nicht gedacht“, freut er sich. Die Restauratoren sind erleichtert: Der Arm ist heil, kein Riss oder Bruch stoppt oder dämpft den Schall.

Plötzlich durchdringt Lärm eines Gabelstaplers die Halle, der eine schwere Palette in die Höhe hievt. Ein wuchtiges Gerät von den Ausmaßen eines Kinderbetts bewegt sich auf das Knie der Amazone zu. Vorne sitzen sich zwei quaderförmige Sensoren gegenüber, jeder nicht größer als eine Getränkedose. Dazwischen wird der unsichtbare Laserstrahl im Terahertzbereich erzeugt. Damit wollen die Forscher ihre Fragen klären: Rosten die Metallstifte im Inneren? Wie weit reichen sie in die Gliedmaßen? Ist die Figur noch stabil?

Robert Kranz vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) in Kaiserslautern steuert die wuchtige Maschine per Knopfdruck, woraufhin sich der Sensor links und rechts des Knies aufwärts bewegt. Das Signal tritt ungehindert hindurch. Hier gibt es kein Metall. Die untere Hälfte der Beine wird also nicht durch ein inneres Stützskelett verstärkt – und ist deshalb besonders verletzungsgefährdet, wird den Forschern an diesem Morgen klar.

Nun schlingt Matthias Molitor ein orangefarbenes Textilband um die Hüfte des Dresdner Knaben. Darauf hat er verschiedene Positionen markiert, etwa die Höhe des Nabels, der rechten und linken Hüfte und mittig am Rücken. An ihnen wird der weiße Marmor mit dem Schall durchleuchtet. Molitor ist begeistert. „In der Wissenschaft weiß man nie, ob ein Experiment klappt. Das hier ist mehr, als wir erwarten konnten.“

Dann der vielleicht aufregendste Moment an diesem Vormittag: Molitor geht in die Hocke und presst zwei batteriegroße Ultraschallsensoren links und rechts des Risses am Sprunggelenk der Statue auf den Stein. Er reckt den Kopf, um das Signal auf dem entfernt stehenden Monitor zu erspähen. „Kein Signal. Wir sehen also den Riss“, jubelt er.

Die Luft im Riss verhindert, dass die Schallwelle vom Sender zum Empfänger läuft. Zentimeter um Zentimeter tastet er mit dem Ultraschallsensor die Verletzung ab. Sie ist länger als das bloße Auge vermuten lässt und reicht bald um den halben Fuß herum. Wie tief er geht, müssen nun Referenzmessungen an Vergleichsobjekten aus Marmor im Labor zeigen. „Das sind ganz wichtige Informationen für uns“, lobt Effenberger. „Dann können wir entscheiden, ob es zu gefährlich ist, den Knaben noch einmal auf eine Reise zu einem Forscher oder einem Museum zu schicken.“

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