Digitalisierung (Projekt Digitaler Workflow): Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 1. März 2022, 13:50 Uhr

Normales Lernen

Einführung

Simulierter Intraoralscan mit der Sirona Bluecam (Streifenlichtprojektion)

Für die Digitalisierung von dreidimensionalen Objekten werden in der Zahntechnik verschiedene optische und ein taktiles Messverfahren angewendet. Die folgende Liste zeigt eine Auswahl der wichtigsten Verfahren zum

Scannen von Modellen und Abformungen
Erstellen von Intraoralscans (CAI - Computer Aided Impressioning)
Erstellen von 3D-Scans des Patientengesichts zur Unterstützung der Planung und Konstruktion des Zahnersatzes (z.B. Face Hunter (Fa. Zirkonzahn).

Unter Digitalisierung versteht man allgemein die "Erstellung digitaler Versionen von analogen Informationen mit dem Zweck, diese digital zu speichern und zu verarbeiten" (Vgl. Digitalisierung).

In diesem Lernvideo findest du den Vortrag deiner Lehrkraft zum Thema "Digitalisierungsverfahren":

Optische Verfahren
- Nichtparalleler Strahlengang
  - Digitalisieren (Modelle, Gesicht) mit einer Laserlinie (Lichtschnittverfahren, Messprinzip Triangulation)
  - Digitalisieren (Modelle, CAI, Gesicht) mit Streifenlichtprojektion (Messprinzip Triangulation)
  - Digitalisieren (CAI) mit der Cerec Omnicam / Primescan (Video und Triangulation)
- Paralleler Strahlengang
  - Digitalisieren (CAI) mit dem konfokalen Messprinzip mit einem chromatisch konfokalen Sensor (3Shape Trios Cadent itero)
  - Digitalisieren (Modelle) mit Hilfe der Konoskopischen Holographie (NobelProcera® 2G der Fa. Nobel Biocare)
  - Digitalisieren (CAI) mit Videoaufnahmen (3D-in-Motion) (Funktionsweise des Mindmark True Definition Scanners, Messprinzip Active Wavefront Sampling - Hier steht ganz genau, wie das funktioniert ;-), das musst du aber weder lesen noch wissen!)
Mechanische (taktile) Verfahren
- Digitalisieren (Modelle) durch Abtastung des Objektes mit einem taktilen Sensor Modellscanner der Firma Renishaw

Eine Übersicht von zugelassenen Intraoralscannern ist hier oder auch hier zu finden.

Technische Grundlagen

Punktewolke einer gescannten Kugel

Das extraoral fast ausschließlich und bei einigen Systemen auch intraoral genutze Messprinzip der Triangulation wird hier beispielhaft näher erläutert und ausprobiert.

Die Lichtquelle des 3D-Scanners wirft ein Streifenlichtmuster, eine Laserlinie oder auch Lichtpunkte auf das Modell oder die Zähne im Mund. Eine digitale Video-Kamera nimmt dieses Muster auf. Die Software des Scanners berechnet aus der Abweichung der Linien auf dem Modell zur Blickrichtung der Kamera die dreidimensionale Struktur des Modells. Damit überhaupt eine Abweichung zu sehen ist, müssen Lichtquelle und Video-Kamera im Winkel zueinander positioniert sein. Sie dürfen nicht genau aus der selben Richtung auf das Modell "schauen". Aus den Einzelbildern der Videoaufnahmen berechnet die Scansoftware eine sogenannte "Punktewolke". Das ist eine Ansammlung von Punkten im dreidimensionalen Raum (Voxel, Volumetric Pixel), deren jeweilige Position mit jeweils drei Koordinaten genau festgelegt ist.

Laser und Kamera "sehen" nicht alle Bereichs des Objektes

Weil z.B. ein Stumpf auf deinem Modell nicht rundherum gleichzeitig von der Kamera und der Laserlinie (oder dem Steifenlichtprojektor) zu sehen ist, wird das Modell mehrfach gedreht und gekippt. So entstehen mehrere Punktewolken, die dann von der Software zusammengefügt werden müssen. Diesen Vorgang nennt man "matchen" (engl: to match, aufeinander abstimmen). Dabei werden nur die Punkte der Punktewolke verwendet, die gut zusammenpassen. Punkte, die fehlerhaft erscheinen (weil sie z.B. weit von allen anderen weg liegen) werden dabei von der Scanner-Software verworfen.

Je nach Scanner-Qualität liegen die Punkte der Punktewolke ca. 5-50 Mikrometer auseinander. Die daraus entstehende Datenmenge für ein Modell ist ziemlich groß, daher werden für diese Arbeit leistungsstarke Computer benötigt.

Messprinzip Triangulation

Das Funktionsprinzip eines Laserscanners

Die Scanner-Software bestimmt beim Lichtschnittverfahren mit vielen einzelnen Bildern und einer Laserlinie einen Punkt im dreidimensionalen Koordinatensystem. Du kannst das nun am Beispiel eines kleinen, rechtwinkligen Papierstumpfes lernen.

Den Versuchsaufbau kannst du der kleinen Präsentation zum Messprinzip Triangulation entnehmen. Die Kamera wird in diesem Versuch durch das Auge ersetzt, die Laserlinie durch das zur Verfügung stehende "Laserlineal".

Es sollen die beiden Ecken des Papierstumpfes digitalisiert werden, die am Ursprung des Koordiantensystems liegen. Zeigt die Laserlinie im 45°-Winkel zur "Kamera" (Auge) auf die unterste Ecke des Stumpfes, wird sie nicht gebrochen. Die Koordinaten der Ecke lauten (0,0,0). Zeigt die Laserlinie auf die Ecke darüber, wird die Laserlinie auf der X-Y-Ebene um 2cm verschoben (gebrochen). Damit lauten die Koordinaten für diese Ecke (0|0|2).

Mathematisch gesehen ergibt sich die Höhe des gemessenen Punktes (Wert des Punktes auf der Z-Achse) aus der horizontalen Abweichung der Laserlinie auf dem Objekt. Dieser horizontale Abstand wird von der Software gemessen. Seine Größe wird durch den Tangens des Winkels zwischen Laser und Kamera geteilt. Günstigerweise hat der Tangens von 45° den Wert 1! Es sind aber auch kleinere oder größere Winkel möglich. Dieses Verfahren nennt man Triangulation.

$<tex>Hoehe = \frac{Horizontale Entfernung}{\tan 45^\circ}$

Hier findest du ein Lernvideo mit weiteren Erklärungen zur Triangulation:

Diese kurze Video kann den Versuch ergänzen oder ersetzen:

Diese Erklärungen stellen eine grobe Vereinfachung der Triangulation dar. Solltest du beim Selbstlernen Level 4 erreichen, wirst du dir eine exaktere Erklärung erarbeiten.

Digitalisieren und Zusammenführen mehrerer Punktewolken (Matchen)

Bei der Digitalisierung des Papierstumpfes mit Hilfe der Laserlinie und der Triangulation benötigten wir nur eine Blickrichtung um alle Ecken des "Stumpfes" zu erfassen. Das funktioniert mit komplexeren gekrümmten Objekten nicht mehr. Das Objekt muss mehrfach aus verschiedenen Blickwinkeln digitalisiert werden. Dazu wird das Objekt vor der Kamera und der Laserlinie gedreht und/oder gekippt. Anschließend müssen die so entstandenen Punktewolken passend zusammengefügt werden, da sie ja in unterschiedlicher Lage im Koordinatensystem vorliegen.

Zum Matchen wird das ICP-Alignment verwendet. Der Iterative Closest Point Algorithm (ICP) ist ein Algorithmus, der es ermöglicht, Punktwolken aneinander anzupassen. Dabei werden in vielen sich wiederholenden Schritten (iterativ) der nächste (closest) ähnliche Punkt (point) einer zweiten Punktewolke zur ersten gesucht und dann angenähert. Das wiederholt sich viele Male hintereinander. Je öfter das durchgeführt wird, desto länger dauert das Matchen. Allerdings wird es auch genauer, je öfter der Algorithmus wiederholt wird. Passen die Punktewolken nicht ganz genau zueinander, entstehen automatisch kleine Fehler. Haben die Punktewolken nicht genug überlappende Bereiche, entstehen ebenfalls Fehler. Je größer der Fehler, desto ungenauer wird das Ergebnis des Matchens.

Beim Intraoralscannen müssen die Scans der beiden Kiefer mit dem Vestibulärscan gematched werden. Wie das funktioniert, lernst du mit Hilfe einer Software später im Selbstlernen.

ICP-Alignment mit Blender4Dental:

Übung

Normales Lernen

Bearbeite nun im Anschluss an die Einführung in Grundlagen der Digitalisierung dieses Arbeitsblatt.

Alternativ oder ergänzend kannst du die Aufgaben des Arbeitsblattes auch mit den interaktiven Übungen im Moodle-Kurs bearbeiten.

Du hast nun Gelegenheit, mit Unterstützung der Projektlehrkrafte das Messprinzip Triangulation und die intraorale Digitalisierung durchzuführen.

Papierstumpf digitalisieren

Digitalisiere den rechteckigen Papierstumpf. Du hast ihn beim normalen Lernen schon kennen gelernt. In der Schule liegen schon fertig gebastelte Stümpfe und Laserlinien-Lampen für das Selbstlernen bereit. Du kannst dir zuhause mit diesem Bastelbogen selbst einen Papierstumpf zum Üben basteln, wenn du möchtest.

Schreibe die Koordinaten der acht digitalisierten Ecken in die Liste über diesem Koordinatensystem.

Zeichne die sich daraus ergebende Punktewolke in das dreidimensionale rechtshändige Koordinatensystem. Verwende dabei die Kavaliersperspektive (der Begriff wird auf dem Arbeitsblatt Koordinatensystem erläutert).

Zusätzliches Lernvideo zur Digitalisierung des Papierstumpfes:

Ergänzend dann kannst du die Digitalisierung des vollständigen eckigen Stumpfes mit Hilfe dieses Videos anschauen:

Intraoralscan durchführen

In der Schule steht dir der Trios 3 Intraoralscanner zur Verfügung. Du digitalisierst einen Quadranten unseres Übungspatienten "Thomas" ;-).

Beachte die Hinweise der Scansoftware zur Vorgehensweise!

Kontrolliere deine Punktewolke und ergänze sie, wenn Bereiche fehlen!

Speichere die Scandaten nach den Regeln des Datenmanagements.

Wenn du Zeit hast, kannst du mir noch das ICP-Alignment ausprobieren:

Matchen von Intraoralscans mit Hilfe eines Vestibulärscans

Matche die OK- und UK-Netze eines echten Intraoralscans mit Meshlab mit Hilfe eines Vestibulärscans.

Die Punktewolke des Oberkiefers und die des Unterkiefers werden separat mit einem Vestibuläscan gematcht. Hier werden die gematchten Punktewolken aber anschließend nicht zusammengeführt, wie es beim Matchen mehrerer Punktewolken eines Objektes der Fall wäre. Die beiden Punktewolken müssen am Vestibulärscan ausgerichtet werden, damit sie anschließend okklusal im Koordinatensystem zueinander passen! Die Punktewolke des Vestibulärscans wird anschließend nicht weiter verwendet!

Lernvideo zum ICP-Alignment mit Meshlab:

Die notwendigen STL-Dateien kannst du hier als ZIP-Archiv herunterladen.

Das Ergebnis des Matchens speicherst du nach den Regeln des Datenmanagements.

Lernvideo zu Fehlern beim ICP-Alignment:

Beschreibe zusätzlich schriftlich in eigenen Worten, warum beim Matchen von Punktewolken mit dem ICP-Alignment Fehler auftreten und kleine Fehler zu größeren werden können. Zeige und begründe mögliche Ungenauigkeiten oder Fehler an der okklusalen Zuordnung der Intraoralscans.

Immer noch Lust auf zusätzliche Kompetenzen? Dann schau dir mal das hier an:

"Job to do" Messprinzip Triangulation

Zum Abschluss wird es kniffelig:

Studiere in Ruhe den Artikel Messprinzip Triangulation - Level 4.

Digitalisiere nun einen oder mehrere Punkte auf dem im Unterrichtsraum zur Verfügung stehenden großen Zahnmodells mit Hilfe der neu gelernten realistischeren Triangulationsmethode. Du spielst wieder die Kamera und hältst die Laserlinie. Dokumentiere deine Vorgehensweise schriftlich!

Das Selbstlernen findet aus Zeitgründen im Moment am ADBK im Unterrichtsprojekt nicht statt. Bei Interesse kannst du natürlich trotzdem dort lesen und deine Kompetenzen erweitern.

Selbstlernen

Deine erste Begegnung mit dem kompetenzorienten, selbstwirksamen und individualisierten Lernen, kurz: Selbstlernen hattest du im Projekt Zähne zeigen. Du hast dort eine Informationsschrift zum Selbstlernen sowie einen Ablaufplan bekommen. Diese Dokumente solltest du kennen bzw. jetzt nochmal lesen.

Wähle nun, evtl. mit Beratung durch die Projektlehrerin bzw. den Projektlehrer, einen zu dir und deiner Motivation passenden Kompetenzlevel aus.

Jobs to do

Dies sind die Jobs to do und die Kompetenzchecklisten für die einzelnen Kompetenzlevel:

Referenzierung

In der abschließenden Referenzierung musst deinen Kompetenzlevel nachweisen! Kontrolliere dazu folgendes, bevor du deine Referenzierung vorbereitest:

Dein gewählter Kompetenzlevel im Kompetenzraster ist markiert.
Deine neu erworbenen Kompetenzen sind in der passenden Checkliste sind markiert.

Du kannst eine beliebige Referenzierungsmethode auswählen! Wähle eine für dich passende aus. Gern kannst du auch eine eigene andere Methode verwenden.

Besonders gut zur Digitalisierung passen (aus Sicht deiner Lehrkräfte) folgende Referenzierungsmethoden:

Brief
Interview
Interview als Audio-Datei

Die Referenzierung darf nicht länger als 8 Minuten dauern! Übe deine Referenzierung vorher!

Hinweis für Lehrkräfte:

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+{{Navigation_Digitaler_Workflow|Schritte_und_Schnittstellen_des_Digitalen_Workflows|Schnittstelle_zwischen_Digitalisierung_und_CAD_(Projekt_Digitaler_Workflow)}}
 ===Normales Lernen===
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 ***Digitalisieren (Modelle, Gesicht) mit einer '''Laserlinie''' ([http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtschnitt Lichtschnittverfahren], Messprinzip '''Triangulation''')
 ***Digitalisieren (Modelle, CAI, Gesicht) mit '''[http://de.wikipedia.org/wiki/Streifenlichtscanning Streifenlichtprojektion]''' (Messprinzip '''Triangulation''')
-***Digitalisieren (CAI) mit der Cerec [https://www.dentsplysirona.com/de-de/produkte/cad-cam/praxis/scannen-mit-cerec.html Omnicam] (Video und Triangulation)
+***Digitalisieren (CAI) mit der Cerec [https://www.dentsplysirona.com/de-de/produkte/cad-cam/praxis/scannen-mit-cerec.html Omnicam / Primescan] (Video und Triangulation)
 **'''''Paralleler Strahlengang'''''
-***Digitalisieren (CAI) mit dem '''[http://de.wikipedia.org/wiki/Konfokaltechnik konfokalen Messprinzip]''' mit einem  [http://de.wikipedia.org/wiki/Konfokaltechnik#Chromatisch_konfokaler_Sensor chromatisch konfokalen Sensor] ([https://www.3shape.com/de-de/products/trios/intraoral-scanners# 3Shape Trios] [http://www.itero.com/how-it-works.html Cadent itero])
+***Digitalisieren (CAI) mit dem '''[http://de.wikipedia.org/wiki/Konfokaltechnik konfokalen Messprinzip]''' mit einem  [http://de.wikipedia.org/wiki/Konfokaltechnik#Chromatisch_konfokaler_Sensor chromatisch konfokalen Sensor] ([https://www.3shape.com/de-de/products/trios/intraoral-scanners# 3Shape Trios] [https://www.itero.com/de Cadent itero])
 ***Digitalisieren (Modelle) mit Hilfe der '''[[Konoskopischen Holographie]]''' (NobelProcera® 2G der Fa. Nobel Biocare)
-***Digitalisieren (CAI) mit Videoaufnahmen '''(3D-in-Motion)'''  ([http://solutions.3mdeutschland.de/wps/portal/3M/de_DE/3M_ESPE/Dental-Manufacturers/Products/Dental-Indirect-Restorative/Digital-Impression/True-Definition-Scanner/#tabdata2 Funktionsweise des LAVA True Definition Scanners],  Messprinzip '''Active Wavefront Sampling''' - [https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/38258/150961779-MIT.pdf?sequence=2 Hier] steht ganz genau, wie das funktioniert ;-), das musst du aber weder lesen noch wissen!)
+***Digitalisieren (CAI) mit Videoaufnahmen '''(3D-in-Motion)'''  ([https://www.midmark.com/dental/products/digital-impressions?utm_source=midmark&utm_medium=product-launch&utm_campaign=dental-true-def&utm_content=dlr-eu Funktionsweise des Mindmark True Definition Scanners],  Messprinzip '''Active Wavefront Sampling''' - [https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/38258/150961779-MIT.pdf?sequence=2 Hier] steht ganz genau, wie das funktioniert ;-), das musst du aber weder lesen noch wissen!)
 *'''Mechanische (taktile) Verfahren'''
 **Digitalisieren (Modelle) durch '''Abtastung''' des Objektes mit einem taktilen Sensor [https://www.schuetz-dental.de/de/zahntechnik/cadcam/cadcam-scanner/3132/renishaw-scanner-ds-10-taktiler-scanner Modellscanner der Firma Renishaw]
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-Eine Übersicht von zugelassenen Intraoralscanner ist [http://digital-dental-magazin.de/wp-content/uploads/06_Intraorale-Scanner.pdf hier] oder auch [http://www.medicalexpo.de/tab/cad-intraoral-scanner.html hier] zu finden.
+Eine Übersicht von zugelassenen Intraoralscannern ist [http://digital-dental-magazin.de/wp-content/uploads/06_Intraorale-Scanner.pdf hier] oder auch [http://www.medicalexpo.de/tab/cad-intraoral-scanner.html hier] zu finden.
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 ====Technische Grundlagen====
-[[Bild:Punktewolke_Kugel.png|thumb|right|Punktewolke einer gescannten Kugel]]Das extraoral fast ausschließlich (Lichtschnittverfahren, Streifenlichtprojektion)  und bei einigen Systemen auch intraoral (Streifenlichtprojektion) genutze  '''Messprinzip''' der '''Triangulation''' wird hier beispielhaft näher erläutert und ausprobiert.
+[[Bild:Punktewolke_Kugel.png|thumb|right|Punktewolke einer gescannten Kugel]]Das extraoral fast ausschließlich und bei einigen Systemen auch intraoral genutze  '''Messprinzip''' der '''Triangulation''' wird hier beispielhaft näher erläutert und ausprobiert.
-Die Lichtquelle des 3D-Scanners wirft ein '''Streifenlichtmuster''' oder eine '''Laserlinie''' auf das Modell oder die Zähne im Mund. Eine digitale '''Video-Kamera''' nimmt dieses Muster auf. Die Software des Scanners berechnet aus der Abweichung der Linien auf dem Modell zur Blickrichtung der Kamera die dreidimensionale Struktur des Modells. Damit überhaupt eine Abweichung zu sehen ist, müssen Lichtquelle und Video-Kamera im Winkel zueinander positioniert sein. Sie dürfen nicht genau aus der selben Richtung auf das Modell "schauen". Aus den Einzelbildern der Videoaufnahmen berechnet die Scansoftware eine sogenannte "'''Punktewolke'''". Das ist eine Ansammlung von Punkten im dreidimensionalen Raum ('''Voxel''', ''Volumetric Pixel''), deren jeweilige Position mit jeweils drei Koordinaten genau festgelegt ist.
+Die Lichtquelle des 3D-Scanners wirft ein '''Streifenlichtmuster''', eine '''Laserlinie''' oder auch '''Lichtpunkte''' auf das Modell oder die Zähne im Mund. Eine digitale '''Video-Kamera''' nimmt dieses Muster auf. Die Software des Scanners berechnet aus der Abweichung der Linien auf dem Modell zur Blickrichtung der Kamera die dreidimensionale Struktur des Modells. Damit überhaupt eine Abweichung zu sehen ist, müssen Lichtquelle und Video-Kamera im Winkel zueinander positioniert sein. Sie dürfen nicht genau aus der selben Richtung auf das Modell "schauen". Aus den Einzelbildern der Videoaufnahmen berechnet die Scansoftware eine sogenannte "'''Punktewolke'''". Das ist eine Ansammlung von Punkten im dreidimensionalen Raum ('''Voxel''', ''Volumetric Pixel''), deren jeweilige Position mit jeweils drei Koordinaten genau festgelegt ist.
 [[Datei:Sichbarer_bereich_scannen.png|thumb|right|Laser und Kamera "sehen" nicht alle Bereichs des Objektes]]Weil z.B. ein Stumpf auf deinem Modell nicht rundherum gleichzeitig von der Kamera und der Laserlinie (oder dem Steifenlichtprojektor) zu sehen ist, wird das Modell mehrfach gedreht und gekippt. So entstehen mehrere Punktewolken, die dann von der Software zusammengefügt werden müssen. Diesen Vorgang nennt man "'''matchen'''" (''engl: to match, aufeinander abstimmen''). Dabei werden nur die Punkte der Punktewolke verwendet, die gut zusammenpassen. Punkte, die fehlerhaft erscheinen (weil sie z.B. weit von allen anderen weg liegen) werden dabei von der Scanner-Software verworfen.
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 ====Messprinzip Triangulation====
-[[Datei:Prinzip_laserscanner.png|thumb|right|Das Funktionsprinzip eines Laserscanners]]Wie die Scanner-Software es beim Lichtschnittverfahren schafft, mit vielen einzelnen Bildern und einer Laserlinie einen Punkt im dreidimensionalen Koordinatensystem zu bestimmen, erfährst du am Beispiel eines kleinen, rechtwinkligen Papierstumpfes.
+[[Datei:Prinzip_laserscanner.png|thumb|right|Das Funktionsprinzip eines Laserscanners]]Die Scanner-Software bestimmt beim Lichtschnittverfahren mit vielen einzelnen Bildern und einer Laserlinie einen Punkt im dreidimensionalen Koordinatensystem. Du kannst das nun am Beispiel eines kleinen, rechtwinkligen Papierstumpfes lernen.
 Den '''Versuchsaufbau''' kannst du der kleinen Präsentation zum [http://www.wikidental.de/pdf/cad_cam/ls1/praesentation_triangulation_ls1.pdf Messprinzip Triangulation] entnehmen. Die Kamera wird in diesem Versuch durch das Auge ersetzt, die Laserlinie durch das zur Verfügung stehende "Laserlineal".
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+Hier findest du ein Lernvideo mit weiteren Erklärungen zur Triangulation:
 [[file:triangulation_vereinfacht_i720.mp4]]
+Diese kurze Video kann den Versuch ergänzen oder ersetzen:
 <html><video controls width="320"><source src="http://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls1/triangulation_3d_i720.mp4" type="video/mp4">Sorry, dein Browser unterstützt eingebettete Videos nicht. Du kannst das Video <a href="http://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls1/triangulation_3d_i720.mp4">hier</a> herunterladen und mit einem Player deiner Wahl abspielen.</video></html>
-Diese Erklärung stellt eine grobe Vereinfachung der Triangulation dar. Solltest du beim Selbstlernen Level 4 erreichen, wirst du dir eine exaktere Erklärung erarbeiten.
+Diese Erklärungen stellen eine grobe Vereinfachung der Triangulation dar. Solltest du beim Selbstlernen Level 4 erreichen, wirst du dir eine exaktere Erklärung erarbeiten.
+====Digitalisieren und Zusammenführen mehrerer Punktewolken (Matchen)====
+Bei der Digitalisierung des Papierstumpfes mit Hilfe der Laserlinie und der Triangulation benötigten wir nur eine Blickrichtung um alle Ecken des "Stumpfes" zu erfassen. Das funktioniert mit komplexeren gekrümmten Objekten nicht mehr. Das Objekt muss mehrfach aus verschiedenen Blickwinkeln digitalisiert werden. Dazu wird das Objekt vor der Kamera und der Laserlinie gedreht und/oder gekippt. Anschließend müssen die so entstandenen Punktewolken passend zusammengefügt werden, da sie ja in unterschiedlicher Lage im Koordinatensystem vorliegen.
+Zum Matchen wird das '''[https://de.wikipedia.org/wiki/Iterative_Closest_Point_Algorithm ICP-Alignment]''' verwendet. Der '''Iterative Closest Point Algorithm (ICP)''' ist ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Algorithmus Algorithmus], der es ermöglicht, '''Punktwolken''' aneinander '''anzupassen'''. Dabei werden in vielen sich '''wiederholenden Schritten''' ([https://de.wikipedia.org/wiki/Iteration iterativ]) der '''nächste''' (closest) ähnliche '''Punkt''' (point) einer zweiten Punktewolke zur ersten gesucht und dann '''angenähert'''. Das '''wiederholt''' sich '''viele Male''' hintereinander. Je öfter das durchgeführt wird, desto länger dauert das Matchen. Allerdings wird es auch '''genauer''', je '''öfter''' der Algorithmus wiederholt wird.
+Passen die Punktewolken nicht ganz genau zueinander, entstehen automatisch kleine '''Fehler'''. Haben die Punktewolken '''nicht genug überlappende Bereiche''', entstehen ebenfalls '''Fehler'''. Je größer der Fehler, desto ungenauer wird das Ergebnis des Matchens.
+Beim Intraoralscannen müssen die Scans der beiden Kiefer mit dem Vestibulärscan gematched werden. Wie das funktioniert, lernst du mit Hilfe einer Software später im Selbstlernen.
-====Digitalisieren und Zusammenführen mehrerer Punktewolken (Matchen)====
-Bei der "gespielten" Digitalisierung des Papierstumpfes mit Hilfe der Laserlinie und der Triangulation benötigten wir nur eine Blickrichtung um alle Ecken des "Stumpfes" zu erfassen. Das funktioniert mit komplexeren gekrümmten Objekten nicht mehr. Das Objekt muss mehrfach aus verschiedenen Blickwinkeln digitalisiert werden. Dazu wird das Objekt vor der Kamera und der Laserlinie gedreht und/oder gekippt. Anschließend müssen die so entstandenen Punktewolken passend zusammengefügt werden, da sie ja in unterschiedlicher Lage im Koordinatensystem voeliegen. Das '''Digitalisieren''' und '''Matchen''' mehrerer '''Punktewolken''' der Oberfläche eines Objektes wird nun beispielhaft mit dem [http://www.david-laserscanner.com/ David-Laserscanner] und der 3D-Software [[Blender]] erläutert.
+ICP-Alignment mit Blender4Dental:
-Dazu genügt die je nach Version kostenlose oder günstige Software des [http://www.david-laserscanner.com/ David-Laserscanner]s, die freie Software [[Blender]], eine Webcam und ein Linienlaser.
+<html><iframe width="280" height="158" src="https://www.youtube.com/embed/f3N35b4nlkc" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe></html>
-Deine Lehrerin bzw. dein Lehrer zeigt dir nun, wie du mit Hilfe des [http://www.david-laserscanner.com/ David-Laserscanner] ein Objekt, in diesem Fall das Gesicht einer Schülerin oder eines Schülers, digitalisieren kannst. Um keine Lücken im Gesicht zu haben, muss es, wie schon erwähnt, aus drei Ansichten digitalisiert werden! Die sich daraus ergebenden drei Punktewolken müssen mit Hilfe von Software zusammengeführt (''gematcht'') werden.
-Das Matchen erfolgt mit Hilfe der 3d-Software [[Blender]] später im Selbstlernen. Speichere daher die Punktewolken in deinem Home_auf_Server-Laufwerk. Dazu verwendet der [http://www.david-laserscanner.com/ David-Laserscanner] das [https://de.wikipedia.org/wiki/Wavefront_OBJ OBJ-Format]. Es ähnelt dem STL-Format, ist auch ein offenes Format, kann aber mehr zusätzliche Informationen speichern als das STL-Format. Diese Dateien benötigst du während deiner weiteren Arbeit am digitalen Workflow.
 ====Übung====
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 }}
+Du hast nun Gelegenheit, mit Unterstützung der Projektlehrkrafte das Messprinzip Triangulation und die intraorale Digitalisierung durchzuführen.
+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|'''Papierstumpf digitalisieren'''
+'''Digitalisiere'''  den rechteckigen Papierstumpf. Du hast ihn beim normalen Lernen schon kennen gelernt.
+In der Schule liegen schon fertig gebastelte Stümpfe und Laserlinien-Lampen für das Selbstlernen bereit. Du kannst dir zuhause mit diesem [[:file:arbeitsblatt_bastelbogen_eckiger_stumpf_ls1.pdf | Bastelbogen]] selbst einen Papierstumpf zum Üben basteln, wenn du möchtest.
+'''Schreibe''' die Koordinaten der acht digitalisierten Ecken in die Liste über diesem [[:file:arbeitsblatt_koordinatensystem_ls1.pdf | Koordinatensystem]].
+'''Zeichne''' die sich daraus ergebende Punktewolke in das dreidimensionale rechtshändige Koordinatensystem. Verwende dabei die Kavaliersperspektive (der Begriff wird auf dem Arbeitsblatt [[:file:arbeitsblatt_koordinatensystem_ls1.pdf | Koordinatensystem]] erläutert).
+Zusätzliches '''Lernvideo''' zur Digitalisierung des Papierstumpfes:
+[[file:dw_koordinatensystem.webm]]
+Ergänzend dann kannst du die Digitalisierung des vollständigen eckigen Stumpfes mit Hilfe dieses Videos anschauen:
+<html><video controls width="320"><source src="http://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls1/triangulation_3d_i720.mp4" type="video/mp4">Sorry, dein Browser unterstützt eingebettete Videos nicht. Du kannst das Video <a href="http://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls1/triangulation_3d_i720.mp4">hier</a> herunterladen und mit einem Player deiner Wahl abspielen.</video></html>
+}}
+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|'''Intraoralscan durchführen'''
+In der Schule steht dir der [https://www.3shape.com/de/scanners/trios-3-basic Trios 3 Intraoralscanner] zur Verfügung. Du digitalisierst einen Quadranten unseres Übungspatienten "Thomas" ;-).
+'''Beachte''' die Hinweise der Scansoftware zur Vorgehensweise!
+'''Kontrolliere''' deine Punktewolke und ergänze sie, wenn Bereiche fehlen!
+'''Speichere''' die Scandaten nach den Regeln des Datenmanagements.
+}}
+Wenn du Zeit hast, kannst du mir noch das ICP-Alignment ausprobieren:
+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|'''Matchen von Intraoralscans mit Hilfe eines Vestibulärscans'''
+'''Matche''' die OK- und UK-Netze eines echten Intraoralscans mit [https://www.meshlab.net/ Meshlab] mit Hilfe eines Vestibulärscans.
+Die Punktewolke des Oberkiefers und die des Unterkiefers werden '''separat''' mit einem Vestibuläscan gematcht. Hier werden die gematchten Punktewolken aber anschließend '''nicht''' '''zusammengeführt''', wie es beim Matchen mehrerer Punktewolken eines Objektes der Fall wäre. Die beiden Punktewolken müssen am '''Vestibulärscan ausgerichtet werden''', damit sie anschließend '''okklusal''' im Koordinatensystem '''zueinander passen'''! Die Punktewolke des Vestibulärscans wird anschließend nicht weiter verwendet!
+'''Lernvideo zum ICP-Alignment mit Meshlab:'''
+[[File:icp-alignment_meshlab_i720.mp4]]
+Die notwendigen STL-Dateien kannst du [http://www.wikidental.de/stl/cad_cam/cad_cam_stl_intraoralscan.zip hier als ZIP-Archiv herunterladen].
+Das '''Ergebnis des Matchens''' speicherst du nach den Regeln des Datenmanagements.
+Lernvideo zu Fehlern beim ICP-Alignment:
+[[File:icp-alignment_fehler.mp4]]
+'''Beschreibe''' zusätzlich schriftlich in '''eigenen Worten''', warum beim Matchen von Punktewolken mit dem ICP-Alignment Fehler auftreten und kleine Fehler zu größeren werden können.
+'''Zeige''' und '''begründe''' mögliche Ungenauigkeiten oder Fehler an der okklusalen Zuordnung der Intraoralscans.
+}}
+Immer noch Lust auf zusätzliche Kompetenzen? Dann schau dir mal das hier an:
+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|'''"Job to do" Messprinzip Triangulation'''
+Zum Abschluss wird es kniffelig:
+'''Studiere''' in Ruhe den Artikel [[Messprinzip Triangulation - Level 4]].
+'''Digitalisiere''' nun einen oder mehrere Punkte auf dem im Unterrichtsraum zur Verfügung stehenden großen Zahnmodells mit Hilfe der neu gelernten realistischeren Triangulationsmethode. Du spielst wieder die Kamera und hältst die Laserlinie. Dokumentiere deine Vorgehensweise schriftlich!}}
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+'''Das Selbstlernen findet aus Zeitgründen im Moment am ADBK im Unterrichtsprojekt nicht statt.'''
+Bei Interesse kannst du natürlich trotzdem dort lesen und deine Kompetenzen erweitern.
 ===Selbstlernen===
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 Wähle nun, evtl. mit Beratung durch die Projektlehrerin bzw. den Projektlehrer, einen zu dir und deiner Motivation passenden Kompetenzlevel aus.
+====Jobs to do====
 Dies sind die '''Jobs to do''' und die Kompetenzchecklisten für die einzelnen Kompetenzlevel:
-*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 1]] / [[:file:dw_checkliste_ls1_level_1.pdf | Checkliste Level 1]]
+*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 1]] / [[:file:dw_checkliste_01_digitalisierung_level_1.pdf | Checkliste Level 1]]
-*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 2]] / [[:file:dw_checkliste_ls1_level_2.pdf | Checkliste Level 2]]
+*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 2]] / [[:file:dw_checkliste_01_digitalisierung_level_2.pdf | Checkliste Level 2]]
-*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 3]] / [[:file:dw_checkliste_ls1_level_3.pdf | Checkliste Level 3]]
+*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 3]] / [[:file:dw_checkliste_01_digitalisierung_level_3.pdf | Checkliste Level 3]]
-*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 4]] / [[:file:dw_checkliste_ls1_level_4.pdf | Checkliste Level 4]]
+*[[Digitaler Workflow - LS1 - Level 4]] / [[:file:dw_checkliste_01_digitalisierung_level_4.pdf | Checkliste Level 4]]
+====Referenzierung====
+In der abschließenden '''Referenzierung''' musst deinen '''Kompetenzlevel nachweisen'''! Kontrolliere dazu folgendes, bevor du deine Referenzierung vorbereitest:
+*Dein gewählter Kompetenzlevel im Kompetenzraster ist markiert.
+*Deine neu erworbenen Kompetenzen sind in der passenden Checkliste sind markiert.
-Folgende '''Referenzierungsmethoden''' stehen dir zur Verfügung, deinen '''ausgewählten und erarbeiteten Kompetenzlevel''' zu '''bestätigen''':
+Du kannst eine beliebige [https://www.wikidental.de/w/Selbstlernen#Referenzierungsmethoden Referenzierungsmethode] auswählen!
+Wähle eine für dich passende aus. Gern kannst du auch eine eigene andere Methode verwenden.
+Besonders gut zur Digitalisierung passen (aus Sicht deiner Lehrkräfte) folgende '''Referenzierungsmethoden''':
 *'''[http://www.wikidental.de/w/Selbstlernen#Brief Brief]'''
 *'''[http://www.wikidental.de/w/Selbstlernen#Interview Interview]'''
 *'''[http://www.wikidental.de/w/Selbstlernen#Interview Interview]''' als Audio-Datei
+'''Die Referenzierung darf nicht länger als 8 Minuten dauern! Übe deine Referenzierung vorher!'''
+-----
+Hinweis für Lehrkräfte:
+*[https://de.wikipedia.org/wiki/Intraoralscan Rechtlicher Rahmen für Intraoralscans]
+*[https://dzw.de/intraoralscans-durch-zahntechniker DZW Rechliches zum Intraoralscan]
+*Hygienemaßnahmen beim Intraoralscan
 [[Kategorie:Projekt Digitaler Workflow]]