Die materielle Veränderung von Kunst durch Transporte – 3D_artscan

Die Sicherung und Weitergabe der materiellen Authentizität der Kulturgüter an folgende Generationen ist der Kernpunkt des Bewahrungsauftrages von Museen. Doch auch die anderen musealen Aufgaben, das Sammeln, Forschen und Vermitteln, sind nicht zu vernachlässigen. Bei der Vermittlung von musealen Inhalten beispielsweise spielen Sonderausstellungen eine immer wichtigere Rolle, da sie unter anderem Besucherinnen und Besucher anziehen, die sonst eher selten den Weg ins Museum gehen. Die Realisierung von Sonderausstellungen geht in der Regel mit vielen Transporten einher, da bekannte Stücke zur Vervollständigung des eigenen Bestandes entliehen werden. Der Transport von Kunst und Kulturgütern führt nachweislich zu einer irreversiblen Veränderung der Objekte. Bei Transporten wirken sich nicht nur wechselnde klimatische Bedingungen, sondern beispielsweise auch Erschütterungen, auf die Materialität, der vielfach aus komplexen Materialgefügen bestehenden Kunstwerke, aus. Ein Ziel des Projektes besteht deshalb darin etablierte Transportprozesse zu evaluieren.

Die Quantifizierung materieller Veränderungen erfolgte bisher optisch durch die subjektive Bewertung des Vor- und Nachzustandes geschulter Restauratorinnen und Restauratoren. Diese bedienen sich dazu meist digitaler Fotografien nebst händischen oder computergestützten Kartierungen. Mikroskopische Materialveränderungen, die sich bei mehrfachem Transport zu sichtbaren Schäden aufsummieren können, bleiben bei diesem Vorgehen jedoch systematisch unentdeckt. Ebenfalls unentdeckt bleiben Veränderungen unterhalb der Objektoberfläche.
Für die Überwachung von Kunsttransporten im Rahmen des internationalen Leihverkehrs ergibt sich jedoch die Notwendigkeit für ein effizientes Schadensmonitoring und ein exaktes Zustandsprotokoll. In kurzer Zeit gilt es, Transportschäden oder Schäden, die während der Ausstellungszeit entstanden sind, exakt zu erfassen und dabei auch mikroskopische Veränderungen zu dokumentieren.
Aufbauend auf der dem „VASARI-Projekt“¹ zugrundeliegenden Idee, werden die materiellen Folgen von Kunsttransporten erstmals durch einen teilautomatisierten Vergleich hochaufgelöster 3D-Bilder, aufgenommen vor und nach einem Transport, visualisiert.

Zwei Methoden stehen im Mittelpunkt der Forschungsarbeit: die 3D-Streifenprojektion zur Generierung von Oberflächeninformationen und die Shearografie zur Detektion von strukturimmanenten Besonderheiten unterhalb der Objektoberfläche.

Bei der 3D-Streifenprojektion werden mithilfe eines Projektors verschiedene Streifenmuster auf dreidimensionale Objektoberflächen projiziert, wo sie perspektivisch verzerrt werden. Eine Kamera nimmt die Verformung des strukturierten Lichtes auf. Diese Informationen werden genutzt, um mithilfe einer Software eine exakte digitale Rekonstruktion der Oberfläche zu erstellen. So können dreidimensionale Veränderungen im Submillimeterbereich detektiert und damit auch erstmals phänomenologisch untersucht werden. Bei der Shearografie handelt es sich um ein kohärent-optisches, selbstreferenzierendes Doppelbelichtungsverfahren, mit dem unter der Oberfläche verborgene Defekte näherungsweise visualisiert werden können.

Das Ziel der ersten Projektphase war die Untersuchung der Eignung der Verfahren zur Detektion und Klassifikation transportbedingter Veränderungen an Kunstwerken. Der Fokus lag (und liegt weiterhin) auf durch relativ geringe Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen (+/- 5 % um den mittleren Feuchtebereich) hervorgerufenen Veränderungen, die gemeinhin als unbedenklich gelten. Niclas Heinkonnte in seiner Dissertation zeigen, dass selbst solche geringen Schwankungen der Umgebungsbedingungen zu irreversiblen Veränderungen an Malschichten führen können (digitale Version Dissertation Hein: http://archiv.ub.uni-heidelberg.de/artdok/3719/). Die Arbeit von Niclas Heinliefert die 2012 von der Bizot Gruppe² in den Interim Guidelines geforderten naturwissenschaftlich gesicherten Daten zum hygrischen Verhalten originaler Gemälde – allerdings zeigen die Daten deutlich, dass die von der Bizot Gruppe als Maßnahme im Rahmen des Konzeptes für ein „Grünes Museum“ vorgeschlagene Aufweitung der gängigen Klimastandards zu einer irreversiblen Veränderung von Kunst, ja zu ihrer Zerstörung führen kann (Siehe: Ergebnisse der Untersuchung mit 3D-Streifenprojektion). Solche Veränderungen im Submillimeterbereich sind mit der verwendeten Methodik ohne weiteres erkennbar, können aber aufgrund der Komplexität der Datenstruktur noch nicht Teil einer alltagstauglichen restauratorischen Dokumentation sein.

Die zweite Projektphase dient der weiteren Erforschung und bildgebenden Kopplung beider Messverfahren zur Entwicklung eines praxistauglichen Instrumentes des Schadensmonitorings im musealen Alltag, als auch der konservierungswissenschaftlichen Ursachenforschung. Intendiert wird ein Multilayerbild inklusive hochaufgelöstem Farbfoto, das eine exakte Verortung der Veränderungen in allen drei Raumrichtungen (x, y, z) ermöglicht und zusätzlich Informationen liefert, die über das virtuelle 3D-Modell allein nicht abgebildet werden können.

In Zusammenarbeit mit einer sich in der Konservierungsforschung engagierenden Kunstspedition (Firma Hasenkamp) sollen unter Einbeziehung des oben beschriebenen Verfahrens aktuelle Standardbedingungen und -abläufe des Gemäldetransportes evaluiert und gegebenenfalls verbessert werden.

¹ _{Beim VASARI (Visual Art System for Archiving and Retrieval of Images) -Projekt handelt es sich um ein mehrjähriges, von der Europäischen Union gefördertes Gemeinschaftsprojekt („VASARI“, bzw. „ESPRIT II“, No. 2649) der „Bayerischen Staatsgemäldesammlungen“ („Doerner Institut“) und „The National Gallery London“ sowie beteiligten Universitäten und Partnern aus der Industrie.}

² _{Vereinigung von Direktoren internationaler Museen und Ausstellungshäuser.}

Der Forschungsansatz basiert auf der Erfassung mikrotopographischer Veränderungen der Gemäldeoberfläche. Über einen teilautomatisierten Vergleich virtueller 3D-Zustandsmodelle werden mögliche Veränderungen, hervorgerufen beispielsweise durch Transportprozesse, erfasst. Mit der Generierung eines dreidimensionalen Veränderungsprotokolls kann die Klassifikation der Schädigungen hinsichtlich ihres Veränderungspotentials deutlich verbessert und Schadensursachen analysiert werden. Die Ergebnisse dienen dazu, neue Wege der Schadensanalyse und -prävention an Kunstwerken aufzuzeigen und andererseits eine differenzierte philosophische sowie ethisch motivierte Diskussion zum Transport von Kulturgütern anzustoßen.

An dieser Stelle werden einige der Forschungsergebnisse der ersten Projektphase vorgestellt. Für weitere Ergebnisse wird auf die Dissertation von Niclas Hein (digitale Version unter: archiv.ub.uni-heidelberg.de/artdok) verwiesen.

Bei der erstmaligen Erprobung der 3D-Streifenprojektion wurden zunächst Probekörper herangezogen und einer Veränderung der relativen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Ein Probekörper weist im Ausgangszustand (Abb. 4) keine Beschädigungen auf. Nach einer klimatischen Belastung (Δ 8% RH) kann sowohl über die Ansicht des Ist-Datensatzes im Viewer (Abb. 5) als auch mit der Falschfarbendarstellung (Abb. 6), eine lokal begrenzte Topografieveränderung, in Form einer aufstehenden Malschichtscholle, nachgewiesen werden. Mithilfe der Falschfarbendarstellung kann die Höhe der Scholle mit bis zu 1 mm quantifiziert werden. In diesem Fall lässt sich mit der 3D-Streifenprojektion eine Veränderung, hervorgerufen durch eine Luftfeuchtigkeitsänderung, bildgebend nachweisen.

Nachdem die 3D-Streifenprojektion an den Probekörpern zunächst ihre prinzipielle Eignung für das Schadensmonitoring bewiesen hatte, wurden Realobjekte untersucht. In diesem Fall handelte es sich um ein Fragment einer gealterten Malschicht. (Abb. 7 a–c).

Das Objekt wurde einer leichten Befeuchtung von Δ3,6 % RH ausgesetzt. Die 3D-Darstellung (Abb. 7c) zeigt eine dellenförmige Verformung des Bildschichtengefüges, die in der Mitte am ausgeprägtesten ist. Der von den Rahmenschenkeln verdeckte Bereich reagiert hingegen kaum auf klimatische Belastungen. Dies lässt den Rückschluss zu, dass in der Bildmitte ein erhöhtes Veränderungspotential besteht. Dies könnte eine Erklärung für die Entstehung von Keilrahmensprüngen sein und für Verglasungen und Rückseitenschutze sprechen. Das Detail der Falschfarbendarstellung (Abb. 8) zeigt, dass einzelne Schollen des Bildschichtengefüges eine gesteigerte Verformung zu den Rändern hin aufweisen.

Wie bereits erwähnt, kam es bei einer Befeuchtung um 3,6%RH zu einer dellenförmigen Deformation der Objektmitte (-0,080 mm, Abb. 9). In einem ergänzenden Experiment konnte belegt werden, dass bei moderater Trocknung (Δ9,0 %RH) eine gegensätzliche Verformung (0,075 mm, Abb. 10) auftritt.

Die Relevanz der Ergebnisse aus der ersten Projektphase für die Erhaltung von Kunst und Kulturgut wird besonders deutlich angesichts der Diskussion der vergangenen Jahre zu den Klimarichtwerten im Museumsbereich. Der eklatante Mangel an objektiven Daten führte in der Vergangenheit dazu, dass eine Vereinigung von Direktoren internationaler Museen und Ausstellungshäuser, die „Bizot Gruppe“, eine Leitlinie zur Senkung des CO2-Ausstoßes von Galerien und Museen verabschiedete (2). Darin werden die Standards für Klimagrenzwerte weiter gefasst als bisher bewährt (Vgl. 4).

Im Rahmen der ersten Projektphase, aus der unter anderem die Dissertation von Niclas Heinhervorgegangen ist, konnte erstmals, anhand von objektiven Daten, belegt werden, dass eine Aufweitung der Klimarichtwerte die Entstehung von Schäden an Gemälden beschleunigt. Dieses Ergebnis untermauert die Position der „Stellungnahme – Neue Klimagrenzwerte für Kunstwerke in Museen?“ (4) leitender Restauratoren sowie der Veröffentlichung: „Stable is Safe. Münchner Positionen zu Klima und Kulturgut“ (3) von Melanie Eibl und Andreas Burmester. Eine Aufweitung der Klimastandards bedeutet demnach eine erhöhte Veränderungsdynamik für das Kulturgut und damit letztendlich einen beschleunigten Verlust an kultureller Authentizität.

Mithilfe der 3D-Streifenprojektion konnte erstmals die Entstehung eines transportinduzierten Schadens an einer Malschicht nachgewiesen werden. Dazu wurde zunächst der unbeschädigte Ausgangszustand des Objektes mithilfe des 3D-Streifenprojektionsscanners vermessen (Abb. 11). Es folgte ein Transport und anschließend ein neuerliches Einmessen des Objektzustandes (Abb. 12). Es wurde eine aufstehende Malschichtscholle nachgewiesen. Nach einem neuerlichen Transport wurde das Objekt abermals eingemessen (Abb. 13). Es zeigte sich, dass es zu einem quantifizierbaren Malschichtverlust gekommen war – ein Transportschaden war eingetreten.

Im Pilotprojekt des Jahres 2007 bei dem ein anderer Scanner (COMET VarioZoom CV 250/400) als der jetzige (COMET 5 11M Eco) verwendet wurde, galt es, ein unter konservatorischen Aspekten nicht transportfähiges Skulpturenfragment unter Realbedingungen zu transportieren. Die Detektierbarkeit der klimatischen und mechanischen Folgen stand dabei im Vordergrund.

Das gefasste Fragment einer barocken Skulptur wurde in einer Klimakammer zunächst auf 46% RH bei 22°C klimatisiert. Anschließend wurde das Objekt mit dem 3D-Streifenscanner erfasst und ein 3D-Modell (Abb. 14 oben: rot) erstellt. Nach fachgerechter Verpackung und Anbringung der Datenlogger, zur Aufzeichnung der Temperatur und relativen Feuchte, erfolgte der Transport mit einem PKW. Sechs Stunden akklimatisierte sich das Objekt, bevor es für die Nachzustandsaufnahme (Abb. 14 oben: grün) ausgepackt und bei 49% RF und 23°C  abermals gescannt wurde.

Auf dem Handrücken hat sich im Bereich des Übergangs von der Fassung zur Fehlstelle das Schichtenpaket vom Untergrund gelöst. Zudem kann am Handrücken im Bereich der Verlängerung des Zeigefingers eine neue Fehlstelle im Kantenbereich der Fassung detektiert werden (Abb. 14 unten).

Auch die Schnittlinienselektionsansicht (Abb. 15) bestätigt die Ergebnisse der 3D-Bildschirmansicht. Die Abweichung im Kurvenverlauf in der rechten oberen Ecke (siehe rotes Kästchen) entspricht einer neuen Fassungsfehlstelle. Mit diesem Versuch konnte die empirische Einschätzung der Transportunfähigkeit des Objektes bestätigt werden.

Die digitale Shearografie ist ein berührungsloses, kohärent-optisches selbstreferenzierendes Doppelbelichtungsverfahren zur Visualisierung von unter der Oberfläche verborgenen Strukturen. Infolge einer Anregung des Untersuchungsgegenstandes induzieren diese Strukturen Veränderungen an der Objektoberfläche, die mithilfe einer CCD-Kamera detektiert werden können. Die Ergebnisse eines shearographischen Systems hängen stark von der angewandten Belastung ab und müssen an das Material und die Art des Defektes angepasst werden. Es gilt eine Art von Belastung zu finden, die einerseits eine ausreichende Empfindlichkeit zur Erkennung des Defekts bietet und andererseits nicht zu weiteren Schäden führt. In der Vergangenheit wurde häufig thermisch belastet (siehe: Abb. 16-18)

Modifiziert man die thermische Belastung, in dem man die Erwärmung beispielsweise sinusförmig moduliert, reduziert sich der Stress für das Untersuchungsobjekt und die Sichtbarkeit kleinerer Defekte wird mitunter erhöht (Abb. 19). Die thermische Welle dringt in das Objekt ein und wird an Defekten reflektiert. Dabei überlagern sich die eingehende und ausgehende Welle und bedingen eine bestimmte lokalen Temperatur, die lediglich zu einer lokalen Verformung führt. Die Eindringtiefe kann über die Modulationsfrequenz eingestellt werden.

Aber auch andere Belastungsarten wie Druck-, Vibrations- und Feuchtigkeitsänderungen sind prinzipiell möglich. Wie in Abbildung 20 zu sehen ist, führt eine Änderung des Drucks um 200mbar einerseits zu einer guten Defektdetektion und andererseits zu einer vernachlässigbaren Verformung im Rest des Objektes. Diese Belastungsart, bei der Defekte unterhalb der Oberfläche mit hoher Genauigkeit erkannt werden, kann auch für Gemälde auf textilem Träger und für die Untersuchung von Rissen verwendet werden. Für tiefliegende Defekte oder Defekte, die eine schnelle Druckkompensation ermöglichen, reicht die durch Druckänderung induzierte Oberflächenverformung für eine hinreichende Fehlererkennung jedoch in der Regel nicht aus, was die Anwendung von thermischer Belastung notwendig macht.

3D_ARTSCAN-TEAM FREUT SICH AUF KÜNFTIGE KOOPERATION MIT DER STAATSGALERIE STUTTGART

Bei dem Forschungsprojekt „3D_artscan – Die materielle Veränderung von Kunst durch Transporte“ handelt es sich um ein Kooperationsprojekt unter Leitung von Prof. Dr. Christoph Krekel, Institut für Konservierungswissenschaften der ABK Stuttgart, und Prof. Dr. Wolfgang Osten vom Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart. Das Projekt wird seit 2011 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Im Rahmen der Zusammenarbeit mit der Staatsgalerie Stuttgart werden in den kommenden Jahren die Oberflächentopografien ausgesuchter Gemälde im Kontext von Leihvorgängen mehrfach berührungsfrei dreidimensional erfasst. Anschließend sollen die generierten Modelle der Gemäldeoberflächen miteinander verglichen werden, um stabile, als auch potentiell gefährdete Bereiche zu identifizieren und mögliche Veränderungen objektiv zu quantifizieren.

Neben einer phänomenologischen Ursachenforschung können auf Grundlage der generierten Daten möglicherweise Prognosen zum Veränderungsverhalten von Gemäldeoberflächen angestellt werden. Dieses Wissen kann beispielsweise zur Erarbeitung bzw. Validierung individueller Erhaltungs- und Transportstrategien einzelner Objekte herangezogen werden.

Das 3D_artscan-Team freut sich auf die Zusammenarbeit!

3D_ARTSCAN-TEAM MIT SONDERPREIS DES BERND BREUCKMANN AWARDS 2016 AUSGEZEICHNET

Kaum begonnen, schon prämiert! Das 3D_artscan-Team vom Institut für Konservierungswissenschaften der Staatlichen Akademie der Bildenden Künste Stuttgart erhält für das Teilprojekt „Mit 3D-Digitalisierung Transportschäden auf der Spur“ den Sonderpreis des Bernd Breuckmann Awards 2016 der Firma AICON 3D Systems GmbH.

Das Forschungsprojekt „3D_artscan – Die materielle Veränderung von Kunst durch Transporte. Untersuchung zu Detektion und Unterscheidung transport- und alterungsbedingter Schäden an Kunstwerken“ ist ein seit 2011 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördertes Kooperationsprojekt des Instituts für Konservierungswissenschaften an der ABK Stuttgart unter Leitung von Prof. Dr. Christoph Krekel und des Instituts für Technische Optik der Universität Stuttgart unter der Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Osten.

„Mit 3D-Digitalisierung Transportschäden auf der Spur“ ist ein Teilprojekt des Forschungsprojekts „3D_artscan“. Beantragt von Dipl.-Rest. Carolin Heinewmann, Akademische Mitarbeiterin im Institut für Konservierungswissenschaften, und Prof. Dr. Christoph Krekel, ermöglicht das prämierte Projekt der Forschungsgruppe im Rahmen des Bernd Breuckmann Awards 2016 den Zugang zu modernsten 3D-Technologien, die einen Monat lang umfänglich genutzt werden können.

Mittels dreidimensionaler und zugleich farbiger Daten von Vor- und Nachzuständen transportierter Gemälde soll das Projekt aktuelle Standardbedingungen und -abläufe des Gemäldetransports evaluieren. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Transportschadensmonitoring von originalen Gemälden mit einem historischen und vorgeschädigten Materialgefüge.

Neben einer Vielzahl von Publikationen ist im Rahmen der Forschungen auch die Doktorarbeit „Die materielle Veränderung von Kunst durch Transporte – Monitoring und Transportschadensbewertung an Gemälden durch das Streifenprojektionsverfahren“ von Dipl.-Rest. Niclas Hein entstanden, die einen guten Überblick über die Forschungsergebnisse gibt (archiv.ub.uni-heidelberg.de/artdok). Dipl.-Rest. Carolin Heinemann setzt sich seit Oktober 2016 als Doktorandin intensiv mit der Erforschung von Transportveränderungen auseinander.

(1) Mecklenburg, M. F. (Ed.): „Art in Transit: Studies in the Transport of Paintings”. International Conference on the Packing and Transportation of Paintings: September 9–11, 1991, London, Washington, 1991.

(2) The National Museum Director´s Council (NMDC): Homeseite unter: www.nationalmuseums.org.uk (Stand: 27.12.2016).
„NMDC guiding principles for reducing museums’ carbon footprint“ unter: www.nationalmuseums.org.uk/media ((pdf) (Stand: 27.12.2016)).

(3) Burmester, A.; Eibl, M.: „Stable is safe. Die Münchner Positionen zu Klima und Kulturgut“, unter: www.doernerinstitut.de ((pdf) (Stand: 16.12.2016)).

(4) Ohne Verfasser: „Stellungnahme – Neue Klimagrenzwerte für Kunstwerke in Museen?“ In: Restauro 3 (2013), S. 59–61.

2007

Hein, Niclas: 3D-Weißlicht-Streifenprojektionsscanner zur Untersuchung von Transportschäden an Skulpturen. Stuttgart, Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart, Stuttgart, 2007.

2010

Hein, Niclas; Krekel, Christoph: 3D-Weißlicht-Streifenprojektionsscanner zur Untersuchung von Transportschäden an Skulpturen. In: Zeitschrift für Kunsttechnologie und Konservierung 24 (2010) Heft 1, S. 131-144.

2013

Heinemann, Carolin: „Digitale Shearographie zur Zustandsanalyse von Gemälden – Evaluierung des Verfahrens und Vorstellung einer Auswertungsstrategie zur Interpretation der Phasenbilder“, Diplomarbeit, Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart, Stuttgart, 2013.

Morawitz, Michael; Hein, Niclas; Alekseenko, Igor; Wilke, Marc; Pedrini, Giancarlo; Krekel, Christoph; Osten, Wolfgang: Detection of transport and age induced damages on artwork: an advanced concept, In: SPIE Proceedings, Vol. 8790, 879004-1, Optics for Arts, Architecture, and Archaeology IV, Hrsg. L. Pezatti und P. Targowski, 2013 (S. 721-728).

2014

Heinemann, Carolin; Hein, Niclas; Krekel, Christoph; Morawitz, Michael; Pedrini, Giancarlo; Osten, Wolfgang: Digitale Shearografie zur Zustandsanalyse von Gemälden. In: „Zeitschrift für Kunsttechnologie und Konservierung 28 (2014) Heft 1, S. 51-64.

Krekel, Christoph; Hein, Niclas; Skrowanek, Heide: Preservation of Cultural Heritage: The Bridge between Inspection and Conservation. In: Osten, W. (Ed.): Fringe 2013 – 7th International Workshop on Advanced Optical Imaging and Metrology. Springer, Berlin, Heidelberg, 2014, pp. 721-728.

Krekel, Christoph; Hein, Niclas: Kunsttransport: Gibt es eine Grenze zwischen Schaden und beschleunigter Alterung? In: ICOM Deutschland (Hrsg.): Zur Ethik des Bewahrens: Konzepte, Praxis, Perspektiven, Tagungsband ICOM Deutschland, Beiträge zur Museologie, Band 4, ICOM Deutschland, 2014, S. 127-128.

Morawitz, Michael; Hein, Niclas; Alekseenko, Igor; Wilke, Marc: Optical Methods for the Assessment of Transport and Age Induced Defects of Artwork. In: Osten, W. (Ed.): Fringe 2013 – 7th International Workshop on Advanced Optical Imaging and Metrology. Springer, Berlin, Heidelberg, 2014, pp. 951-955.

2015

Buchta, Dominic; Hein, Niclas; Pedrini, Giancarlo; Krekel, Christoph; Osten, Wolfgang: Artwork Inspection by Shearography with Adapted Loading. In: Exp Mech (2015) 55: 1691. doi: 10.1007/s11340-015-0070-9

Buchta, Dominic; Hein, Niclas; Pedrini, Giancarlo; Krekel, Christoph; Osten, Wolfgang: Combination of topology and structural information for damages and deterioration analysis of artwork, Proc. SPIE 9527, Optics for Arts, Architecture and Archaeology V, 2015, 95270Q

Hein, Niclas: Die materielle Veränderung von Kunst durch Transporte – Monitoring und Transportschadensbewertung an Gemälden durch das Streifenprojektionsverfahren. Dissertation, Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart, Stuttgart, 2015, digitale Version unter:
archiv.ub.uni-heidelberg.de/artdok