3.5 Formatauswahl

Die Wahl geeigneter Dateiformate ist ein Schlüsselfaktor für die nachhaltige Sicherung digitaler Inhalte. Sie entscheidet, ob Daten über Jahrzehnte hinweg verlässlich erhalten, migriert und genutzt werden können. Zwar akzeptieren Langzeitarchive viele Formate, doch gelten offen dokumentierte, weit verbreitete Standards mit einfacher Struktur als besonders archivfähig – gerade im Hinblick auf zukünftige Migrationen. Für komplexe Objekte wie 3D-Modelle oder -Scans existieren allerdings noch wenige dauerhaft etablierte Archivformate, was die Auswahl erschwert.

3.5.1 Kriterien für archivtaugliche Formate

Archivtaugliche Formate zeichnen sich aus durch:

• hohen Offenlegungsgrad,
• breite Verbreitung,
• geringe Komplexität der Spezifikation,
• gute Selbstdokumentation,
• Robustheit gegenüber Datenfehlern und
• geringe Abhängigkeit von Zusatzressourcen.

3.5.2 3D-Formate: Punktwolken und Drahtgittermodelle

Beim Scan von Tonteilen oder Porzellanfiguren mit Streifenlichtscannern entstehen zunächst Punktwolken, die die Rohgeometrie erfassen. Aus diesen werden anschließend Drahtgittermodelle erzeugt, die für Visualisierung und 3D-Druck benötigt werden. Beide Stufen sind archivrelevant: Punktwolken sichern die Nachvollziehbarkeit des Scans, Drahtgittermodelle dienen der praktischen Reproduktion.

Zwar können 3D-Formate wie glTF, X3D, DAE und OBJ auch Punktwolken speichern, sind aber nicht auf die performante Verarbeitung von Millionen Punkten ausgelegt. Daher wurden für den Use Case geeignete Punktwolken- und Drahtgitterformate getrennt untersucht.

Um praxisnahe Empfehlungen zu entwickeln, wurden Daten aus einer Umfrage des NFDI4Culture-Forum „3D-Objekte: Digitalisierung, Präsentation und Langzeitarchivierung" ausgewertet. Die dort von den Teilnehmer:innen genannten Formate sind in folgender Abbildung dargestellt.

Darüber hinaus wurden im Dezember 2023 in der AG 3D Empfehlungen zu archivfähigen Formaten für die Digitalisierung musealer Objekte mit dem Ziel ihrer Reproduktion erarbeitet. Auf Grundlage dieser Ergebnisse entstand eine tabellarische Übersicht archivfähiger 3D-Formate, die in den folgenden Abschnitten hinsichtlich Funktionalität und Archivfähigkeit bewertet wird.

3.5.3 Punktwolkenformate für gescannte Tonteile

Punktwolken enthalten rohe, ungefilterte Geometrieinformationen und dienen der Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit des Scans. Für die Archivierung von Punktwolken wurden die nicht-proprietären Formate ASTM E57, ASPRS Lidar Data Exchange Format (LAS) und Stanford Polygon (PLY) geprüft.

Punktwolkenformate E57, LAS und PLY geordnet nach Archivfähigkeit:

Funktionalität:
E57 bietet als einziges Format native Unterstützung für eingebettete Fotos, Transformationen und strukturierte Gruppen mit Annotationen. PLY und LAS speichern zwar auch Geometrie und Farbinformationen, sind aber funktional eingeschränkter.

Archivfähigkeit:
In einer vergleichenden Bewertung schnitt E57 hinsichtlich Offenheit, Dokumentation, Robustheit und langfristiger Nutzbarkeit am besten ab.

Empfehlung:
Für die Ablage unbearbeiteter Punktwolken wird daher E57 als Zielformat gewählt.

3.5.4 Drahtgitterformate

Zur visuellen Darstellung und zum 3D-Druck werden polygonale Drahtgittermodelle aus Punktwolken erzeugt. Gegenwärtig wird ein Format benötigt, das für den 3D-Druck geeignet ist und zugleich die Einbettung grundlegender Metadaten erlaubt. Dabei stehen vor allem Geometrie, strukturelle Informationen und Metadaten auf Dateiebene im Vordergrund. Perspektivisch sollen zusätzlich zur Geometrie auch Dekorbemalungen als Texturen direkt mit dem 3D-Modell verknüpft werden, um eine realitätsnahe Visualisierung zu ermöglichen. Derzeit ist dies jedoch noch zu ressourcenintensiv, da Reflexionen in der Glasur und der hohe Aufwand für Farbkalibrierung eine aufwändige Nachbearbeitung erfordern.

Untersucht wurden daher die offenen Formate Wavefront OBJ, Stanford PLY, Stereolithographie (STL), glTF (Graphics Language Transmission Format) und X3D (Extensible 3D) im Hinblick auf Funktionalität und Archivfähigkeit.

Drahtgitterformate glTF, X3D, DAE, STL, OBJ und PLY geordnet nach Archivfähigkeit:

Funktionalität:
DAE bietet die umfassendste Unterstützung für komplexe Geometrien, Materialdefinitionen und strukturierte Annotationen bis auf Polygonebene. glTF unterstützt moderne Materialmodelle und erlaubt das Einbetten von Texturen (z. B. als Base64), wodurch Verlinkungsfehler verhindert werden. Koordinaten und weitere numerische Daten werden in der ASCII-Version von glTF in einer separaten BIN-Datei unkomprimiert binär gespeichert, was eine effiziente Verarbeitung bei guter Lesbarkeit der Hauptdatei ermöglicht. STL ist stark limitiert, bleibt jedoch aufgrund seiner Simpelheit und weiten Verbreitung im 3D-Druck weiterhin relevant.

Praxis:
In Tests zeigten sich bei X3D erhebliche Interoperabilitätsprobleme, weshalb es ausgeschlossen wurde. DAE-Dateien benötigen zudem deutlich mehr Speicherplatz als glTF.

Archivfähigkeit:
Hinsichtlich Archivfähigkeit teilen sich glTF mit DAE die besten Mittelwerte.

Langfristige Perspektive:
Beide Formate werden von der Khronos Group betreut. Während DAE jedoch seit Jahren nicht mehr aktiv weiterentwickelt wird und aktuell keine neue Version geplant ist, wird glTF kontinuierlich ausgebaut – unter anderem durch moderne Materialmodelle, neue Erweiterungen sowie Kooperationen mit anderen Standards wie OpenUSD.
gITF unterstützt zudem Physically Based Rendering (PBR), wodurch Oberflächeneigenschaften wie Glanz, Rauheit oder Lichtbrechung realistisch dargestellt werden können.
Auch aus Sicht der Softwareentwicklung ist ein klarer Trend erkennbar: In gängigen Open-Source-Programmen wie Blender oder Godot verliert DAE zunehmend an Unterstützung, während glTF als moderner Standard stetig an Bedeutung gewinnt.

Empfehlung:
Für die aktuelle Phase der digitalen Archivierung und Reproduktion wird glTF als Primärformat gewählt, ergänzt durch STL für optimierte Druckprozesse. Eine Einbettung von PBR-Texturen erfolgt vorerst nicht, da Glasuroberflächen und Farbkalibrierung zu aufwändig sind. Perspektivisch kann PBR jedoch für Dekorationsmaler:innen wichtig werden, die bei der Reproduktion auf eine realitätsnahe Wiedergabe angewiesen sind.

Metadaten werden ausschließlich in den glTF-Dateien und der mets.xml abgelegt. Ein zusätzliches Einbetten in STL-Dateien ist nicht erforderlich.

3.5.5 Bildformate für Dekorvorlagen

Die farbgetreue Dokumentation historischer Oberflächendekore erfordert hochauflösende, verlustfreie Bildformate mit präzisem Farbmanagement und der Möglichkeit, strukturierte Metadaten einzubetten. Diese Aufnahmen bilden die Grundlage für die manuelle Reproduktion durch Dekorationsmaler:innen.

Empfehlung:
TIFF hat sich als Standard für die Langzeitarchivierung etabliert. Es erlaubt verlustfreie Speicherung, umfassende Metadateneinbettung (IPTC, Exif, XMP) sowie exaktes Farbmanagement über ICC-Profile. PNG eignet sich eher für Web- oder Vorschaudarstellungen, nicht jedoch als Archivformat. JPEG 2000 ist technisch geeignet, bietet hohe Farbtiefe und Metadateneinbettung, leidet aber in der Praxis unter begrenzter Softwareunterstützung und höherer Komplexität. JPEG ist aufgrund der verlustbehafteten Kompression ungeeignet.

Anwendung:
Alle fotografischen Dekorvorlagen werden im TIFF-Format archiviert. Dabei werden individuelle Farbreferenzen (ICC-Profile) direkt in jede Datei eingebettet. Die Pigmentinformationen (Farbmuster) werden hingegen separat in der color_mixtures.xml dokumentiert und nicht in die Bilddateien integriert, da die Fotos auch für andere Zwecke – etwa Katalogproduktion oder Versicherungsdokumentation – genutzt werden können.