Virtuelle kamerabilder à la "Matrix"

Ny prosess gjør manuelt arbeid i triksekvenser stort sett unødvendig

Beethoven i 3D: Hodet ble rekonstruert fra 33 bilder i tre dimensjoner. På datamaskinen kunne statuen nå enkelt vri seg i alle romlige retninger eller - som i filmen "The Matrix" - i bane rundt et virtuelt kamera. © Kalin Kolev / AG Cremers
lese høyt

Vårt visuelle senter gjør det klart: Fra innspillet fra våre høyre og venstre øyne rekonstruerer det de romlige dimensjonene til det observerte objektet. Den samme oppgaven får imidlertid datamaskiner fortvilet. Bonn-baserte datavitere har nå utviklet en løsning som skisserer de fleste vanlige prosedyrer.

For eksempel tillater metoden også beregning av virtuelle kamerabilder, som filmen "The Matrix" ble så kjent for. Det er for eksempel følgende betagende sekvens: Mens filmhelten Neo blir skutt på av en motstander, går tiden tilsynelatende tregere. Neo unngår den nærmer seg ballen i sakte film. Kameraet går rundt ham og registrerer sine akrobatiske forstyrrelser fra alle kanter.

Det er dette spektakulære sporingsskuddet som gjør scenen så tiltalende. Men det er som i Hollywood så ofte: det er ikke ekte. John Gaeta - ansvarlig for spesialeffektene av filmen - hadde installert 36 kameraer på settet. De fanget scenen fra forskjellige vinkler. Det var senere på datamaskinen at inntrykket senere kom at et enkelt kamera hadde gått i bane rundt Neo raskt under skuddet.

Mer enn bare spesialeffekter

Spesialeffekten kalles "Bullet Time". Han har helt sikkert bidratt med sin del til suksessen til The Matrix. Likevel har professor Daniel Cremers ved University of Bonn bare ett smil igjen for scenen: "John Gaeta hadde det lett. Han kunne jukse. "Betydning: Inntil effekten så realistisk ut, var det på datamaskinen som ble kunngjort mye retusjearbeid. Cremers er informatiker. Spesialitet: Datasyn. Teamet hans og han har utviklet en prosedyre som gjør manuelt arbeid i slike triksekvenser stort sett overflødig.

Den Bonn-baserte forskeren har ikke tenkt å forfalse Hollywoods spesialeffekter-avdelinger. "Vi har å gjøre med et mer generelt problem", understreker 37-åringen: "Vi fotograferer et objekt fra forskjellige vinkler. Fra disse bildene ønsker vi å rekonstruere den tredimensjonale formen til objektet. "Display

3D-rekonstruksjoner vanskeligere enn forventet

Hvis du vet hvordan fotoemnet ser ut i 3D, kan du programmere et sporingsbilde på datamaskinen relativt enkelt. Og fin måte, det hele fungerer ikke bare med bilder, men også med filmsekvenser. "I prinsippet kan vi bruke den til å beregne kule tidseffekter, " sier Cremers.

Hjernen vår utfører konstant 3D-rekonstruksjoner. Når vi ser en kaffekopp foran oss, vet vi intuitivt hvor langt vi må nå ut for å ta tak i håndtaket. Øynene våre ser koppen fra forskjellige vinkler. De to bildene som de gir, skiller seg derfor litt ut. Fra denne forskjellen kan det visuelle senteret beregne avstanden til håndtaket.

Forskere utvikler en ny algoritme

Det høres enkelt ut. Det er imidlertid ekstremt vanskelig å oversette denne evnen til en algoritme. Det er for tiden konkurranse rundt hele kloden om den beste prosedyren. Vi ligger for øyeblikket på andreplass, forklarer Cremers. Vår metode er også verdens første konvekse optimaliseringsmetode. Dette betyr at det har vist seg å beregne det beste av alle tenkelige overflater .

For å beregne hvor langt noe poeng på kaffekoppen er fra to kameraer, må du vite to ting. Først plassering og orientering av kameraene. For det andre tilsvarer informasjonen som piksler i hvert skudd. Spørsmål ett er enkelt å løse. Spørsmål to er hvor datamaskinen håndterer de ikke-eksisterende tennene: den vet rett og slett ikke hvilken piksel på foto en tilhører hvilken piksel i foto to. Algoritmen til datamaskinforskerne i Bonn gjør akkurat denne oppgaven.

Prosessen kan for eksempel brukes til å registrere verdifulle museumsutstillinger i tre dimensjoner. "Ta en gammel kinesisk vase, " sier Cremers. For å se på dem, må du reise til museet i Beijing. Hvis du er heldig, kan du fremdeles kunne se på bilder på nettet. Ofte mangler imidlertid detaljene som interesserer deg. En 3D-rekonstruksjon kan slås på datamaskinen. Du kan belyse dem med en virtuell lampe for å identifisere detaljer bedre. Du kan til og med endre lysretningen, for eksempel for å trene overflatestrukturer mer presist eller for å unngå forstyrrende lysrefleksjoner

Tapte gjenstander kommer til live

Noen ganger lar 3D-rekonstruksjon deg puste nytt, om bare virtuelt, liv i gjenstander som antas å være tapt for alltid. Et eksempel er den berømte Buddha-statuen av Bamiyan i Afghanistan. Taliban hadde ødelagt det 55 meter høye kunstverket i mars 2001. Siden den gang er det bare bilder. Ved hjelp av disse bildene har det nå vært mulig å rekonstruere statuen i datamaskinen.

Til og med hele arkeologiske gravplasser kan overføres på denne måten til digitale 3D-modeller. Dette gjøres allerede i dag, men relativt primitivt. Cremers: "Med vår metode kan slike 3D-rekonstruksjoner forbedres og automatiseres betydelig."

(idw - University Bonn, 06.01.2009 - DLO)