Bunte 3D-Welt schneller berechnet

Damit der Hobbit Frodo in «Herr der Ringe» in fantastischen, virtuellen Welten herumspringen kann, ist in den Hollywood-Studios viel Computerarbeit nötig: Virtuelle Elemente, wie zum Beispiel dramatische Waldlandschaften, müssen in der Postproduktion mit gefilmten Kulissen und Schauspielern kombiniert werden. Um virtuelle und reale Elemente in richtiger Perspektive und Proportion zusammenzubringen, müssen reale Objekte dreidimensional vermessen und in ein digitales Modell umgewandelt werden. Das geschieht herkömmlich mit einem 3D-Laserscanner, was jedoch teuer ist, viel Zeit braucht und für Elemente mit feinen Strukturen, wie Pflanzen und Bäume, schlecht funktioniert. Zudem können solche Scanner nicht gleichzeitig die Farben der gescannten Objekte erfassen. Ein Künstler muss deshalb die Objekte nachträglich manuell am Computer kolorieren. 

Das könnte bald vorbei sein: Eine Gruppe von Forschern des «Computer Graphics Lab» der ETH Zürich und «Disney Research Zurich» hat eine neue Methode veröffentlicht, mit der die Anwender aus hochauflösenden Fotografien detaillierte 3D-Modelle berechnen können. Die Forscher um ETH-Informatikprofessor Markus Gross benutzten dazu eine herkömmliche digitale Spiegelreflexkamera mit 21 Megapixeln Auflösung. Während einer horizontalen Kamerafahrt von einem Meter wurden 100 Bilder einer statischen Szene aufgenommen, zum Beispiel eine Backsteinfassade mit einem Baum davor.

Aus diesen Daten können die Forscher mit der neuen Methode für jedes Bild eine sogenannte «Depth map», eine digitale Tiefenkarte, berechnen. Diese gibt für jeden einzelnen Pixel die Distanz der Kamera vom aufgenommenen Gegenstand an. Daraus lässt sich in einem weiteren Schritt per Computer das dreidimensionale Modell der fotografierten Gegenstände, zum Beispiel des Baums vor der Hausfassade, erstellen. Die Kamera wird damit quasi zum 3D-Scanner umfunktioniert.

Mit einem grossen Vorteil: Die Farbdaten zu den entsprechenden Objekten werden von der Kamera gleich mitgeliefert. Das aufwändige Kolorieren der finalen Szenen fällt weg. Zugleich sehen die Film-Postproduzenten dank der grossen Anzahl Bilder aus unterschiedlichen Positionen auch hinter die Gegenstände. Verdeckte Stellen, die dem 3D-Scanner entgingen, können so ebenfalls modelliert werden.