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Montag, 26.09.2016
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3D -Tiere für Laien

Software verwandelt gefilmte Tiere in animierbare 3D-Figuren

Ob King Kong für Hollywoods Traumfabrik oder Affen im Computerspiel. Forscher haben eine neue Software entwickelt mit der jetzt auch Laien 3D-Figuren innerhalb weniger Minuten erschaffen können. So werden beispielsweise Tierskizzen zum Leben erweckt. Bisher war es nur für Experten möglich 3D-Animationen zu erzeugen.
Aus dem laufenden Gepard wird im nächsten Schritt die Animation entstehen.

Aus dem laufenden Gepard wird im nächsten Schritt die Animation entstehen.

Wer bisher Tiere dreidimensional nachbauen und dann lebensecht animieren wollte, musste erheblichen Aufwand betreiben. In der Regel wurden Animationen von Experten erstellt die mit speziellen Computerprogrammen arbeiten und auch diese brauchten meist mehrere Tage um die Animation zu erzeugen.

Strichmännchen wird zur 3D-Kreatur


Mit einer neuen Software, die Bernhard Reinert vom Max Planck Institut für Informatik und seine Kollegen entwickelt haben, funktioniert die Animation jetzt schneller und einfacher. Der Anwender benötigt jetzt nur noch ein Video des gewünschten Tieres oder einer anderen Figur. Es reichen wenige Sekunden Videosequenz, damit die Software aus dem gezeigten Tier ein digitales Abbild berechnet.

Ein Gepard läuft im Vollsprint durch eine Grassavanne. Die Videosequenz, die ihn dabei zeigt, dauert nur wenige Sekunden und dient als Vorlage für die Animation. Die Forscher haben dafür eine Benutzeroberfläche entwickelt, die einem einfachen Malprogramm gleicht. So kann beispielsweise der Schwanz des Gepards einfach mit orangen Linien übermalt werden, während Rückgrat, Kopf, Vorder- und Hinterbeine mit anderen farbigen Linien gekennzeichnet werden.


Von der Linie zum Gittermodell


Die Software überträgt diese Markierungen auf alle Einzelbilder der Videosequenz, so dass die Linien immer auf den Gliedmaßen liegen, auch wenn sich deren Position auf den folgenden Bildern ändert. Ob das Programm die Gliedmaßen korrekt erfasst, überprüft der Anwender, indem er fünf Einzelbilder kontrolliert und gegebenenfalls per Hand korrigiert.

So funktioniert die Umwandlung eines Videoclips zur 3D-Animation


„Alle bisherigen Ansätze, das Erkennen der Gliedmaßen zu automatisieren, haben hier versagt. Deswegen haben wir ein neues Rechenverfahren entwickelt, das auf speziellen Zufallsprozessen, sogenannten Markow-Ketten beruht“, erklärt Reinert. Sobald der Anwender bestätigt, dass die Software die Gliedmaßen des Gepards auf den entscheidenden fünf Einzelbildern korrekt erkannt hat, erstellt sie automatisch das dreidimensionale, digitale Gittermodell des Tieres.

Vom Zylinder zum Tier


Die Software trennt dafür das zweidimensionale Abbild des Gepards von Vorder- und Hintergrund und ersetzt die eingezeichneten Gliedmaßen durch variable Zylinder. Diese variieren in Höhe und Durchmesser und werden solange variiert bis sie auf jedes Einzelbild passen. „Das Vorgehen ähnelt dem Unterfangen aus einem länglichen Luftballon ein Tier zu formen, ist jedoch viel genauer, was die einzelnen Segmente angeht“, erläutert Reinert.

Im letzten Schritt wird das Fell des Gepards aus dem Bild kopiert, auf dem auch das komplette Gliedmaßen-Skelett markiert wurde, und wird dann als sogenannte Textur über das 3D-Gittermodell gezogen. Das dreidimensionale Gepardenmodell ist jetzt fertig.

Der Gepard wird mit Strichen nachgezeichnet, damit die Software eine Animation erzeugen kann.

Der Gepard wird mit Strichen nachgezeichnet, damit die Software eine Animation erzeugen kann.

Von der Animation zur Skulptur


„Auf diese Weise erhält man in wenigen Minuten ein gutes 3D-Modell, mit dem man entweder weiterarbeiten kann oder es verfeinert, wenn man es in noch höherer Qualität braucht“, erklärt Tobias Ritschel vom University College London. Das unbearbeitete 3D-Modell sei jedoch schon so gut, dass man es sofort an einen 3D-Drucker weiterleiten könne, um auf Grundlage des digitalen Modells die entsprechende Skulptur zu drucken.

Die Forscher haben ihre Software an verschiedenen Tier-Videoclips getestet, die sie auf der Videoplattform YouTube fanden, und so einen ganzen Zoo an 3D-Modellen angelegt. Die kurzen Videos sind ideal, da sich hier oft nur das Tier bewegt und nicht die Kamera wild hin- und herschwenkt, was der Software Schwierigkeiten bereitet.

Die 3D-Tiermodelle lassen sich in verschiedenen Posen und mit verschiedensten Fellen oder Häuten darstellen und sich auch klonen, um beispielsweise aus der Vorlage eines Gepards ein ganzes Rudel zu erstellen. Bisher war so etwas nur mit viel Handarbeit möglich.
(Universität des Saarlandes, 01.09.2016 - HDI)
 
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