Mit Smartphone Objekte für VR-Szenarien erfassen

Aufnahme und Reproduktion von Objekten aus der realen Welt für den Einsatz in virtuellen Szenarien gestalten sich aufwendig und zeitraubend. Doch es könnte auch einfacher gehen.

Informatiker haben eine neuartige Methode entwickelt, die physisch vorhandene Objekte für VR und AR abbildet, und zwar mit einer handelsüblichen Kamera mit Blitz und ohne, dass es dafür weiterer, oftmals teurer Software, bedürfte.

Um ein Objekt aus der realen Welt in der VR/AR-Szenerie wiederzugeben, müsse man die 3D-Geometrie und das Erscheinungsbild des Objekts reproduzieren, sagt Min H. Kim, Professor für Informatik an der KAIST Universität, Daejeon, Südkorea, und Hauptautor der Studie. Üblicherweise haben das 3D-Spezialisten manuell erledigt, was sehr arbeitsintensiv sei, oder man habe spezialisierte und teure Hardware dafür verwendet. Das neue Verfahren sei hingegen überschaubar, kostengünstiger und effizient und es gebe 3D-Objekte allein über Fotos einer einzelnen Kamera mit eingebautem Blitz wieder.

Kim und seine Mitarbeiter Diego Gutierrez, Professor an der Universität Zaragoza in Spanien, Giljoo Nam und Joo Ho Lee, PhD-Studenten am KAIST, werden die Arbeit an der SIGGRAPH Asia 2018 präsentieren, die vom 4. bis 7. Dezember 2018 in Tokyo stattfindet.

Erprobte Konzepte für die Aufnahme physisch vorhandener Objekte erfordern besondere Hardwarekonfigurationen, um die Geometrie zu erfassen und das Abbild des gewünschten Objekts zu modellieren. Zu solchen Konfigurationen gehören beispielsweise ein 3D-Laserscanner, mehrere Kameras oder eine Lichtkuppel mit hunderten von Lichtquellen. Dagegen braucht es für das neue Verfahren nur eine Kamera, die hochwertige Ergebnisse liefern soll.

Geometrie und Erscheinungsbild erfassen

Herkömmliche Methoden mit einer einzelnen Kamera können nur die 3D-Geometrie von Objekten aufnehmen, aber nicht das komplexe Reflexionsverhalten von realen Objekten, das sich mit der SVBRD-Funktionen erfassen lässt (spatially-varying bidirectional reflectance distribution). Diese Funktionen sind entscheidend für die realistische Erscheinung eines Objekts in einer virtuellen Umgebung. Allein die 3D-Geometrie könne das nicht leisten, so Kim. Das neue Verfahren könne hingegen die 3D-Geometrie und das Aussehen des Objekts gleichermaßen erfassen, so dass es sich in jedem virtuellen Szenario gleichermaßen realistisch rendern lasse.

Die Forscher haben ihre Idee mit einer digitalen Spiegelreflexkamera, der Nikon D7000, und der eingebauten Kamera eines Android-Smartphones, anhand einer Reihe von Beispielen in ihrem Paper "Practical SVBRDF Acquisition of 3D Objects with Unstructured Flash Photography“ demonstriert. Der neuartige Algorithmus, der ohne Input-Geometrien des Zielobjekts auskommt, hat Geometrien und Aussehen der 3D-Objekte mit einfacher Blitzfotografie aufnehmen können und dabei konsistente Ergebnisse reproduziert. Zu den vorgestellten Mustern gehörten verschiedene Arrangements von Gegenständen mit vielfältigen Geometrien und Materialien wie Metall, Holz, Plastik, Keramik, Kunstharz und Papier, aber auch komplexe Formen wie eine detailreiche Statuette von Nefertiti.

Für die Zukunft hoffen die Entwickler, das Erfassen weiter vereinfachen oder das Verfahren auch auf dynamische Geometrien oder größere Szenarien ausdehnen zu können.

Bild: Eine neue, praktische Methode für das Erfassen von räumlich variierenden BRDFS aus unstrukturierten Fotos mit Blitz. Bild A zeigt das Aufnahme-Set-up, Bilder B bis D zeigen die Ergebnisse der Rekonstruktionen.

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