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Smartphone als 3D-Scanner

Wissenschaftler der ETH Zürich haben eine App entwickelt, die ein gewöhnliches Smartphone in einen 3D-Scanner verwandelt. Die Software macht das Scannen von dreidimensionalen Objekten fast so einfach wie das Fotografieren.

3D-Scanning ermöglicht es, einen Gegenstand realitätsgetreu abzubilden und Daten über dessen Form und Erscheinung zu erfassen. Bisherige Verfahren sind meist sehr aufwendig, benötigen viel Hardware und eine hohe Rechenleistung, weshalb sie sich nicht für spontane Aufnahmen eignen. Wissenschaftler um Marc Pollefeys, Professor am Institut für Visual Computing  der ETH Zürich, haben nun eine für Smartphones optimierte Software entwickelt. Das dreidimensionale Scannen ist für den Benutzer damit fast so einfach wie das Fotografieren, versprechen die Entwickler, die erstmals eine Demoversion der App an der International Conference on Computer Vision in Sydney vorstellten.
Mehr Interaktion dank Echtzeit-Feedback
Ähnlich wie beim Fotografieren richtet der Benutzer die Kamera seines Smartphones auf ein beliebiges Objekt. Anstatt auf den Auslöser zu tippen, bewegt er das Gerät über das Objekt hinweg, damit es laufend Bilder aufzeichnen kann. Schon nach wenigen Aufzeichnungen erscheint auf dem Bildschirm ein 3D-Modell des auf diese Weise eingescannten Objekts. Solange der Benutzer seine Smartphone-Kamera über dieses hinweg bewegt, werden automatisch zusätzliche Bilder aufgenommen, die das 3D-Modell kontinuierlich verbessern.
Auf dem Smartphone-Display lässt sich jederzeit überprüfen, ob Bildausschnitte fehlen oder ungenügend sind und das Scannen aus zusätzlichen Blickwinkeln erfordern. Dieses Echtzeit-Feedback ist nur möglich, weil die App die dreidimensionale Darstellung direkt auf dem Smartphone berechnet. Die sei ein riesiger Vorteil gegenüber bisherigen Lösungen, welche die verschiedenen Bilder erst in der Cloud verarbeiten müssten, und das 3D-Modell erst einige Zeit nach der Aufnahme anzeigen könnten, erläutertet Informatikprofessor Pollefeys. Effiziente Berechnungen für kleine Geräte
Als weitere Vorteile einer mobilen Anwendung nannten die Entwickler der Scansoftware: 3D-Scans können mit dem Smartphone nicht nur überall und jederzeit gemacht werden. Mit den kleinen Geräten kann man Objekte auch einfach von verschiedenen Standpunkten aus abbilden. Die ETH-Technologie funktioniert selbst bei schlechten Lichtverhältnissen, wie beispielsweise in Museen oder Kirchen. So könnte künftig eine Besucherin im Museum eine Skulptur einscannen und sie später zu Hause detailliert betrachten und bearbeiten. Denkbar wäre auch, dass man das 3D-Modell in einer Cloud speichert und es von dort aus weiter verbessert.
Die Wissenschaftler setzten bei der Entwicklung der Software auf die herkömmlichen Sensoren, mit denen jedes Smartphone ausgestattet ist und benutzen neben der Kamera auch die vorhandenen Drehraten- und Beschleunigungssensoren. So konnten sie einen Scan-Prozess programmieren, der einfach und robust sowie intuitiv bedienbar ist. Sobald der 3D-Scan aktiviert ist, bestimmt das System aus den Bewegungen des Benutzers automatisch die richtigen Momente, in denen es die Bilder aufzeichnet.

3D-Modelle von Gesichtern erzeugen
Der mobile 3D-Scanner kann die absolute Grösse und die vertikale Ausrichtung eines Objekts ermitteln, was mit bisherigen 3D-Bildverfahren nicht möglich war. Dazu muss die App hunderttausende Bildpunkte rekonstruieren. Diese komplexen Berechnungen müssen jedoch so effizient ausgeführt werden, dass der Nutzer den aktuellen Stand des Scans unmittelbar auf dem Display sieht. Die ETH-Forschenden nutzen deshalb den Grafik-Co-Prozessor des Smartphones (GPU), um die Datenrekonstruktion zu beschleunigen.
Die Technologie erlaubt es auch, 3D-Modelle von Gesichtern zu erzeugen. Porträtbilder von Freunden und Familienangehörigen oder Profilbilder in sozialen Medien könnten so in Zukunft eine dritte Dimension erhalten. Anwendungen sehen die Wissenschaftler überall dort, wo Visualisierungen zum Einsatz kommen. Die 3D-Modelle lassen sich auch mit einem 3D-Printer ausdrucken.
Die App gibt es zurzeit nur als nicht öffentlich erhältliche Demoversion. Sie läuft auf fast allen gängigen Smartphones mit Android-Betriebssystem.

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