Smartphone wird zum 3D-Scanner

3D-Scanning erm?glicht es, einen Gegenstand realit?tsgetreu abzubilden und Daten ¨¹ber dessen Form und Erscheinung zu erfassen. Bisherige Verfahren sind meist sehr aufwendig, ben?tigen viel Hardware und eine hohe Rechenleistung, weshalb sie sich nicht f¨¹r spontane Aufnahmen eignen. Wissenschaftler um Marc Pollefeys, Professor am Institut f¨¹r Visual Computing der ETH Z¨¹rich, haben nun eine effiziente Software entwickelt, die sie f¨¹r Smartphones optimiert haben. Das dreidimensionales Scannen ist f¨¹r den Benutzer damit fast so einfach macht wie das Fotografieren. Die Wissenschaftler haben die Demoversion der App gestern an der externe Seite International Conference on Computer Vision in Sydney erstmals der ?ffentlichkeit vorgestellt.

Mehr Interaktion dank Echtzeit-Feedback

?hnlich wie beim Fotografieren richtet der Benutzer die Kamera seines Smartphones auf ein beliebiges Objekt. Anstatt auf den Ausl?ser zu tippen, bewegt er das Ger?t ¨¹ber 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 ¨¹ber dieses hinweg bewegt, werden automatisch zus?tzliche Bilder aufgenommen, die das 3D-Modell kontinuierlich verbessern.

Auf dem Smartphone-Display kann der Benutzer jederzeit ¨¹berpr¨¹fen, ob Bildausschnitte fehlen oder ungen¨¹gend sind und das Objekt aus zus?tzlichen Blickwinkeln scannen. Dieses Echtzeit-Feedback ist nur m?glich, weil die App die dreidimensionale Darstellung direkt auf dem Smartphone berechnet. ?Das ist ein riesiger Vorteil gegen¨¹ber bisherigen L?sungen, welche die verschiedenen Bilder erst in der Cloud verarbeiten m¨¹ssen, und das 3D-Modell erst einige Zeit nach der Aufnahme anzeigen k?nnen.?, erkl?rt Marc Pollefeys. F¨¹r den Informatikprofessor sind die bisherigen Methoden mit der analogen Fotografie vergleichbar. ?Bevor digitale Kameras entwickelt wurden, sah man das Resultat auch erst dann, wenn man das Foto entwickelt hatte.?

Effiziente Berechnungen f¨¹r kleine Ger?te

Weitere Vorteile einer mobilen Anwendung liegen auf der Hand: 3D-Scans k?nnen mit dem Smartphone nicht nur ¨¹berall und jederzeit gemacht werden. Mit den kleinen Ger?ten kann man Objekte auch einfach von verschiedenen Standpunkten aus abbilden. Die ETH-Technologie funktioniert selbst bei schlechten Lichtverh?ltnissen, wie beispielsweise in Museen oder Kirchen. So k?nnte k¨¹nftig eine Besucherin im Museum eine Skulptur einscannen und sie sp?ter zu Hause detailliert betrachten und bearbeiten. Denkbar w?re 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 herk?mmlichen 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. ?Noch vor zwei Jahren h?tte man eine solche Software nur auf grossen Computern laufen lassen k?nnen. Dass dies auf einem Smartphone funktioniert, w?re undenkbar gewesen?, sagt Marc Pollefeys.

3D-Modelle von Gesichtern erzeugen

Der mobile 3D-Scanner kann die absolute Gr?sse und die vertikale Ausrichtung eines Objekts ermitteln, was mit bisherigen 3D-Bildverfahren nicht m?glich war. Dazu muss die App hunderttausende Bildpunkte rekonstruieren. Diese komplexen Berechnungen m¨¹ssen jedoch so effizient ausgef¨¹hrt werden, dass der Nutzer den aktuellen Stand des Scans unmittelbar auf dem Display sieht. Die ETH-Forschenden nutzten deshalb den Grafik-Co-Prozessor des Smartphones (GPU), um die Datenrekonstruktion zu beschleunigen.

Die Technologie erlaubt es auch, 3D-Modelle von Gesichtern zu erzeugen. Portr?tbilder von Freunden und Familienangeh?rigen oder Profilbilder in sozialen Medien k?nnten so in Zukunft eine dritte Dimension erhalten. Anwendungen sehen die Wissenschaftler ¨¹berall dort, wo Visualisierungen zum Einsatz kommen. Die 3D-Modelle k?nnen auch mit einem 3D-Printer ausgedruckt werden.

Die App gibt es zurzeit erst als Demoversion, l?uft aber auf fast allen g?ngigen Smartphones mit Android Betriebssystem.

Erg?nzung vom 24.04.2014: Die Wissenschaftler arbeiten daran, die App m?glichst schnell auf den Markt zu bringen. Wenn Sie ¨¹ber die Fortschritte bei der App-Entwicklung informiert werden m?chten, k?nnen Sie sich online registrieren.

Erg?nzung vom 02.02.2015: Marc Pollefeys erhielt im Februar 2015 einen mit 150¡®000 Euro dotierten ERC-Proof-of-Concept-Grant. Mit diesem Grant k?nnen Wissenschaftler innerhalb eines Jahres pr¨¹fen, ob sich ein Produkt oder eine Entwicklung kommerziell vermarkten l?sst. Pollefeys und sein Team nutzen diesen F?rderbeitrag, um die Entwicklung einer ?ffentlich zug?nglichen 3D-Scanner-App weiter voranzutreiben. Wenn das Projekt erfolgreich ist, k?nnte die App bereits ab Herbst 2015 zum Download bereitstehen. Wenn Sie ¨¹ber die Fortschritte bei der App-Entwicklung informiert werden m?chten, k?nnen Sie sich online registrieren: cvg.ethz.ch/mobile/contact.php