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Vom Spielzeug zum 3-D-Scanner

Infotech
Vom Spielzeug zum 3-D-Scanner

Eine neue Software macht aus Microsofts Bewegungssteuerung Kinect ein Gerät, das Objekte dreidimensional erfassen kann. Die Anwendungsmöglichkeiten sind groß.

Microsofts Kinect-Sensor, mit dem Spieler Xbox-360-Games mit ihren Körperbewegungen steuern können, wird von Bastlern wie Forschern seit Verkaufsstart im November 2010 für zahlreiche weitere Anwendungen verwendet. Das kostengünstige Modul dient zur Bilderkennung für Roboter, automatisiert Beleuchtungssysteme oder hilft gar Rollstuhlfahrern im Supermarkt [1].

Doch all das wirkt wie Kinderspielzeug, wenn man es mit dem Forschungsprojekt KinectFusion [2] vergleicht, das derzeit bei Microsoft Research in Großbritannien entwickelt wird. Mit der auf Kinect aufsetzenden Software soll es Nutzern möglich werden, qualitativ hochwertige 3-D-Modelle in Echtzeit zu generieren. Und das ist noch nicht alles: Eine integrierte Physik-Engine erlaubt es anschließend, eingescannte Objekte realistisch zu manipulieren.

Die Technik kann Objekte, Personen oder ganze Räume dreidimensional erfassen – und das zu einem unschlagbaren Preis. Die Möglichkeiten scheinen dabei grenzenlos: Vom lebensechten Avatar über Objekte, die sich in virtuelle Umgebungen und Spiele importieren lassen, ist alles denkbar.

"KinectFusion ist eine Plattform, die es uns erlauben wird, die Art, wie Computer die Welt sehen, neu zu denken", meint Projektleiter Shahram Izadi. "Wir haben bereits erste Anwendungsmöglichkeiten vorgeschlagen, erwarten aber, dass die Nutzer ganz neue Ideen entwickeln werden." 3-D-Scanner existierten zwar seit längerem auf dem Markt, doch keiner sei so einfach zu nutzen wie KinectFusion. Zudem kosteten selbst Heimversionen mindestens 3000 Dollar. Izadis Kollege Steve Hodges rechnet damit, dass es zu einer Demokratisierung der Technik kommen könnte. "Jeder kann künftig 3-D-Inhalte schaffen, man nimmt sich nur seinen Kinect-Sensor und scannt."

Noch sind die genauen Details, wie KinectFusion konkret funktioniert, allerdings nicht offengelegt. Erste Demonstrationen [3] sorgten in der Szene jedoch für Begeisterung. Genaueres will Microsoft Research im Oktober auf dem UIST Symposium [4] in Santa Barbara sowie auf der ISMAR 2011 [5] in Basel erläutern – zu beiden Fachtagungen sind Paper angekündigt.

Der Kinect-Sensor projiziert für den Menschen unsichtbare Laser-Punktmuster in einen Raum und nutzt dann eine eingebaute Infrarotkamera, um Verzerrungen in diesem Feld zu ermitteln. Die so entstehende Punktwolke mit Entfernungswerten zur Kamera setzt der Kinect-Algorithmus dann ein, um Objekte und Gesten in Echtzeit zu erkennen und zu identifizieren. "Structured light depth sensing" nennt sich diese Technik.

Ein KinectFusion-User bewegt den Kinect-Sensor um eine Szene oder ein Objekt. Ein Iterative Closest Point-Algorithmus (ICP) baut die Daten dieser Schnappschüsse mit 30 Einzelbildern pro Sekunde zu einer ständig detaillierter werdenden 3-D-Repräsentation zusammen. Die ICP-Technik wird außerdem verwendet, um Positionierung und Orientierung der Kamera zu überwachen, indem die neuen Einzelbilder ständig mit bereits gespeicherten verglichen werden. So entsteht die Gesamtdarstellung.

Besonders innovativ an KinectFusion ist die Tatsache, dass das alles mit einer modernen Standard-Grafikkarte funktioniert, die sowohl das Kameratracking als auch die Bildgenerierung übernimmt. Noch handelt es sich bei der Software allerdings um ein reines Forschungsprojekt. Weder hat Microsoft angekündigt, sie in Produkten zu verwenden, noch den Quellcode freigegeben.

Christian Holz vom Hasso-Plattner-Institut der Universität Potsdam, der zuvor bei Microsoft Research in Redmond gearbeitet hat, sieht dennoch erstaunliche Möglichkeiten der Technik. "Viel mehr Menschen werden damit 3-D-Inhalte generieren können." Neben der hohen Scanqualität sei auch die Kombination mit der Physik-Engine ein wichtiger Fortschritt. "Dafür gibt es zahllose Anwendungsmöglichkeiten."


URL dieses Artikels:
http://www.heise.de/-1353197

Links in diesem Artikel:
[1] https://www.heise.de/tr/artikel/Rollstuhl-mit-Kinect-Anschluss-1262882.html
[2] http://research.microsoft.com/en-us/projects/surfacerecon/
[3] http://www.youtube.com/watch?v=quGhaggn3cQ
[4] http://www.acm.org/uist/uist2011/
[5] http://www.ismar11.org/