Uni­ver­si­tät Bay­reuth: Die drei­di­men­sio­na­le Erfas­sung der Welt

Symbolbild Bildung

3D-Sen­so­rik als Tech­no­lo­gie der Zukunft

Mit ihren Kom­pe­ten­zen im Bereich der gra­phi­schen Daten­ver­ar­bei­tung ist die Uni­ver­si­tät Bay­reuth Part­ner im neu­en Baye­ri­schen For­schungs­ver­bund „For3D“.

Die rasan­ten Fort­schrit­te der ‚digi­ta­len Revo­lu­ti­on‘ haben dazu geführt, dass Com­pu­ter heu­te in der Lage sind, ihre Umwelt mit hoher Prä­zi­si­on drei­di­men­sio­nal zu erfas­sen. Dies geschieht mit 3D-Sen­so­ren, die den jewei­li­gen tech­ni­schen Anwen­dungs­zwecken ange­passt sind – ange­fan­gen von klei­nen Sen­so­ren für Smart­pho­nes und Spie­le­kon­so­len bis hin zu gro­ßen Luft­bild­sy­ste­men, wel­che die Struk­tu­ren von Gebäu­den oder Land­schaf­ten erken­nen kön­nen. Doch obgleich Com­pu­ter auf die­se Wei­se drei­di­men­sio­nal ‚sehen‘ kön­nen, ist ein wesent­li­ches Pro­blem bis­her unge­löst. Die Sen­so­ren erzeu­gen rie­si­ge Daten­men­gen, die schnell und umfas­send ver­ar­bei­tet wer­den müs­sen, damit auch der Mensch deut­lich vor Augen hat, was der Com­pu­ter ‚sieht‘. Die­ser Her­aus­for­de­rung wid­met sich der neue Baye­ri­sche For­schungs­ver­bund „For3D“, der von der Baye­ri­schen For­schungs­stif­tung mit ins­ge­samt 1,93 Mio. Euro geför­dert wird.

Auf dem Weg zu neu­en Ver­fah­ren der Daten­ver­ar­bei­tung und ‑kom­pres­si­on

Einer der For­schungs­part­ner ist Prof. Dr. Micha­el Gut­he, der an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth den Lehr­stuhl für Gra­fi­sche Daten­ver­ar­bei­tung inne­hat. Er wird im Rah­men des Ver­bunds neue Kon­zep­te und Ver­fah­ren ent­wickeln, damit die sen­so­ri­sche Daten­er­fas­sung mit einer schnel­len und effi­zi­en­ten Ana­ly­se der Daten ein­her­geht. Die­se Ana­ly­se bil­det ihrer­seits die Grund­la­ge für eine Über­set­zung der Daten in Bil­der, wie sie dann auf dem Bild­schirm, der Lein­wand oder der Vir­tu­al-Rea­li­ty-Bril­le sicht­bar wer­den. „Wir arbei­ten an einer Schnitt­stel­le, die es mög­lich macht, nahe­zu alle gän­gi­gen Ana­ly­se­ver­fah­ren zu gro­ßen Tei­len auf der Gra­fik­kar­te des Com­pu­ters aus­zu­füh­ren. Die Daten sol­len direkt wäh­rend der Erfas­sung ana­ly­siert wer­den. Zugleich wol­len wir Metho­den der Daten­kom­pres­si­on ent­wickeln, die den benö­tig­ten Spei­cher­platz erheb­lich ver­rin­gern hel­fen und ins­be­son­de­re für klei­ne mobi­le Rech­ner von gro­ßem Inter­es­se sind“, erklärt Prof. Guthe.

Neue Kom­pres­si­ons­me­tho­den sind vor allem des­halb erfor­der­lich, weil drei­di­men­sio­na­le Struk­tu­ren von den 3D-Sen­so­ren auf dem Weg der „Tri­an­gu­la­ti­on“ erfasst wer­den. Dies ist ein Ver­fah­ren, das vom Prin­zip her schon seit mehr als hun­dert Jah­ren in der Land­ver­mes­sung ange­wen­det wird. Hier­bei wer­den räum­li­che Ent­fer­nun­gen zwi­schen zwei Objek­ten dadurch erfasst, dass die Win­kel von Drei­ecken gemes­sen wer­den. Die Drei­ecke wer­den jeweils von den bei­den Objek­ten sowie durch einen wei­te­ren, räum­lich defi­nier­ten Bezugs­punkt gebil­det. Die­sem Ver­fah­ren ent­spre­chend, erzeu­gen die 3D-Sen­so­ren von Com­pu­tern eine Viel­zahl von Mess­punk­ten, aus denen dann Ober­flä­chen in Form soge­nann­ter „Drei­ecks­net­ze“ erzeugt wer­den. Auf­grund ihrer spe­zi­el­len Struk­tu­ren sind die Drei­ecks­net­ze sehr umfang­reich und for­dern viel Speicherplatz.

Mehr­jäh­ri­ge Erfah­run­gen mit der Dyna­mik von 3D-Landschaften

An der Uni­ver­si­tät Bay­reuth befasst sich Prof. Gut­he mit sei­nen Mit­ar­bei­tern schon seit meh­re­ren Jah­ren mit der Fra­ge, wie Drei­ecks­net­ze ohne Infor­ma­ti­ons­ver­lu­ste kom­pri­miert und in mög­lichst kur­zer Zeit im Rech­ner ver­ar­bei­tet wer­den kön­nen. So hat er in einem For­schungs­pro­jekt, das vom Bun­des­wirt­schafts­mi­ni­ste­ri­um geför­dert wur­de, gemein­sam mit einem nam­haf­ten Unter­neh­men der Com­pu­ter­spiel-Bran­che eine „Land­schafts­en­gi­ne“ ent­wickelt. Mit die­ser Soft­ware kön­nen am Bild­schirm mas­si­ve vir­tu­el­le Ein­grif­fe in das Gesicht einer Land­schaft vor­ge­nom­men wer­den: Gan­ze Ber­ge las­sen sich abtra­gen, Seen und Buch­ten mit Erd­reich auf­fül­len. Auf die­se Wei­se macht es die neue Land­schafts­en­gi­ne mög­lich, Natur­ka­ta­stro­phen wie Erd­be­ben oder Über­schwem­mun­gen am Rech­ner zu simu­lie­ren und deren Fol­gen zu berech­nen. Das Know-how, das aus die­sem Pro­jekt her­vor­ge­gan­gen ist, wird in den neu­en For­schungs­ver­bund „For3D“ einfließen.

Wirt­schaft­li­che Poten­zia­le: Neue Anwen­dungs­fel­der für 3D-Sensoren

In dem neu­en Ver­bund wird der Lehr­stuhl für Gra­phi­sche Daten­ver­ar­bei­tung mit Part­nern an der Uni­ver­si­tät Erlan­gen-Nürn­berg und der TU Mün­chen, aber auch mit dem Fraun­ho­fer-Insti­tut für Inte­grier­te Schal­tun­gen IIS sowie dem Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum-fahrt DLR koope­rie­ren. Gemein­sam wol­len die­se Ein­rich­tun­gen neue Anwen­dun­gen für 3D-Sen­so­ren erschlie­ßen – bei­spiels­wei­se für die Film‑, Fern­seh- und Com­pu­ter­spiel­bran­che, für den Ein­satz in Quad­co­p­tern und Flug­zeu­gen oder auch für die Digi­ta­li­sie­rung von Kunst­schät­zen und histo­ri­schen Gebäu­den. „Wenn es uns mit­hil­fe inno­va­ti­ver Ver­fah­ren gelingt, die von 3D-Sen­so­ren erzeug­ten Daten­men­gen mög­lichst rasch visu­ell auf­zu­be­rei­ten, erge­ben sich dar­aus auch neue span­nen­de Geschäfts­fel­der in der Com­pu­ter- und Soft­ware­indu­strie. 3D-Sen­so­rik ist eine Tech­no­lo­gie mit einem gro­ßen wirt­schaft­li­chen Poten­zi­al“, meint Prof. Guthe.

Daher beton­te auch die Baye­ri­sche Wirt­schafts­mi­ni­ste­rin Ilse Aigner, als sie in der vori­gen Woche in Fürth den För­der­be­scheid der Baye­ri­schen For­schungs­stif­tung an die Pro­jekt­part­ner über­gab: „Von dem För­der­instru­ment der baye­ri­schen For­schungs­stif­tung pro­fi­tie­ren zahl­rei­che Unter­neh­men, die für sich eine Tech­no­lo­gie­füh­rer­schaft bean­spru­chen. Das gilt beson­ders für klei­ne und mitt­le­re Betrie­be, aber auch für unse­re gro­ßen baye­ri­schen Fir­men. Mit der För­de­rung von Ver­bün­den erhal­ten Unter­neh­men fri­sches Wis­sen aus For­schungs­ein­rich­tun­gen und kön­nen es in Inno­va­tio­nen umsetzen.“

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