Interaktive 3D-Anwendungen kennen wir eher von einfachen Handyspielen und aus TV-Berichten. Eigene Erfahrungen im Zusammenhang mit komplexen Internetanwendungen haben die meisten diesbezüglich aber kaum. Grund dafür ist das bislang immense Datenvolumen, das 3D-Modelle benötigen. Im Rahmen seiner Dissertation am Fraunhofer IGD hat Max Limper eine Lösung entwickelt, die eine hocheffiziente Komprimierung dieser Daten ermöglicht. So ist eine Software entstanden, die der Forscher nun im Rahmen seines StartUps lizensiert. Werden wir also bald in eine neue Dimension des Internets eintauchen können?

Das Internet ist bunt, allwissend und allgegenwärtig. Es bestimmt sowohl unsere Vorstellungen von der Welt – aufgrund der Informationsflut und der Social-Media-Kanäle, als auch den Umgang mit Alltagssituationen, wie Fernsehen und Onlineshopping, maßgeblich mit. In vielerlei Hinsicht bietet das Internet eine Menge Vorteile, doch es gibt auch ein Manko: es ist »nur« zweidimensional. Weder das Wissen über den Einbau eines Ersatzteils, noch virtuelle Rundgänge oder die Ansicht begehrter Schnäppchen beim Online-Händler der Wahl gehen – im wahrsten Sinne des Wortes – in die Tiefe. Dabei würde eine Rundumansicht beim Onlineshopping die Kaufentscheidung mit Sicherheit erleichtern und die Zahl der Retouren deutlich reduzieren. Für Spielanbieter oder Kulturveranstalter wären zudem »Live«-Anwendungen, etwa zur Augmented Reality auf Smartphones, ein wichtiger Sprung.

Die Ursache für die erzwungene »Plattheit« mancher Seiten, die wir in unseren Browsern aufrufen, ist die hohe Datenmenge, die eine dreidimensionale Darstellung bislang benötigt hat. Und genau an dieser Stelle setzt Dr. Max Limper an. Er hat eine Möglichkeit gefunden, wie die Datenmenge von 3D-Scans für Internetanwendungen automatisch reduziert werden kann. Sozusagen auf Knopfdruck. Sechs Jahre hat er dafür im Rahmen seiner Dissertation zur »Automatic Optimization of 3D Mesh Data for Real-Time Online Presentatio n« am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt geforscht. Im Sommer vergangenen Jahres hat er das StartUp Darmstadt Graphics Group (DGG) ins Leben gerufen und seine vollautomatisierte Verarbeitungspipeline zur Optimierung von 3D-Daten weiterentwickelt. Im Februar wurde ihm der Hugo-Geiger-Preis für herausragende Promotionsleistungen verliehen. Im Moment ist er – wie auch weitere Forscher aus dem Fraunhofer IGD – daran beteiligt, nach der Entwicklung des Datenstandards SRC und dem Streamingverfahren POP Buffers das kommende Standard-Online-Dateiformat »gITF 2.0« zu etablieren. Dies ist ein erweiterbares, laufzeitneutrales, offenes Standardformat zur Übertragung von 3D-Modellen, das Fachleute als eine Art »JPEG für die dritte Dimension« bezeichnen.

Für seine Leistung wurde Dr. Max Limper mit dem Hugo-Geiger-Preis ausgezeichnet. Bild: Marc Müller | Fraunhofer

Komprimierung des Datenvolumens komplexer Strukturen

»Während ein Fachmann heute für die internettaugliche Verkleinerung des Datenvolumens eines 3D-Scans 30 Minuten braucht, benötigt unsere Software nur noch rund eine halbe Minute«, sagt Limper. Vor allem aber erreicht die Software eine deutliche Datenverringerung: »3D-Scans werden um den Faktor 100 verkleinert. Aus einer 500 MB Datei machen wir eine 5 MB Datei«, betont der Jungforscher. Das Prinzip, mit der die Limper-Methode arbeitet, lässt sich letztlich durch die Reduktion der Scan-Daten auf das Wesentliche beschreiben. Möglich wird das unter anderem, weil Limper auf die bereits bewährte Vorgehensweise bei 2D-Bilddateien zurückgreift und die Daten per Software vollautomatisch verkleinert. Dafür wird bei Bildern aus jeweils vier Punkten der Durchschnittswert errechnet, um dann einen einzigen (neuen) Bildpunkt zu setzen. 3D-Scans bestehen aber natürlich nicht aus Punkten, sondern aus Flächen. Durch diese Polygone (meist sind es Dreiecke) wird eine dreidimensionale Oberfläche definiert. So entsteht eine vergröberte, dreidimensionale Nachbildung des realen Modells. Diese Struktur ist allerdings meist so vielschichtig, dass eine Vergröberung durch die Reduktion der Daten bislang kaum automatisiert möglich war. Die Konsequenz: 3D-Scans mit reduziertem Datenvolumen waren eine Art Luxusgut, das erst umständlich und mit hohem Zeitaufwand erarbeitet werden musste. 3D-Darstellungen sind deshalb gerade im Consumer-Bereich bislang nur wenig zu finden.

2D-Segmente für die Texturierung

Um eine Automatisierung trotzdem möglich zu machen, identifiziert Limper (beziehungsweise seine Software) die einzelnen Flächen und versucht diejenigen, die sich auch in 2D abwickeln lassen würden, in Segmente zusammenzufassen. Diese Segmente werden nun zur Grundlage für die spätere Texturierung. »Wir gruppieren die einzelnen Segmente in einem gemeinsamen 2D-Raum, dem so genannten »Texturatlas« und erstellen dann ein Texturbild, dass man sich wie eine zweidimensionalen Fleckentapete vorstellen kann«, sagt der Forscher und StartUp-Gründer. Diese »Tapete« werde dann verwendet, um sie auf die 3D-Oberfläche zu legen. Letztlich würden die vorhandenen Pixel des 2D-Bildes also genutzt, um eine detailreichere Darstellung von Farben und Oberflächen zu erhalten.

Die Software fasst einzelne Flächen in Segmente zusammen. Bild: DGG

Damit hat der junge Forscher nicht nur eine bedeutende und anwendungsnahe Basis für weitere Entwicklungen am Fraunhofer IGD geschaffen, sondern auch die Grundlage für sein StartUp: Denn Limper und sein Team haben aus dieser Methode und der daraus resultierenden ursprünglichen Software nun eine markttaugliche Softwarelösung entwickelt: »RapidCompact« wird jetzt vermarktet. »Die Verkleinerung wird nun extrem einfach. Der Kunde kann eine eigentlich sehr umfangreiche 3D-Datei in komprimierter Form direkt in seine Homepage einbinden«, erklärt Limper. So werden 3D-Präsentationen oder auch Anwendungen der virtuellen Realität (VR) beziehungsweise der erweiterten Realität (Augmented Reality AR) mit einfachen Mitteln auch für das Internet realisierbar.

(hen)

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Dr. Max Limper
  • arbeitete vormals am Fraunhofer IGD, ist jetzt jedoch nicht mehr an diesem Institut tätig.
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