Die Kunst der Verformung

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Die Kunst der Verformung

Mit einer einfachen Kamera und ausgeklügelten Berechnungen kann die Verbiegung eines Segels rekonstruiert werden. Die Algorithmen eröffnen neue Perspektiven auch für die so genannte erweiterte Realität.

Im Juli 2011 fliegt ein junger Forscher der ETH Lausanne (EPFL) nach Malta. Konstantin Startchev trifft sich dort mit dem Schweizer Seefahrer Bernard Stamm, der sein neues Boot auf die nächste VendéeGlobeRegatta vorbereitet. Ein Ziel dieser Reise ist es, sicherzustellen, dass die auf dem Schiff installierten Kameras, die die Modellierung der Segel unterstützen, bereit sind. Nach der Alinghi und der Hydroptère ist dies ein weiteres Schiffsprojekt der EPFL. «Mit unserer Technik kann die Ver formung der Segel bei der Fahrt gemessen werden», erklärt Pascal Fua, Direktor von Computer Vision Laboratory. «Unser Traum ist es, dem Skipper mit diesen Informationen zu helfen, die perfekte Form für den optitechnologie malen Abfluss der Luft zu finden und so eine maximale Fahrtleistung zu erreichen.»


Die Verformung einer Fläche mit Hilfe einer einfachen Kamera nachzuvollziehen ist schwierig, weil dabei ein dreidimensionales Bild aus der zweidimensionalen Projektion konstruiert werden muss. Die Algorithmen von Pascal Fua leiten aus den Verzerrungen der auf einer Oberfläche vorhandenen Motive die Verformung der Fläche ab. Mit dieser Methode erübrigt sich das Anbringen elektronischer Sensoren auf der Fläche.


Vom Flugzeug zur Chirurgie


Was zu Beginn wie reine Grundlagenforschung aussah, hat inzwischen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten gefunden. «Wir haben ein System entwickelt, mit dem wir die Verbiegung des Flügels eines auf steigenden Segelflugzeugs messen können. Das dürfte die Luftfahrtindustrie interessieren. Denkbar ist für uns auch der Einsatz in der endoskopischen Chirurgie, wobei die über den Kanal eingeführte Kamera die Verformung des Gewebes bei der Berührung besser visualisieren könnte. So liessen sich Daten zum Zustand des Gewebes gewinnen und zur Verbesserung virtueller Simulationen für die Ausbildung von Chirurgen einsetzen.» Auch Modeschöpfer könnten durch die Messung der Verformung von Kleidungsstücken von dieser Technik profitieren.


Besonders vielversprechend ist der Einsatz für die sogenannte erweiterte Realität, bei der virtuelle Informationen mit einem wirklichen, von einer Kamera aufgenommenen Bild verknüpft werden. Pascal Fua demonstriert dies auf dem Bildschirm anhand eines TShirts, auf das er die Zeichnung eines Fabelwesens projiziert. Das ist eine Marktlücke, die einer seiner früheren Studenten nutzt, dessen Startup PixLive vertreibt, eine Anwendung zum Einsatz der erweiterten Realität auf Smartphones.


Ein weiteres Jungunternehmen, Pix4D, erstellt ausgehend von Fotografien, die durch Drohnen aufgenommen werden, 3DPläne von Städten oder Industrieanlagen. «Ein konkurrierender Ansatz wird mit der KinectSensorleiste für die Xbox verfolgt», sagt Pascal Fua. «Die Strategie ist elegant: Kinect projiziert mit Infrarot ein unsichtbares Motiv auf den Anwender und leitet aus den Verzerrungen den Oberflächenverlauf ab. Unsere Algorithmen lassen sich mit Kinect anwenden, die Methode eignet sich jedoch nicht für den Einsatz im Freien, da das Infrarot vom Sonnenlicht überdeckt wird.» Für den Forscher
berührt das Modellieren von Verformungen ein grundlegendes wissenschaftliches Rätsel: «Unser Gehirn leistet diese Modellierung in einem Sekundenbruchteil,
sogar wenn wir ein Auge schliessen. Ich würde gern verstehen, wie es das schafft.»

 

Daniel Saraga

Dieser Artikel ist im Schweizer Forschungsmagazin "Horizonte" Nr. 91 erschienen, das vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) herausgegeben wird. Sie können das Magazin gratis abonnieren.

CW

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