Avatare für den virtuellen Zoo

Alleine anhand einiger Fotos erzeugt eine neue Software realistische Avatare von Tieren, die sich wie die natürlichen Vorbilder bewegen können

Filmemachern und den Entwicklern von Computerspielen bietet sich künftig eine neue Möglichkeit, Tiere zu animieren. Ein Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Tübingen hat eine Software entwickelt, die alleine anhand von Fotografien lebensechte 3D-Modelle von fast allen Vierfüßern erzeugt. Diese Avatare können die Bewegungen der natürlichen Vorbilder realistisch nachahmen. Die einfache Methode, Tiere im Computer zum Leben zu erwecken, ist nicht nur für die Unterhaltungsindustrie interessant. Sie könnte Biologen auch beim Artenschutz zu Gute kommen.

Aus Fotos von Tieren (untere Reihe) erzeugt die Technik der Tübinger Forscher 3D-Modelle (obere Reihe), die verschiedene Haltungen wiedergeben können und deren Oberfläche jeweils entsprechend der originalen Körperbedeckung gestaltet wird (mittlere zwei Reihen).

Die virtuelle Welt mit Tieren zu bevölkern, war bislang viel Handarbeit. Zwar gibt es Scanning-Techniken, die anhand von Fotos realistische Avatare von Menschen erzeugen, aber bislang lassen sich die Gestalten von Tieren nicht auf ähnliche Weise erfassen. „Wir können einen Tiger nicht ins Labor bringen, um ihn zu scannen, und wir können die teuren Scanner auch nicht in der Natur aufbauen, sagt Michael Black, Direktor am Tübinger Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme. So liefern die bislang existierenden Computerprogramme, die anhand von Videos oder Fotos dreidimensionale Modelle erstellen, keine lebensechten Avatare, die nicht nur aussehen wie das Original, sondern sich auch so bewegen.

Eine Technik, die mit überschaubarem Aufwand Avatare von Tieren einschließlich ihres Fells oder ihrer Haut erschafft, stellt nun ein Team von Max-Planck-Forschern und Wissenschaftlern des CNR-Instituts für angewandte Mathematik und Informationstechnik (IMATI) in Mailand sowie der Universität von Kalifornien in Berkeley vor. „Letztlich geht es bei der 3D-Erfassung von Tieren darum, eine Struktur aus den Abbildungen von sich bewegenden Objekten, die von verschiedenen unbekannten und sich selbst bewegenden Kameras eingefangen werden, zu rekonstruieren“, erklärt Silvia Zuffi, die seitens des IMATI maßgeblich an der Arbeit beteiligt war.

Start mit einem bereits existierenden Tiermodell

Die neue Methode benötigt nur ein paar Fotos eines Tieres in verschiedenen Ansichten, um ein realistisches Modell zu berechnen, das sich natürlich animieren lässt. „Wenn man diese Methode für die 3D-Modellierung von Haustieren einsetzt, kann man ein Vermögen verdienen“, sagt Michael Black.

Die Bilder, auf denen die Modelle basieren, können dabei anders als bei anderen Herangehensweisen auch von unterschiedlichen Kameras stammen. Das Computerprogramm liefert so überzeugende Ergebnisse, weil es nicht bei Null anfängt, wenn es ein Modell erstellt. „Entscheidend ist, dass wir mit groben 3D-Modellen starten, mit denen wir bereits viele Tiere wiedergeben können“, sagt Michael Black. „Diese werden dann auf die Fotos angepasst.“ Die Ausgangsmodelle sind unter anderem auf Hunde, Katzen und Pferde spezialisiert. „Unser Algorithmus erzeugt aber auch realistische Modelle für Tiere, für die es kein solches Modell gibt, zum Beispiel Bären oder Nashörner“, sagt Silvia Zuffi. Die Forscher rekonstruierten sogar den tasmanischen Tiger, der seit den 1930er-Jahren ausgestorben ist und von dem es nur ein paar Filmaufnahmen mäßiger Qualität aus dieser Zeit gibt.

Doch auch die neue Methode kann noch nicht von allen Vierfüßern realistische virtuelle Exemplare erschaffen. Beim Elefanten kann die Technik den Rüssel nicht wiedergeben, weil sie nur die beweglichen Körperteile widergibt, die bereits die Ausgangsmodelle erfasst. Ähnliches gilt für die Giraffe: Der Algorithmus erzeugt zwar ein Modell mit der Gestalt einer Giraffe, die kann dann aber ihren Hals nicht realistisch bewegen, weil die Hälse der Ausgangsmodelle dafür zu unflexibel sind.

Virtuelle Hilfe für bedrohte Tiere in der Wildnis

Diese Einschränkungen möchten die Forscher nun beseitigen. Und sie möchten das letzte Bisschen Handarbeit in ihrer Methode überflüssig machen, damit die Methode vollautomatisch auf beliebig viele Aufnahmen angewendet werden kann.

Wenn es einfacher wird, realistisch animierte Tiere in der virtuellen Realität auszuwildern, würde nicht nur die Arbeit von Spieleentwicklern und Filmemachern mit tierischen Protagonisten einfacher. Eine vollautomatisierte 3D-Erfassung von Tieren könnte auch dem Artenschutz dienen. Denn die 3D-Modellierung könnte auf Aufnahmen von Kamerafallen in der Wildnis nicht nur automatisch die abgelichteten Tiere identifizieren, sondern auch feststellen, ob sich deren Gestalt, also etwa ihr Gewicht, verändert hat. Artenschützer erhielten so schnelle und zuverlässige Aussagen, ob es bedrohten Tieren gut geht.

PH

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