Cebit 2012: 3-D-Animationen für jedermann

Solche 3-D-Charaktere werden von Spezialisten in zeitraubender Handarbeit geschaffen. Saarbrücker Informatiker am Max-Planck-Institut für Informatik haben nun zwei Computerprogramme entwickelt, die dies nahezu selbständig in wenigen Sekunden schaffen und somit auch von unerfahrenen Anwendern bedient werden können. Ihre einzigartige Software präsentieren die Forscher erstmals am saarländischen Forschungsstand F34 in Halle 26 auf der Cebit. Die Computermesse findet vom 6. bis 10. März in Hannover statt.

Im 3-D-Kinofilm „Toy Story“ sorgt die Astronaut-Figur „Space Ranger Buzz Lightyear“ für Lacher, in „Transformers“ lassen Autos und Laster die Zuschauer staunen, indem sie sich in Roboter verwandeln und sich dann so agil wie ein Sportboxer durch die Gegend prügeln. Solche spektakulären Bewegungen auf der Leinwand sind das Ergebnis von Handarbeit, für die Computerspezialisten in der Traumfabrik trotz hohem Hardwareaufwand sehr viel Zeit investieren.

Zuerst muss eine statische, dreidimensionale Repräsentation der jeweiligen Figur erstellt werden, die durch das „Rigging“ ihre Bewegung erhält. Dazu wird die gewünschte Bewegung auf einem Bewegungsskelett definiert und dieses Skelett dann Gliedmaßen um Gliedmaßen auf die entsprechende Komponente der Figur übertragen.

Die Wissenschaftler am Max-Plack-Institut für Informatik haben nun zwei Ansätze entwickelt, die diese beiden Schritte nicht nur erheblich verkürzen, sondern auch vereinfachen. Sie sind damit weltweit die Ersten. „Nie war es einfacher seinen eigenen 3-D-Chararakter zu entwerfen und zu animieren“, erklärt Thorsten Thormählen. Der Leiter der Forschungsgruppe „Bildbasierte 3-D-Szenenanalyse“ denkt dabei an ambitionierte Hobby-Filmer oder Computerspieler.

Thormählens Software baut auf Datenbanken wie Dosch Design, Turbosquid oder Google 3D Warehouse auf, die über das Internet kostenlos oder gegen eine geringe Gebühr die Datensätze zur Verfügung stellen. Damit kann man eine Figur oder einen Gegenstand für eine weitere Verarbeitung am Computer räumlich definieren. Auf diese Weise müssen Anwender das essentielle 3-D-Modell nicht mehr mühsam selber erstellen, können es aber damit noch nicht nach eigenen Vorstellungen erweitern.

Hier setzt das erste der beiden neuartigen Rechenverfahren an. Es zerlegt die in der Datenbank vorhandenen 3-D-Modelle auf geschickte Weise in Komponenten und merkt sich, wie diese miteinander verbunden sind. Aus den so aufbereiteten 3-D-Modellen kann sich dann der Anwender zwei 3D-Modelle auswählen, um diese zu einem neuen, bisher nicht existierenden Modell zu kombinieren. So kann ein Hobby-Entwickler sich beispielsweise aus zwei Robotern A und B den eigenen Super-Roboter für sein Computerspiel zusammenstellen.

Ob dazu mehr Komponenten von A oder B verwendet werden sollen, bestimmt der Anwender in Echtzeit, indem er einen Schieberegler zwischen den ausgewählten Modellen hin- und herbewegt, und sich das dadurch entstehende 3-D-Modell anschaut. Dass dabei lediglich zueinander passende Komponenten – zum Beispiel Arme von A durch Arme von B – ausgetauscht werden und auch keine abstrusen Kombinationen entstehen, stellt das Programm anhand der Zerlegung und offensichtlichen Symmetrien sicher. „Das funktioniert auch, wenn man aus der Kombination eines Motorboots und eines Flugzeugs mal schnell das 3D-Modell für ein neues James-Bond-Vehikel schaffen will“, erklärt Thormählen.

Das neu entstandene Modell kann dann mit einem ähnlich funktionierenden Algorithmus zum Leben erweckt werden. Die nötigen Zutaten sind dazu ein Zielskelett, das die gewünschte Bewegungsabfolge ausführt. Auch so etwas ist bereits im Internet frei verfügbar, beispielsweise über die Mocap Datenbank, betrieben und gepflegt von der US-amerikanischen Carnegie Mellon Universität. Die von Thormählens Forschergruppe entwickelte Software bildet dieses Skelett samt seiner Bewegung auf das neue 3-D-Modell ab.

Dies geschieht über ein ausgeklügeltes Rechenverfahren, dass anhand der Komponenten des neuen 3-D-Modells in diesem ein weitgehend ähnliches Skelett samt zugehörigen Gelenken erkennt. Über dieses wird dann der gewünschte Bewegungsablauf auf die eigene Figur übertragen. So ist es innerhalb von wenigen Sekunden möglich, dass sich die klobige Astronaut-Figur von Toy-Story-Star „Buzz Lightyear“ wie die Kung-Fu-Ikone Bruce Lee über den Bildschirm und später über die Leinwand bewegt.

Weitere Informationen:
A. Jain, T. Thormählen, T. Ritschel, H.-P. Seidel: „Exploring Shape Variations by 3D-Model Decomposition and Part-based Recombination“ Comput. Graph. Forum, Volume 31, Issue 2, Proceedings of Eurographics 2012 (accepted) Cagliari, Italy, 13-18 May 2012

G. Bharaj, T. Thormählen, H.P. Seidel, C. Theobalt: „Automatically Rigging Multi-component Characters“ Comput. Graph. Forum, Volume 31, Issue 2, Proceedings of Eurographics 2012 (accepted), Cagliari, Italy, 13-18 May 2012

Präsentationsvideos:

• http://www.mpi-inf.mpg.de/~thormae/paper/EG12_Xvid.avi
• http://www.mpi-inf.mpg.de/~thormae/paper/EG12_2_Xvid.avi
Pressefotos: www.uni-saarland.de/pressefotos
Weitere Fragen beantworten:
Thorsten Thormählen
Max-Planck-Institut für Informatik
E-Mail: thormae@mpi-inf.mpg.de
Tel.: 0681 9325 417
Gordon Bolduan

Wissenschaftskommunikation
Exzellenzcluster „Multimodal Computing and Interaction“

Tel: 0681 302-70741 / Cebit-Stand 0511 89597046
E-Mail: bolduan@mmci.uni-saarland.de