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Turbolader fürs Computerkino





Saarbrücken
Turbolader fürs Computerkino
Von SZ-Redakteur Peter Bylda,  26. April 2013, 18:03 Uhr
Computeranimationen sind aus dem Kino nicht mehr wegzudenken, aber aufwändig und teuer. Ein Programm des Saarbrücker Max-Planck-Instituts für Informatik soll das ändern. Es ermöglicht 3-D-Animationen in Echtzeit und könnte außer im Film auch bei Sportübertragungen eingesetzt werden.
Saarbrücken. Fußballfans haben’s gut. Wer im Stadium den entscheidenden Moment im Strafraum verschläft und das Tor verpasst, dem bleibt wenigstens die Wiederholung auf der Videowand. Knapp 200 Quadratmeter sind Bundesliga-Maß, der größte Sportbildschirm weltweit hängt in einem US-Footballstadion und hat das Format eines Bauplatzes. Rund 1000 Quadratmeter misst der Monster-Monitor der Dallas Cowboys.

Von solchen Dimensionen können andere Sportarten nur träumen. Dabei ist bei vielen Disziplinen, die mehr verlangen, als ein vergleichsweise einfaches Sportgerät wie einen Ball durch eine vergleichsweise große Öffnung wie ein Tor zu treten, eine Videoanalyse oft besonders wichtig. Beim Golf, beim Fechten und vielen Leichtathletikdisziplinen entscheiden Bewegungsabläufe, die ein Zuschauer mit bloßem Auge kaum noch verfolgen kann, über Platz und Sieg.
Ein Computerprogramm des Saarbrücker Max-Planck-Instituts für Informatik (MPI) soll nun die Analyse solch komplexer Bewegungen erleichtern. Es könnte Sportübertragungen im Fernsehen eine Dramatik verleihen, die der Zuschauer auf dem Platz nicht wahrnehmen kann. Die Software verrechnet Bilder mehrerer Kameras zu einer dreidimensionalen Szene, die dann aus vielen Richtungen betrachtet werden kann. Der Abschlag beim Golf könnte aus jeder Perspektive gezeigt werden, so Professor Christian Theobalt, in dessen Arbeitsgruppe das Programm entstand. Wenn’s sein muss, auch aus dem Blickwinkel des Balls.

Kinofans kennen den Effekt – Fachausdruck „Bullet Time“ – aus Actionfilmen wie Matrix. Während der Held in einer Schlüsselszene dieses Science-fiction-Streifens dem Geschosshagel aus den Waffen seiner Gegner ausweicht, scheint eine virtuelle Filmkamera um ihn herumzufliegen. Für diesen Effekt wird eine Szene im Trickfilmstudio von Dutzenden Kameras aufgenommen, die kreisförmig um den Schauspieler angeordnet und perfekt synchronisiert sind. Wenn die Einzelaufnahmen später computergesteuert zu einer Bildfolge montiert werden, entsteht beim Abspielen der charakteristische Bewegungseffekt. Der technische Aufwand ist gewaltig – allein für die kurze Matrix-Szene waren 120 Kameras im Einsatz. Die MPI-Software erzielt diesen Effekt nun mit weniger Aufwand, einfacher, schneller und billiger, erklären Nils Hasler und Carsten Stoll, die das Programm am Max-Planck-Institut unter dem Arbeitstitel „The Captury“ entwickelt haben.

„The Captury“ besteht aus zwei Komponenten. Einem Programm zur Erfassung der Bewegungen eines Menschen („Motion capture“) und einem zweiten, das Körper und Kleidung analysiert. Ähnliche Software gibt es zwar bereits, räumen Nils Hasler und Carsten Stoll ein. Doch Captury bringt Tempo in die Technik. „Es ist 100-mal schneller als heutige Software.“ Der Turbolader der Filmanimation arbeitet im Prinzip in Echtzeit. „Wir haben weltweit noch keine vergleichbare Software gesehen“, so Christian Theobalt.

Nils Hasler hat das Motion-Capture-Verfahren entwickelt. Die Software vermisst vor dem Start einer Animation einen Menschen und entwickelt daraus ein digitales Skelett mit 19 Gelenken, das später Basis der Echtzeit-Rekonstruktion wird. Animationsprogramme sind heute aus dem Kino nicht mehr wegzudenken, in Videospielen sind sie unverzichtbar. Weil aber bisher kein Rechenverfahren natürlich wirkende Bewegungen eines Menschen zustande bringt, verwenden Trickfilmstudios Daten von Motion-Capture-Programmen, um einzelne Filmszenen mit speziellen Animationstechniken Bild für Bild am Computer zu erzeugen.

Das ist ein harter Job, denn jede Sekunde Film hat 25 Bilder. „Ein guter Animateur schafft bei komplizierten Projekten eine gute Sekunde Film pro Tag“, so Nils Hasler. Das Verfahren ist nicht nur für die Pixelkünstler, sondern auch für Schauspieler eine Pein. Sie müssen für die Aufnahmen in lästige Spezialanzüge mit Leuchtmarkern oder Lämpchen schlüpfen, damit spezielle Hochgeschwindigkeitskameras jede ihrer Bewegungen aufzeichnen können. „Dies alles brauchen wir jetzt nicht mehr“, so Nils Hasler. „Wir verwenden im Gegensatz zu Trickaufnahmen à la Hollywood auch nicht Dutzende Hochgeschwindigkeitskameras, sondern ganz wenige handelsübliche Filmkameras.“

Wenn das Captury-Programm einmal eine Person vermessen hat, erfasst es in Filmaufnahmen die Bewegungen dieses Menschen so schnell, dass sie in Echtzeit auf das digitale 3-D-Animationsskelett übertragen werden können. Dem digitalen Strichmännchen werden schließlich noch Haut und Kleidung übergezogen, so dass es der gefilmten Figur immer ähnlicher wird.

Diese Oberflächenrekonstruktion ist der zweite Teil der Captury-Software, den Carsten Stoll programmiert hat. Sie verlangt die höchste Rechenleistung und zwar umso mehr, je mehr Detailtreue gefordert wird. In digitalen Welten werden Trickfilmfiguren aus Dreiecken zusammengesetzt. „Eine Gestalt in Computerspielen besteht aus 5000 Dreiecken“, so Carsten Stoll. „Wir kommen derzeit auf das Zehnfache.“ Das gelingt dann allerdings nicht mehr in Echtzeit, drei bis vier Minuten sei ein üblicher PC mit der Rekonstruktion einer kurzen Filmsequenz beschäftigt. Allerdings – und auch das ist eine Neuerung – kommt das Captury-Programm dabei auch mit unruhigen Hintergründen klar und rastet auch nicht aus, wenn mehrere Menschen eine Szene bevölkern. „Das System erkennt Bewegungen auch dann noch, wenn Gegenstände einen Menschen verdecken. Das wird in Zukunft Trickaufnahmen außerhalb der Studios ermöglichen“, so Hasler und Stoll.

Und aus diesem Grund wird die Technik nun auch für Anwendungen außerhalb der Film- und Computerspiel-Branche interessant. Zum Beispiel im Sport. Captury ermöglicht bei einer Leichtathlektikübertragung zum Beispiel die Analyse eines Diskuswurfes oder könnte den Bewegungsablauf eines Hochspringers aus unterschiedlichen Perspektiven zeigen, so die Informatiker.

Nur Fußballenthusiasten haben jetzt leider Pech. An Mannschaftssportarten wollen sich die Entwickler noch nicht versuchen. „Da können einfach zu viele Spieler gleichzeitig im Bild sein“, so Hasler und Stoll. Fußballfans müssen sich deshalb vorerst auf ihren Riesenbildschirmen mit der guten alten Zeitlupe begnügen.

HINTERGRUND

Nils Hasler und Carsten Stoll, die Entwickler des Projekts „The Captury“, werden über die staatliche Förderinitiative Exist mit einer halben Million Euro gefördert. Im März haben sie bei der Computermesse Cebit einen der Hauptpreise des Wettbewerbs „IKT innovativ“ des Bundeswirtschaftsministeriums erhalten. Der Preis ist mit 30000 Euro dotiert.



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