Mit Google Earth und Street View können Sofatouristen schon heute eine Stadt virtuell besuchen. Die dazu notwendigen Fotos und Filmaufnahmen werden extra zu diesem Zweck aufgenommen und zu 3D-Bildern verarbeitet.

Die Idee, anstelle aufwändig hergestellter Spezialaufnahmen die Millionen von Fotos, die auf öffentlichen Bilddatenbanken herumliegen, für die Herstellung von 3D-Bildern zu nutzen, ist nicht ganz neu. Forscher der Washington University stellten 2009 ein Programm vor, das für die 3D-Darstellung der Stadt Rom 150'000 öffentlich zugängliche Fotos der Online-Datenbank Flickr verwendete. Um ein 3D-Bild zu erstellen, rechneten 62 PCs gleichzeitig einen Tag lang.

Jetzt haben Marc Pollefeys, Professor am Institut für Visual Computing der ETH Zürich, und Jahn-Michael Frahm, Assistenzprofessor für Informatik der North Carolina University, in fünfjähriger Zusammenarbeit ein neues Programm entwickelt: Dieses benötigt lediglich einen mit vier Grafikkarten ausgerüsteten Heimcomputer, um innerhalb eines Tages aus Millionen Bildern das virtuelle 3D-Bild zu erstellen. Die Wissenschaftler bewiesen damit, dass ihr Programm nicht nur um einen Faktor 1000 schneller ist, sondern dabei auch noch mit Millionen von Fotos rechnen kann.

Verbessert auf mehreren Ebenen

Um diese hohe Rechenleistung bewältigen zu können, sortiert das Programm vorab möglichst viele Duplikate aus. Damit vermeidet es rechenintensive Doppelarbeiten. Die meisten Touristen knipsen fast identische Bilder von ihren Urlaubszielen. Das Programm ordnet ähnliche Fotos zu Gruppen und wählt typische Bilder von den Objekten aus. Mithilfe von Algorithmen sucht es Referenzpunkte, beispielsweise die Ecken des Petersdoms. Daraus ermittelt es anschliessend den Blickwinkel des Fotografen und seine Position relativ zum Objekt. Aus diesen Informationen wird dann das 3D-Bild berechnet.

Die neue Software rechnet schneller, da sie die Rechenleistung des Computers besser nutzt. Die Algorithmen werden vor allem durch die Grafikprozessoren berechnet, da diese viel schneller arbeiten als die Hauptprozessoren. Dieser Vorteil lässt sich jedoch nur nutzen, wenn ein Programm mit einfachen Algorithmen rechnet. Die Entwickler verbesserten und vereinfachten deshalb zusätzlich die vom Programm verwendeten Algorithmen.

Die Entwicklung wurde von Google und Microsoft genau beobachtet. Die Firmen sind vor allem am Fachwissen der am Projekt beteiligten Wissenschaftler interessiert. So wurde bereits ein am Projekt beteiligter Doktorand der Chapel Hill University von Google abgeworben. Er hatte ein Angebot erhalten, das er schlicht nicht ablehnen konnte, erzählte Marc Pollefeys schmunzelnd.

Interessante Anwendungen

Pollefeys ist überzeugt, dass das Programm vielfältig eingesetzt werden kann. Die Software könnte in bestehende Programme wie Google Earth integriert werden. Da die Rechenleistung eines einzigen Computers ausreicht, ist das Programm auch für private Nutzer interessant, um zum Beispiel das persönliche Fotoalbum mit Bildern aus Online-Datenbanken zu ergänzen. Ein Reisebericht könnte mit einem virtuellen Rundgang durch die beschriebenen Strassen und Gebäude ergänzt werden. Denkbar ist auch, dass sich Touristen in Zukunft mit diesen Modellen auf eine Städtereise vorbereiten, um Sehenswürdigkeiten in 3D zu bestaunen. Mit Hilfe des Programms könnten auch 3D-Bilder von einsturzgefährdeten, historischen Stätten wie Pompei erstellt werden.

Marc Pollefeys möchte das Programm noch weiterentwickeln. Insbesondere die Bildauswahl könnte noch verbessert werden. «Aus drei Millionen Fotos nicht nur die Vorder- und Rückseite von Notre-Dame zu generieren, sondern diejenigen Fotos herauszufiltern, mit denen die Seitenteile dargestellt werden können, ist eine grosse Herausforderung», sagt Pollefeys.

Literaturhinweis:

Frahm J.-M, Fite-Georgel P, Gallup D, Johnson T., Raguram R, Wu C, Jen Y.-H, Dunn E, Clipp B, Lazebnik S, Pollefeys. M. Building Rome on a Cloudless Day. Computer Vision – ECCV 2010; Vol. 6314, 368-381. doi:10.1007/978-3-642-15561-1_27