Innovation für viele
Hochwertig und einfach: Forschende entwickeln neue Methoden für 3D-Visualisierungen
Startschuss für Just Scan It 3D: Das Projektteam um Erik Freier (Mitte, Bergische Universität) bekam den Zuwendungsbescheid persönlich von Staatssekretärin Silke Krebs (li., Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen) überreicht. // Foto MWIKE NRW
Smartphone zücken, die neue Küche fotografieren und nach kurzer Zeit den im ganzen Land verstreuten Freundeskreis zur virtuellen Besichtigungstour einladen – die Bereiche, in denen die dahintersteckende Technologie Anwendung finden kann, sind vielfältig. Der Nutzen, das soll auch das nun gestartete Forschungsprojekt „Just Scan It 3D“ zeigen, geht weit über das private Vergnügen hinaus.
Gemeinsam mit dem Bildungsdienstleister schnaq, dem Versicherungsdienstleister Control Expert und dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum arbeiten Wissenschaftler*innen der Bergischen Universität an Lösungen, um virtuelle Welten qualitativ hochwertig und möglichst einfach selbst zu erschaffen.
Rückmeldung in wenigen Sekunden
Das Interesse an 3D-Visualisierungen – sei es beim Gaming oder für die Schulung von Mitarbeitenden – ist in den vergangenen Jahren enorm gestiegen. Bisherige Methoden zur Erstellung basieren auf teurem und technisch anspruchsvollem Equipment. Zudem nimmt die Nachbearbeitung der damit produzierten Daten häufig viel Zeit und Computerleistung in Anspruch. Trotz bereits beeindruckender Ergebnisse hängt das fertige 3D-Modell stark von der Anzahl und Qualität der Originalbilder ab. Ziel des Projektkonsortiums ist es daher, die Verfahren zur Bilderzeugung mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) zu beschleunigen und zu vereinfachen. Außerdem wird es darum gehen, den Detailgrad und die Genauigkeit der 3D-Modelle zu verbessern. „Durch das Aufkommen intuitiv bedienbarer KI-Anwendungen wie zum Beispiel ChatGPT gewinnen KI-basierte Methoden auch in der 3D-Rekonstruktion immer mehr an Relevanz für die Endkundschaft“, betont Erik Freier, Geschäftsführer des Interdisziplinären Zentrums Machine Learning and Data Analytics (IZMD) der Bergischen Universität.
Die im Projekt „Just Scan It 3D“ entwickelten technischen Verfahren sollen später offen zugänglich für ganz verschiedene Gruppen von Nutzer*innen sein, beispielsweise über das Smartphone durch Nutzung einer App.
Über die Smartphone-App ganz einfach zum 3D-Modell: Dass das zukünftig möglich ist, daran arbeitet das Projektteam in den kommenden Jahren. // Foto Colourbox
Vorgehensweise
Die Forschenden knüpfen an bestehende Verfahren zur 3D-Rekonstruktion an (unter anderem Photogrammetrie und Neural Radiance Fields) und kombinieren diese mit Methoden der Künstlichen Intelligenz, insbesondere Deep Learning Ansätzen, bei der der Computer anhand großer Datenmengen lernt, Muster zu erkennen. Die weiterentwickelten Verfahren sollen dann zum Beispiel ohne lange Verarbeitungszeit in der Lage sein, die für die Erstellung eines hochwertigen 3D-Modells fehlenden Bilddaten schnell zu erkennen. „Die Vision ist es“, so Freier, „den Anwender*innen in wenigen Sekunden eine Rückmeldung zu geben, ob weitere Aufnahmen von einem Objekt benötigt werden, um ein präzises, digitales Abbild zu schaffen, und von welcher Stelle genau.“
Die Erarbeitung der Lösung orientiert sich an drei Anwendungsfällen aus der Praxis:
- KI-basierte Erkennung und Regulierung von Schäden an Kraftfahrzeugen auf Basis von Vor-Ort-Bildaufnahmen (Control Expert)
- Aufnahmen zur Erschaffung von interaktiven 3D-Lernräumen für unterschiedliche (Weiter-)Bildungsformate (schnaq)
- Digitale Archivierung, öffentliche Zugänglichmachung und Zustandsüberprüfung von Objekten des kulturellen und industriellen Erbes (Deutsches Bergbau-Museum Bochum)
Bewährte Expertise aus der Wissenschaft
Die Bergische Universität bringt die Expertise aus verschiedenen Forschungsteams ein: Neben dem IZMD sind der Lehrstuhl für Technologien und Management der Digitalen Transformation von Prof. Dr. Tobias Meisen sowie die Nachwuchsgruppe Applied and Computational Mathematics AI Lab um Dr. Matthias Rottmann beteiligt. Die involvierten Wissenschaftler*innen beschäftigen sich in ihrer Forschung einerseits mit der technischen Entwicklung immersiver Medien u. a. für die Berufsbildung, verfügen über langjährige Erfahrungen im Bereich der Entwicklung KI-basierter Methoden zur automatisierten Fehlererkennung in industriellen Produktionsprozessen und beschäftigen sich intensiv mit dem Training von KI-Modellen für eine fehlerfreie Interpretation von Bilddaten.
Blick auf den Stammrest eines Schuppenbaumes aus dem Karbonzeitalter (ca. 306 Mio. Jahre) im Rundgang „Steinkohle“. Objekte wie dieses aus dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum könnten mit der neuen Anwendung zukünftig schnell und unkompliziert digital archiviert werden. // Foto: Helena Grebe
Gefördert wird das Vorhaben „Just Scan It 3D“ vom Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE). In Düsseldorf bekamen die Projektpartner ihren Zuwendungsbescheid vergangene Woche Mittwoch persönlich von Staatssekretärin Silke Krebs überreicht. Insgesamt wird das Vorhaben mit rund 2,3 Millionen Euro gefördert. Der Anteil der Bergischen Universität beträgt rund 1,3 Millionen Euro.
