Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Realistische Computergrafiken: Technologie aus Saarbrücken kam in kürzester Zeit zu Walt Disney

12.08.2014

Naturgetreu am Computer zu simulieren, wie Licht einen Raum durchdringt, ist nicht nur für Animationsfilme wie „Toy Story“ oder „Cars“ entscheidend. Auch die Automobilindustrie will virtuelle Prototypen möglichst realistisch am Bildschirm designen.

Spezielle Rechenverfahren sollen dies sicherstellen, erfordern jedoch einen hohen Aufwand. Saarbrücker Informatiker haben nun einen neuen Ansatz entwickelt, der so vielversprechend ist, dass er in Rekordzeit von Unternehmen übernommen wurde – unter anderem von Pixar, einem renommierten Spezial-Unternehmen der Filmindustrie aus dem Hause Walt Disney.


Mit ihrer neuen Methode können Informatiker der Saar-Uni erstmals alle Beleuchtungseffekte auf einfachere und schnellere Weise berechnen. Foto: AG Slusallek/Saar-Uni

Bei der Produktion von computergenerierten Filmen ist es wichtig, die Beleuchtung in einem Raum realistisch darzustellen. Funktioniert dies nicht, ist der Eindruck einer dreidimensionalen Anmutung schnell zerstört. Die digitalen Lichtexperten der Filmindustrie setzen dazu auf spezielle Rechenverfahren, die bisher aber noch einen großen Rechenaufwand erforderten, was die Produktionskosten in die Höhe getrieben hat.

Doch nicht nur die Filmbranche, auch die Autoindustrie investiert viel, um Lichtverhältnisse für ein per Computer generiertes Bild möglichst realitätsgetreu darzustellen. Komplette Rechenzentren werden genutzt, um realistische Bilder der hoch-komplexen Automodelle schon im Entstehungsprozess in Echtzeit berechnen und darstellen zu können.

Nur so können die Verantwortlichen das Design und andere Produkteigenschaften schon frühzeitig bewerten und noch während der Planung optimieren. „Es werden ja kaum noch reale Prototypen angefertigt. Daher wollen die Designer sicher sein, dass die Karosserie auf dem Bildschirm genauso aussieht wie später am realen Wagen“, erklärt Philipp Slusallek, Professor für Computergrafik an der Universität des Saarlandes. Er ist auch wissenschaftlicher Direktor am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und am Intel Visual Computing Institute der Saar-Uni.

Bisherige Rechenverfahren konnten jedoch nicht alle Beleuchtungseffekte effizient berechnen. Das sogenannte „Monte-Carlo Path-Tracing-Verfahren“ konnte sehr gut für den direkten Lichteinfall und die indirekte Beleuchtung durch Lichtreflexion an den Oberflächen in einem Raum eingesetzt werden.

Es versagte jedoch bei der Beleuchtung rund um transparente Gegenstände wie beispielsweise den halbtransparenten Schatten von gläsernen Gegenständen oder der Beleuchtung über spiegelnden Oberflächen (sogenannte Kaustiken). Genau das war die Stärke des sogenannten Photon-Mapping, das aber wiederum bei der direkten Beleuchtung von Oberflächen enttäuschte.

Da jedoch beide Verfahren mathematisch inkompatibel waren (Monte-Carlo-Integration gegenüber Dichteschätzverfahren), konnte man sie nicht zusammenführen und musste sie unabhängig voneinander für das jeweilige Bild berechnen. Diese Doppelarbeit verursachte hohe Kosten bei computeranimierten Filmen wie „Der Hobbit: Eine unerwartete Reise“, bei denen bis zu 48 Bilder pro Sekunde berechnet werden müssen – bei einer Gesamtdauer von rund 160 Minuten.

Zusammen mit Iliyan Georgiev, Doktorand an der Saarbrücker Graduate School of Computer Science, Jaroslav Krivanek von der Karls-Universität in Prag und Thomas Davidovic vom Intel Visual Computing Institute hat Professor Slusallek Ende 2012 einen neuen mathematischen Ansatz entwickelt, der beide Verfahren auf geschickte Art miteinander kombiniert. Die Forscher formulierten Photon-Mapping mathematisch als einen Monte-Carlo-Prozess und konnten es damit direkt in das Monte-Carlo Path-Tracing-Verfahren integrieren.

Pro Pixel eines Bildes entscheidet das neue Verfahren jetzt automatisch (über sogenanntes Multiple-Importance-Sampling), welche der beiden Strategien am besten geeignet ist, die Beleuchtung an dieser Stelle zu berechnen. Slusallek und seine Kollegen wiesen zudem nach, dass das neue Rechenverfahren das korrekte Ergebnis liefert und dieses viel schneller berechnen kann.

Das auf den Namen „Vertex Connection and Merging“ getaufte und mit VCM abgekürzte Verfahren wurde 2012 nicht nur auf der für Computergrafik international wichtigsten Konferenz, der „Siggraph“, weltweit anerkannt, sondern erhielt auch aus der Wirtschaft einen besonderen Ritterschlag. „Wir wissen von vier Firmen, die VCM teilweise bereits wenige Monate nach der Veröffentlichung unseres Papers in ihre kommerziellen Produkte integriert haben“, so Slusallek.

Jüngstes Beispiel sei die gerade vorgestellte, neue Version der Software Renderman aus dem Hause Pixar. „Das ist seit Jahrzehnten das wichtigste Werkzeug der Filmindustrie. Dass darin VCM arbeitet, darauf sind wir sehr stolz“, sagt Slusallek. Das kalifornische Unternehmen Pixar, bekannt für Filme wie „Toy Story“, „Oben“, „Findet Nemo“, „Die Monster AG“, gehört zum Medienkonzern Walt Disney Company. Seinen Namen erhielt es ursprünglich von Apple-Mitgründer Steve Jobs. Das Unternehmen hat bereits zwölf Oscars für seine Filme erhalten.

In ihrer neuesten Publikation, die ebenfalls von der gerade im kanadischen Vancouver stattfindenden Konferenz „Siggraph“ akzeptiert wurde, zeigt die Forschergruppe um Philipp Slusallek, dass sich das neue VCM-Verfahren sehr effizient auf hoch-parallelen Grafikprozessoren implementieren lässt. Diese Forschungsarbeiten wurden unter anderem durch den US-amerikanischen Halbleiterkonzern Intel finanziert, auf deren Siggraph-Stand sie jetzt auch erstmals der Öffentlichkeit präsentiert werden.

Weitere Informationen:
https://graphics.cg.uni-saarland.de/2012/vertex-connection-and-merging/

Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Philipp Slusallek
Universität des Saarlandes/DFKI
Tel: +49 681 / 85775-5377 oder 302-3830
E-Mail: slusallek(at)cs.uni-saarland.de

Redaktion:
Gordon Bolduan
Wissenschaftskommunikation
Kompetenzzentrum Informatik Saarland
Tel: +49 681 302-70741
E-Mail: bolduan(at)mmci.uni-saarland.de

Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung mit Direktanwahl oder über ARD-Sternpunkt 106813020001). Interviewwünsche bitte an die Pressestelle (0681/302-2601) richten.

Melanie Löw | Universität des Saarlandes

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Geheime Datensammler auf dem Smartphone enttarnen
21.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT

nachricht Wafer zu Chip: Röntgenblick für weniger Ausschuss
21.11.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wasserkühlung für die Erdkruste - Meerwasser dringt deutlich tiefer ein

21.11.2017 | Geowissenschaften

Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern

21.11.2017 | Physik Astronomie

Zentraler Schalter

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie