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Digitaler Klon einer Person ent­steht in 15 Minuten

In­for­ma­ti­ker ent­wi­ckeln einen „Avatar-Maker to go“

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Stephan Wenninger umrundet mit einem Smartphone Timo Menzel © Martina Hengesbach​/​TU Dort­mund
Stephan Wenninger umrundet mit ei­nem Smartphone Timo Menzel – beides Doktoranden der TU Dort­mund. Menzel wird danach zum Avatar.

Prof. Mario Botsch von der Fa­kul­tät für In­for­ma­tik der TU Dort­mund und sein Team haben ein Ver­fah­ren ent­wickelt, vir­tu­el­le Avatare schnell und kostengünstig zu er­zeu­gen. Um diese grafischen Stellvertreter echter Per­so­nen zu generieren, wird nur ein han­dels­üb­li­ches Smartphone und die ent­wi­ckel­te Soft­ware benötigt. Bislang war der tech­ni­sche Aufwand sehr hoch, um photorealistische Avatare zu er­zeu­gen und zu ani­mie­ren, also in Bewegung zu setzen: Bis zu 100 Kameras und mehrere Tage Rechen- und Hand­ar­beit sind keine Seltenheit. Diese Zeit schrumpft bei dem „Avatar-Maker to go“ der TU Dort­mund auf 15 Minuten, die Kos­ten sinken von etwa 60.000 auf 600 Euro.

Entwickelt hat das neue Ver­fah­ren das Team um Prof. Botsch ge­mein­sam mit der Gruppe von Prof. Marc Latoschik von der Uni­ver­si­tät Würzburg. In der lang­jäh­ri­gen und er­folg­rei­chen Ko­ope­ra­ti­on liegt die Avatar-Erstellung beim Team von Prof. Botsch, der im Sep­tem­ber dieses Jahres von Bielefeld nach Dort­mund gewechselt ist. Das Team der Uni­ver­si­tät Würzburg ist spezialisiert auf die In­te­gra­ti­on der Avatare in die vir­tu­el­le Realität. Gemeinsam un­ter­su­chen sie Wirkung und Nut­zen der Avatare und wurden dafür auf den zwei weltweit führenden Konferenzen für Virtual Reality aus­ge­zeich­net.

Bei der Erstellung der 3D-Avatare mit Hilfe einer Handy-Kamera bilden zwei Videoaufnahmen die Grundlage für das vir­tu­el­le Abbild eines Men­schen: Eine kreisförmige Auf­nah­me um den Körper herum und eine wei­tere um den Kopf. „Bei her­kömm­li­chen monokularen Rekonstruktionen wird in der Regel nur ein Ganzkörper-Scan durch­ge­führt. Eine separate Aufzeichnung des Kopfes sorgt bei unserem Ver­fah­ren für eine deutlich höhere Detailqualität im Gesicht“, er­klärt Stephan Wenninger, der als Doktorand bei Prof. Botsch für die Smartphone-Avatare verantwortlich ist. 

Ein digitaler Avatar eines Mannes mit blonden Haaren und Norweger-Pulli. © TU Dort­mund
Der Avatar von Timo Menzel.

Die Handy-Videos durchlaufen danach im Rechner vollautomatisch das neue Ver­fah­ren, und nach etwa 15 Minuten bewegen sich die fertigen Avatare über den Bildschirm. „Das ist nur mög­lich, weil unserem Ver­fah­ren ein statistisches Menschmodell zugrunde liegt, das mit künstlicher In­tel­li­genz aus vie­len Aufnahmen und Be­we­gung­en gelernt wurde“, so Botsch. Im kommerziellen Kontext wer­den diese Be­we­gung­en den Avataren oft in mühevoller tagelanger Hand­ar­beit „antrainiert“.

Vielzahl therapeutischer Optionen wird er­mög­licht

Portrait von Prof. Mario Botsch © Martina Hengesbach​/​TU Dort­mund
Prof. Mario Botsch hat das neue Ver­fah­ren ge­mein­sam mit der Gruppe von Prof. Marc Latoschik von der Uni­ver­si­tät Würzburg ent­wickelt.

In den beiden BMBF-ge­för­der­ten Ko­ope­ra­tions­pro­jek­ten ViTraS und VIA-VR wer­den die Avatare für medizinische Therapien in Virtual Reality (VR) eingesetzt. So ent­ste­hen im Adipositas-Projekt ViTraS bei­spiels­weise Avatare von übergewichtigen Per­so­nen. Die Patientinnen und Patienten kön­nen sich dann vor ei­nem vir­tu­ellen Spiegel bewegen und be­ob­ach­ten, wie sich eine virtuell simulierte Ge­wichts­ver­än­de­rung aus­wir­ken würde. „Die Personifizierung mit ihrem vir­tu­ellen Abbild eröffnet eine Vielzahl therapeutischer Optionen durch die induzierte Selbstwirkung von Avataren“, sagt Prof. Latoschik.

Darüber hinaus gibt es bei­spiels­weise in zukünftigen Social-Media-Plattformen, wo man sich als Avatar begegnet, sowie in vir­tu­ellen Lehr-, Lern- und Trainingsumgebungen viele spannende An­wen­dungen – ebenso in der Com­pu­ter­spie­le-Szene: Beim kürz­lich erschienenen Videospiel „Cyberpunk 2077“ agiert bei­spiels­weise ein Avatar des Schauspielers Keanu Reeves. In einer nahen Zukunft könnten Videospieler mit ihrem Handy selbst Avatare von sich er­zeu­gen und dann persönlich in Videospielen auf­tre­ten. Bei dem beliebten Fußball-Videospiel FIFA könnte ein Nutzer im Nationaltrikot auflaufen und gegen Messi und Ronaldo Tore schießen.

Video: 120-Se­kun­den-Vorlesung: Avatare 

Weiterführende In­for­ma­ti­onen:

https://dl.acm.org/doi/10.1145/3385956.3418940
https://ls7-gv.cs.tu-dortmund.de/downloads/publications/2020/vrst20.mp4  
https://vrst.acm.org/vrst2020/

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Der Cam­pus der TU Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Cam­pus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Cam­pus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.
Für E-Autos gibt es eine Ladesäule am Cam­pus Nord, Vo­gel­pothsweg.

Direkt auf dem Cam­pus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 15- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duis­burg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, au­ßer­dem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

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