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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 20- 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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