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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.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

Die Einrichtungen der TU Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark. Genauere Informationen können Sie den Lageplänen entnehmen.