Bilder mit der Grafikkarte krümmen

Forschung Kompakt / 2.1.2014

Gekrümmte Leinwände versetzen einen virtuell mitten in die projizierten Bilder. Was heute vorwiegend in Planetarien zu sehen ist, könnte schon bald breitere Anwendung finden – dank eines schnelleren und unkomplizierteren Kalibrierungsverfahrens.

© Foto Fraunhofer FOKUS / Matthias Heyde

Virtuell über den New Yorker Times Square flanieren: Moderne Kuppelleinwände machen dies möglich. Jetzt funktioniert die Technologie auch direkt über den Treiber der PC-Grafikkarte.

Fast hat man das Gefühl, schwerelos zu sein. Der große Wagen ist zum Greifen nah, um einen herum wimmelt es nur so von funkelnden Sternen. Das weiße Band der Milchstraße ist nicht nur deutlich zu erkennen, sondern scheint sich förmlich um einen herum zu wickeln. Eine perfekte Illusion – erzeugt von Nachbildungen des realen Sternenhimmels, die mehrere Projektoren auf die riesige Kuppelleinwand des Planetariums werfen. Die größten dieser halbkugelförmigen Projektionsflächen messen einen Durchmesser von über 20 Metern. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Offene Kommunikationssysteme FOKUS in Berlin haben die dafür notwendige Technologie – das »Desktop Warping« – zusammen mit dem Grafikkartenhersteller NVIDIA in eine herkömmliche PC-Grafikkarte integriert. Jeder beliebige Inhalt eines Windows-Desktops kann jetzt wie im Planetarium auf gekrümmte Bildschirme geworfen werden.

Doch wie geht das – »Bildschirme krümmen«? Antworten gibt Manuel Schiewe. Der Wissenschaftler beschäftigt sich am FOKUS intensiv mit dem Thema. Damit auf gekrümmten Bildschirmen ein homogenes Bild entsteht, müssen die einzelnen Projektoren exakt aufeinander abgestimmt sein. Aus ihren Teil-Projektionen setzt sich das Gesamtbild zusammen. »Das ist wie bei einem Puzzle. Jedes Teilchen muss exakt in das andere passen, damit daraus das gewünschte Bild wird«, erklärt Schiewe. Die Projektoren müssen so eingestellt sein, dass ihre Bilder gleich hell leuchten und sich auch auf gekrümmten Oberflächen betrachten lassen. Letzteres ist nur dann möglich, wenn Schiewe die – ursprünglich für gerade Oberflächen erzeugten – Bilder wieder entzerrt.

Zunächst standen dafür nur manuelle Kalibrierungsverfahren zur Verfügung. »Sobald sich die Positionen der Projektoren geringfügig veränderten, musste per Hand nachjustiert werden«, erzählt Schiewe. Er und sein Team am FOKUS entwickelten eine Software, die Bildinhalte automatisch an die zu bespielende Oberfläche anpasst. Kameras nehmen dazu von den Projektoren erzeugte Testbilder auf. Mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen errechnet eine Software, wie diese Bilder auf die Projektionsfläche ausgerichtet sind. Aus diesen Informationen ergeben sich dann automatisch die nötigen Entzerrungen und Helligkeitskorrekturen. »Das ›Projektor Auto-Alignment‹ sorgt heute in Planetarien, Vergnügungsparks und Simulatoren für homogene Bilder auf gekrümmten Großleinwänden oder Flächen«, berichtet Schiewe.

Software in Grafikkartentreiber integrieren

Bisher war diese Technologie nur in Kombination mit dem Medienplayer des FOKUS erhältlich. Dieser ist für bestimmte Medienformate wie Filme, Bilder, Texte oder Grafiken geeignet. Um beliebige Inhalte darzustellen, ist es notwendig, spezielle Software- und Hardwaretools zwischen die Grafikkarte und den Projektor zu schalten. Wenn Anwender weitere Geräte zwischenschalten müssen, erhöht das Aufwand und Kosten. Auch die Bildausgabe verzögert sich dadurch. »Deshalb haben wir die Autokalibrierungs-Software direkt in den Treiber von Grafikkarten integriert. Der gesamte Windows-Desktop, und mit ihm alle Programme, die unter Windows laufen, passen sich an die gekrümmte Projektionsoberfläche an. Unternehmen können die Vorteile von Projektionen auf beliebig geformten Flächen einfach über ihre eingebauten Grafikkarten nutzen. Ihre Mitarbeiter haben die Möglichkeit, vielseitiger und gezielter miteinander zu kommunizieren. Inhalte lassen sich noch besser austauschen und darstellen – auch über große Entfernungen hinweg«, schildert Schiewe.

Ein Beispiel ist die Fernwartung von Ölplattformen. Seit der Katastrophe um »Deep Water Horizon« überwachen Ingenieure diese auch verstärkt »offshore«, direkt vom Festland. In Kontrollräumen laufen die wichtigsten Daten und Abläufe, die draußen auf dem Meer stattfinden, zusammen. Moderne Medientechnologien wie »Desktop Warping« zeigen Informationen zum Bohrturm so an, dass sie die Kontrolleure umgeben und virtuell mitten ins Geschehen versetzen.

http://www.fokus.fraunhofer.de/de/viscom/index.html