Inkrementelle Akquisition von 3D-Objektmodellen - Institut für ...

Kapitel 1
Einleitung
1.1 Hintergrund und Motivation
Thema dieser Arbeit ist das Gewinnen von Informationen über die dreidimensionale Welt aus
zweidimensionalen optischen Informationen. Dieser Prozess ist etwas, das jeder Mensch sehr
gut beherrscht. Auch unser optischer Sinn erhält zunächst nur zweidimensionale Informationen,
nämlich die Bilder auf der Netzhaut. Dennoch haben wir eine Wahrnehmung einer dreidimensionalen
Welt, die uns umgibt. Genauer gesagt erhalten Menschen, da sie zwei Augen haben,
doppelte zweidimensionale Informationen, so dass die binokulare (aus den Unterschieden zwischen
den Netzhautbildern gewonnene) Information aus beiden Augen zum räumlichen Sehen beiträgt
– jedoch bleibt unsere Wahrnehmung der Welt auch dreidiemsional, wenn wir nur ein Auge
benutzen, und wir nehmen auch in zweidimensionalen Bildern und Filmen eine dreidimensionale
Welt wahr. Tatsächlich sind die binokularen nur einige von sehr vielen Informationen, die das
Gehirn benutzt, um ein dreidimensionales Bild der Welt zu erstellen. Ausführliche Erläuterungen
dazu finden sich in [Gol02].
Selten machen wir uns bewusst, dass die Wahrnehmung unserer Welt keine logische, eindeutige
Konsequenz aus den zweidimensionalen Informationen, die unsere Augen erhalten, ist. Es ist lediglich
eine Interpretation dieser Informationen – eine Interpretation, die in der realen Welt fast
immer zutreffend ist. Durch optische Täuschungen jedoch können wir sie überlisten. Eine bekanntes
Beispiel ist der in Abbildung 1.1(a) zu sehende Amessche Raum, in dem sich ein Zwillingspaar befindet
– das sich offensichtlich sehr in der Größe unterscheidet. Man mag zunächst vermuten, dass
es sich nur um eine Fotomontage handeln kann, tatsächlich interpretieren wir jedoch die Form des
Raumes völlig falsch, indem wir ihn als rechteckig wahrnehmen – denn dies ist die schlüssigste Interpretation
der zweidimensionalen Information, die das Bild uns liefert. Die tatsächliche Form des
Raumes unterscheidet sich von der wahrgenommenen Form erheblich und ist in Abbildung 1.1(b)
zu sehen. Zu näheren Informationen über diese optische Täuschung siehe [Gol02] oder [ZG96]. Ein
weiteres Beispiel für den Effekt der falsch wahrgenommenen räumlichen Umgebung sind die eindrucksvollen
und bekannt gewordenen Pflastermalereien von Julian Beever, die in Abbildung 1.2
zu sehen sind.
Man muss sich klar machen, dass diese Täuschungen keine Unzulänglichkeiten des Sehsinns
sind, sondern die direkte Konsequenz aus unserer Fähigkeit, blitzschnell aus nicht eindeutigen
Informationen ein schlüssiges Modell unserer Umgebung zu erstellen. Durch sie wird uns bewusst,
dass der trivial erscheinende Vorgang der alltäglichen Wahrnehmung weitaus komplexer ist, als
man es zunächst vermutet – und das dient zur Erklärung, warum Wahrnehmung – das heißt hier
also insbesondere das Transformieren der optischen 2D-Informationen zu einem 3D-Modell – zu
den faszinierenden Problemen gehört, die ein Mensch ohne Schwierigkeiten lösen kann, in denen
Computer dagegen ganz schlecht abschneiden. Der Prozess der Wahrnehmung ist hochkomplex,
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