3D-Modellierung von Menschen

Mit KI zum passenden Bett

Eine Matratze, die mit nur einem Video perfekt auf den eigenen Körper angepasst wird? Das klingt nach einem Traum. Beim Einzelhandelsunternehmen Physio-Konzepte Schlafsysteme soll das aber Realität werden. Deshalb hat sich das Unternehmen gemeinsam mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Schleswig-Holstein mit der 3D-Modelierung aus Videoaufnahmen beschäftigt.

Physio-Konzepte Schlafsysteme
1 Mitarbeitender
3D-Modellierung von Menschen
Konzeptionierung der App

„Wir haben uns auf Patienten mit langwierigen Schmerzen vor allem im Rücken- und Schulterbereich spezialisiert. Für sie eine Matratze zu finden, die gut angepasst ist, ist wichtig. Dafür wollen wir 3D-Modelle unserer Kunden erstellen,“ erklärt Florian Dierk, der Gründer des Online-Fachhandels für orthopädische Matratzen und Schlafsysteme. „Wir können unsere Kunden jedoch nicht klassisch im Geschäft vermessen, da wir ein Onlinehandel sind. Gleichzeitig stellen wir unsere Produkte individuell nach Körpervermessung her. Daher brauchte es eine andere Lösung.“ Gemeinsam mit Lennart Landt vom Zentrum Schleswig-Holstein hat das Unternehmen sich daher mit einem möglichen Konzept für die 3D-Modellierung aus Bildern beschäftigt.

Innovative Technik für die 3D-Modelierung

Für die Erstellung von Modellen basierend auf Fotos können unterschiedliche Möglichkeiten genutzt werden. Eine Lösung dafür ist die Photogrammetrie, sie stößt jedoch bei der Modellierung von 3D-Modellen in diesem Fall an ihre Grenzen. Es braucht eine große Anzahl an qualitativ hochwertigen Aufnahmen: Diese müssen verarbeitet werden – das ist oft teuer und zeitaufwändig und war daher hier nicht die passende Lösung. „Wir hatten uns vorgestellt, dass die Kunden zuhause selbst ein Video von sich machen und daraus das dreidimensionale Modell entsteht“, erklärt Florian Dierk.

„Unsere Lösung wären sogenannte NeRFs, Neural Radiance Fields. Das Konzept kommt aus dem Bereich des Maschine Learnings. Es werden neuronale Netzwerke genutzt, um die Struktur und das Erscheinungsbild von 3D-Objekten zu modellieren“, erklärt Lennart Landt vom Zentrum Schleswig-Holstein. Neuronale Netzwerke werden trainiert und erkennen in zweidimensionalen Aufnahmen wie das Licht mit den Objekten in der Szene interagiert. Basierend darauf werden dann dreidimensionale Objekte modelliert. NeRFs kommen im Vergleich zur Photogrammetrie mit weniger Aufnahmen aus, die auch eine geringere Qualität aufweisen können. Außerdem können NeRFs durch die zugrundeliegende KI deutlich schneller 3D-Modelle produzieren. Perfekt für den vorliegenden Anwendungsbereich – bereits nach circa 30 Minuten entsteht ein 3D-Modell des abgefilmten Körpers. Damit alles klappt, müssen bei den Aufnahmen des Materials ein paar Aspekte berücksichtigt werden, die den Kunden als Hinweis vor der Aufnahme zur Verfügung gestellt werden sollten:

Bewegungsunschärfe können die Qualität der Aufnahme drastisch reduzieren, daher sollte das Smartphone während der Aufnahme möglichst langsam geführt werden. Ruckartige Bewegungen und sortieren des Smartphones sollten unterlassen werden.

Das abzubildende Objekt, in diesem Fall die Person, sollte von möglichst vielen, unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen werden.

Das Objekt/ die Person sollte während der Aufnahme durchgängig möglichst komplett im Bild gehalten werden. Auf diese Weise erhält die Software mehr Informationen über die vorhandenen Reflexionen und die Form des Objekts, sodass eine akkuratere Rekonstruktion möglich ist.

NeRFs neigen dazu Schwierigkeiten mit komplexen Reflexionen (z.B. spiegelnde Oberflächen), transparenten Objekten (z.B. Fenster) und großen texturlosen Oberflächen (z.B. weiße Wände) zu haben.

In der Regel können Objekte in vielen verschiedenen Lichtverhältnissen aufgenommen und rekonstruiert werden, solange die Textur des Objektes noch zu erkennen ist. Jedoch führen gut, gleichmäßig beleuchtete Szenen im Durschnitt zu besseren Ergebnissen.

Jegliche Bewegung in der Aufnahme reduziert die Qualität des Ergebnisses. Daher sollte darauf geachtet werden, dass die aufgenommene Person möglichst stillhält während der Aufnahme und dass sich auch im Hintergrund nichts bewegt.

Für die Nutzung von NeRFs gibt es verschiedene Soft- und Hardwareanbieter. Da die Mittelstand-Digital Initiative anbieterneutral arbeitet, konnten verschiedene Möglichkeiten verglichen werden. „Für uns war super, dass wir nun verschiedene Lösungen kennen und die für uns am besten passende aussuchen können“, freut sich Florian Dierk.

Eine App vernetzt im Unternehmenssystem

In einem nächsten Schritt wurde dann noch über eine Integration in die bestehenden Systeme des Unternehmens nachgedacht. Um die Software möglichst händelbar für die Kunden zu gestalten, bietet sich die Verwendung in einer App an. Hier können dann auch die Hinweise zur Aufnahme der Videos eingeblendet werden. Gleichzeitig wurde bei der Konzeptionierung der App schnell klar: Sie muss als Teil des ERP-Systems (Enterprise Resource Planning-System) funktionieren. Sie umfasst das CRM (Customer Relationship Management), Vertrieb und Abrechnung. Daher ist es wichtig das Schnittstellen zwischen ERP-System und der App geschaffen werden und die App sich in die bestehenden Systeme integriert.

Hier konnte ein Konzept entwickelt werden, dass nicht nur fokussiert die benötigten Funktionen für Kunden ermöglicht, sondern auch auf der Seite des Unternehmens gut angebunden und integriert ist. Das Unternehmen hat nun eine klare Vorstellung davon, wie 3D-Modellierung mit einer App auch im Onlinefachhandel funktionieren kann. So wird die Beratung noch zielgenauer.