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Una nuova dimensione per le tue foto
Guardando le stampe fotografiche della tua vacanza a Washington, D.C., puoi ricordare di essere stato in luoghi reali e tridimensionali come il Lincoln Memorial. Ma cosa accadrebbe se potessi davvero entrare nella tua fotografia e stare di nuovo ai piedi di Lincoln, o almeno ingrandire una versione 3D della tua immagine sullo schermo di un computer? Un nuovo servizio Web chiamato Fotowoosh promette di offrire tale esperienza, grazie ai ricercatori di computer vision della Carnegie Mellon University, a Pittsburgh.
La grande immagine: Il sistema basato sul Web di Fotowoosh trasforma immagini piatte e bidimensionali in scene 3D ingrandibili utilizzando algoritmi di apprendimento automatico che suddividono un'immagine in aree che rappresentano il suolo (verde nell'immagine a falsi colori), le superfici verticali (frecce) e il cielo ( cerchi). Queste superfici vengono quindi piegate in un modello 3D che ricorda un'illustrazione pop-up in un libro per bambini. Per esaminare un modello Fotowoosh campione in 3D, dovrai scaricare sia un file .wrl dal sito Web Fotowoosh che un'estensione del visualizzatore 3D per i tuoi browser Web.
Derek Hoiem , un dottorando presso la Carnegie Mellon's Istituto di Robotica , ha trascorso l'ultimo anno e mezzo a capire come ottenere un software per convertire immagini piatte in modelli di realtà virtuale 3D che possono essere manipolati sullo schermo. Lavorare con i docenti Alexei Efros e Marziale Hebert , Hoiem ha ideato un sistema di apprendimento automatico che identifica varie superfici e il loro orientamento in base a ciò che ha appreso esaminando le foto precedenti. In sostanza, Fotowoosh libera la persona che guarda una fotografia dal punto di vista del fotografo in modo che possa esplorare prospettive diverse da quella effettivamente catturata dalla fotocamera.
Ora Freeweb , una società di Silver Spring, MD, che ospita 14 milioni di siti Web personali, sta per lanciare sul Web una versione consumer del software di Hoiem. Presidente di Freewebs Shervin Pishevar afferma che spera che gli utenti del Web carichino migliaia di fotografie su Fotowoosh e condividano le versioni 3D con altri visitatori, trasformando il servizio in quello che lui chiama un Flickr 3D. Flickr è, ovviamente, il popolare sito di condivisione di foto e social network di Yahoo.
Una versione di prova del sistema Fotowoosh sarà lanciata a maggio, afferma Pishevar. Il sistema funziona meglio su immagini esterne. Le foto convertite assomigliano un po' alle illustrazioni dei libri pop-up per bambini: c'è uno sfondo evidente che corrisponde alla pagina piatta in un libro pop-up e le superfici verticali sono ad angolo retto rispetto al suolo, rappresentando oggetti come muri, alberi, e veicoli. Le immagini vengono visualizzate all'interno di una pagina Web caricata con un visualizzatore speciale con controlli per lo zoom, la panoramica e la rotazione del modello 3D. Mentre il software aggiunge letteralmente una nuova dimensione alle vecchie foto turistiche, in futuro potrebbe essere applicato anche per scopi come la navigazione robotica o la costruzione di mondi virtuali 3D fotorealistici.
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Hoiem dice che il software imita alcuni dei trucchi che il nostro cervello usa per dare profondità alle immagini bidimensionali che cadono costantemente sulle nostre retine. Le fotocamere tradizionali (non stereoscopiche) hanno un solo occhio rispetto ai nostri due. Ciò significa che non possono sfruttare la parallasse, il fenomeno in cui i nostri occhi destro e sinistro vedono gli oggetti vicini in posizioni leggermente diverse rispetto agli oggetti più lontani, per ottenere un'immagine stereo. In effetti, è matematicamente impossibile per il software calcolare la forma di una scena 3D da una singola immagine bidimensionale con una confidenza del 100%, poiché gli oggetti nella scena potrebbero teoricamente essere a qualsiasi distanza. Ma le persone possono farlo, osserva Hoiem. È solo che non esiste una soluzione algebrica semplice.
In effetti, la parallasse non è strettamente necessaria per la visione 3D: se chiudi un occhio, il mondo non si appiattisce. Il cervello deduce la profondità utilizzando tutti i tipi di segnali come l'ombreggiatura, il colore, il movimento e la nostra esperienza appresa sulle relazioni spaziali tra pavimenti e pareti o tra strade ed edifici. Si scopre che utilizzando un modello abbastanza semplice, pensando al mondo in termini di superficie terrestre, superfici verticali che sporgono da esso e cielo, è possibile creare modelli 3D piuttosto avvincenti, afferma Hoiem.
Il software che lui, Efros e Hebert hanno sviluppato inizia a convertire un'immagine cercando di raggruppare ogni pixel in un'immagine bidimensionale in una di queste classi. Il cielo di solito è il più semplice: è blu o bianco. I bordi superiore e inferiore della maggior parte delle foto sono allineati con l'orizzonte, il che aiuta il software a identificare il piano terra. E le finestre di un edificio a più piani sono spesso disposte in linee parallele con un punto di fuga comune, forte indicazione di una superficie verticale.
Ma Hoiem non ha insegnato esplicitamente al software queste regole. Il sistema si basa su algoritmi di apprendimento automatico, il che significa che calcola le proprie regole empiriche riconoscendo modelli statistici in centinaia di immagini in cui il suolo, il cielo e le superfici verticali sono state pre-etichettate dagli esseri umani.
Fortunatamente, non abbiamo dovuto iniziare completamente da zero, afferma Hoiem. C'è stato molto lavoro su come rappresentiamo il colore, la consistenza e la struttura. Esiste un algoritmo esistente per riconoscere il punto di fuga di un gruppo di linee. E le persone hanno lavorato molto sul riconoscimento di oggetti come persone o automobili. Ma nessuno aveva pensato che forse si potevano combinare tutti questi elementi e imparare a riconoscere l'effettiva geometria di una scena.
Una volta che Fotowoosh ha identificato le superfici principali di una scena, le unisce in un modello 3D utilizzando il formato file Virtual Reality Markup Language, o VRML. Il software rimuove parti dell'immagine bidimensionale e le incolla sulle superfici appropriate nel modello, un processo chiamato mappatura delle texture.
Attualmente, i modelli finiti possono essere visualizzati solo all'interno di un browser Web dotato di un'estensione speciale per la visualizzazione dei file VRML. Ma nella versione beta di Fotowoosh, prevista per il mese prossimo, i modelli verranno visualizzati utilizzando il formato Flash più comune già incluso nella maggior parte dei browser, secondo Pishevar. (Il Home page di Fotowoosh include un video che dimostra il prodotto finale per diverse immagini di esempio.)
In questo momento, il sistema non è molto bravo a separare oggetti discreti che dovrebbero essere in primo piano, come i pedoni in una scena stradale, dalle superfici di sfondo, come i muri. Ma Hoiem ci sta lavorando. In un anno o forse meno, sarai in grado di scattare una foto di un vicolo con tutti i tipi di auto e persone e creare un modello 3D in cui questi sono tutti visti come oggetti 3D in primo piano separati, dice.
Secondo Pishevar, circa 17.000 persone si sono unite alla lista d'attesa per il software beta. I visitatori potranno caricare e convertire le proprie foto in modelli 3D e memorizzarle in un'area della galleria, ei membri di Freewebs potranno incorporare i modelli nelle proprie pagine Web.
Pishevar afferma che Freewebs ha contattato Hoiem per commercializzare il suo lavoro perché si allinea molto con la nostra visione di trasformare i tipi di media personali che possono vivere su una pagina Web visiva. È una di quelle tecnologie che cambia il modo in cui vedi le cose nel mondo e ciò che pensi sia possibile.
Alla fine, il lavoro di Hoiem potrebbe cambiare il modo in cui i robot usano la visione artificiale per farsi strada attraverso ambienti disseminati di ostacoli. Hoiem afferma che lui e i suoi colleghi stanno anche lavorando a modi per creare modelli 3D più complessi elaborando più fotografie della stessa area. Inoltre, stanno lavorando all'idea di animare scene 3D come strade trafficate prevedendo le direzioni in cui pedoni e auto si sarebbero mossi nei diversi secondi successivi al clic dell'otturatore del fotografo.
Poiché i modelli Fotowoosh aderiscono a un formato 3D standard, VRML, possono essere facilmente importati in altre applicazioni 3D, come il software di modellazione; mondi virtuali immersivi, come Second Life di Linden Lab; e sistemi di globi virtuali, come Google Earth e Microsoft Virtual Earth. La capacità di creare edifici 3D con mappatura delle texture all'interno di questi mondi da poche foto bidimensionali sarebbe un grande progresso rispetto ai metodi attuali, che implicano la costruzione di un modello 3D da progetti o altri dati, quindi incollare manualmente le fotografie su ciascuno lato. Non è scalabile, dice Pishevar. Ma se hai persone che caricano miliardi di immagini 3D da tutto il mondo... allora potresti arrivare al punto di creare applicazioni che utilizzano i modelli per riempire automaticamente i paesaggi delle Terre virtuali.
Pishevar afferma che Freewebs alla fine fornirà un'interfaccia di programmazione dell'applicazione, o API, che gli sviluppatori di software possono utilizzare per creare proprio tali mashup. Alla domanda se la sua azienda sia già in trattative con artisti del calibro di Google o Linden Lab, Pishevar è schivo: non possiamo effettivamente commentare in questo momento.