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Anwendung von Motion-Tracking zur Erstellung von 3D-Szenen und Vermessung darin enthaltener Objekte
(2024)
Die Digitalisierung forensischer Ereignis- und Tatorte hat mittlerweile Einzug in die tägliche Arbeit von Strafverfolgungsbehörden gefunden. Basis für die Erstellung sogenannter 3D-Szenen sind, neben Laserscannern, meist Videoaufnahmen, die vom Boden oder aus der Luft heraus erhoben werden. Die Digitalisierung erfolgt nicht nur zu Dokumentationszwecken, sondern auch um Objekte in den erstellten digitalen Szenen zu vermessen. So robust die Vielzahl an Algorithmen, wie Structure-from-Motion, für die 3D-Erstellung sind, so anfällig sind diese z.B. bei Videomaterial mit minderwertiger Ausleuchtung. Jedoch weisen eine Vielzahl forensisch sowie rechtsmedizinischer Fälle, in denen Täter oder Opfer videographisch erfasst wurden, ebensolches Material als Analysegrundlage auf. Aus diesem Grund erfolgt in diesem Beitrag die Vorstellung eines Workflows zur Erstellung von 3D-Szenen auf Grundlage von Motion-Tracking sowie von Möglichkeiten zur Vermessung von Objekten in 3D-Szenen. Vorteil des Workflows ist, dass lediglich ein zur Verfügung stehendes Video für eine digitale Szenenerstellung ausreicht und keine Vor-Ort-Aufnahmen des Ereignis- oder Tatortes notwendig sind. Der entwickelte Workflow kann unter-stützend für Ermittlungen und Analysen eingesetzt wer-den und bringt einen enormen Mehrwert im Bereich der forensischen 3D-Rekonstruktion und -Vermessung.
Die Gesichtsweichteilrekonstruktion (GWR) stellt in Fällen
nicht identifizierbarer Individuen oftmals die letzte Möglichkeit zur Personenidentifikation dar, wenn etablierte Identifizierungsverfahren, wie die DNA-Analyse und Daktyloskopie, keine Aussicht auf Erfolg bieten. Aus forensischer Sicht besteht das oberste Ziel einer GWR darin, ein möglichst genaues, wahrheitsgetreues Abbild des Individuums zu erstellen, welches dann in Form von Bildern als Grundlage einer Personenidentifizierung dienen kann. Für eine GWR stehen dabei eine Vielzahl von Vorgehensweisen und Methoden zur Verfügung. Jedoch hat in den letzten Jahren die digitale GWR im Vergleich zur manuellen Vorgehensweise immer mehr an Bedeutung gewonnen. Dies ist vor allem auf die Zeitersparnis und Flexibilität zurückzuführen. In der heutigen Zeit werden jedoch die Vorgehensweisen und Methoden einer GWR nicht ausschließlich im forensischen, sondern auch im archäologischen Rahmen, beispielsweise für eine Museumsausstellung, angewandt. Dabei steht weniger die Identifizierung im Vordergrund, als vielmehr die sinnbildhafte Darstellung einer Person zu deren Lebzeiten. Dadurch wird der Öffentlichkeit die Möglichkeit gegeben, Vorfahren und historischen Persönlichkeiten direkt ins Gesicht zu sehen. In dieser Veröffentlichung soll die Vorgehensweise der forensischen GWR am Beispiel einer Rekonstruktion des Gesichtes einer historischen Person vorgestellt werden. Neben der Prozessvorstellung einer GWR wird ein Überblick über Voraussetzungen bis hin zu Visualisierungsmöglichkeiten aufgezeigt.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Evaluation von Methoden zur Erzeugung von Körpermustern im Kontext der forensischen 3D-Rekonstruktion. Dabei wurde die Hypothese verfolgt, dass eine Photogrammetrie-CAVE für diese Anwendung die besten Ergebnisse erzielen kann. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit hinterfragt, welche Methoden für diese Anwendung infrage kommen, wie effizient und genau diese sind und welche Unterschiede zwischen den Methoden zu erkennen sind. Um diese Fragen zu beantworten, wurden im Rahmen der Arbeit mehrere Modelle von verschiedenen Probanden unter Nutzung drei verschiedener Softwares erzeugt und evaluiert. Die Evaluation zeigt dabei große Unterschiede im Zeitaufwand und der Genauigkeit der Modelle. Weitere Forschung auf diesem Gebiet könnte die Nutzung der in dieser Arbeit verwendeten Software verfeinern, aber auch neue Ansätze und Softwaretypen auf ihre Tauglichkeit für diesen Anwendungsbereich testen.
Der Einsatz von künstlicher Intelligenz soll in der Zukunft auch die Verbrechensaufklärung unterstützen. Ein Teilgebiet dessen ist die Bewegungsanalyse von Menschen. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Verformung und Bewegung der Wirbelsäule, mit der Frage, wie viele Wirbel als digitale Knochen einzeln benötigt werden, um eine Bewegung noch möglichst natürlich und anatomisch korrekt darstellen zu können. Diese Arbeit befasst sich mit der Reduktion der Wirbelsäule bzw. einzelner Wirbel anhand der Erstellung und Posierung von 3DSkeletten, welche je über anders zusammengefasste Wirbel verfügen.
In dieser Arbeit soll es um die Digitalisierung von Asservaten zur nachfolgenden Simulation im digitalen Raum handeln. Das Hauptaugenmerk soll dabei auf der Evaluation der Übertragbarkeit von Relationen zwischen den genannten Asservaten liegen. Zu zeigen soll sein, dass beim Anziehen einer Hose an einen Körper Relationen in Form individueller Falten entstehen, welche zum einen durch die Digitalisierung nicht verloren gehen sollen. Zum anderen soll analysiert werden inwieweit diese Relationen als Nebenprodukt bei dem Nachbau einer digitalen Anzieh-Simulation mit Hilfe der Digitalisate entstehen. Die Qualität dieser Relationen wird dabei im Vergleich zu den real-weltlichen Relationen Vergleichen. Neben der Hose als erstes Asservat wird sich außerdem einer Kleiderpuppe als zweites Asservat gewidmet. Die Kleiderpuppe bildet dabei eine Abstraktion zu einem menschlichen Körper auf Grund von Vereinfachungen dar. Auch wenn die Forensik über eine große Vielfalt an Methoden zur computergestützten Aufnahme, Analyse und Rekonstruktion von Spuren verfügt zeigt sich ein großer Bedarf hinsichtlich Techniken in Bezug auf die computergestützte Modellierung. Des Weiteren soll vor allem das Hauptaugenmerk von biometrischen Merkmalen wie beispielsweise Fingerabdrücken auf weitere wichtige Bestandteile eines Tatortes wie die Kleidung gerichtet werden. Mit Bezug auf diese Aussagen soll diese Arbeit zeigen, dass die Forensik zum aktuellen Zeitpunkt nicht über die benötigten Methoden verfügt, weshalb Methoden der Film- und Spieleindustrie benötigt werden. Eine spätere Evaluation soll dabei der Nutzen dieser Methoden hervorgehoben werden. Bei diesen Betrachtungen ist vor allem der Unterschied wichtig, dass bei der Film- und Spieleindustrie die gewählte Perspektive entscheidend für den Realitätsgrad der Simulierungen ist, wohingegen in der Forensik stets der höchste Realitätsgrad eines ganzen Abbildes angestrebt wird. Um den Nutzen in der Forensik zu analysieren wird der enthaltene Wahrheitsgehalt der Methoden evaluiert. So können zukünftig diese Erkenntnisse als Grundlagen für die Entwicklung eigener Methoden im Fachbereich der Forensik genutzt werden.
In vielen Fällen der Kriminalistik steht die Eingrenzung eines Verdächtigenkreises im Vordergrund. Doch zur Verfügung stehen oftmals nur Zeugenaussagen oder Videomaterial, mit denen ein Phantombild oder eine grobe Beschreibung des Verdächtigen erstellt werden kann. Um anhand von Video- oder Fotomaterial eine Person besser beschreiben zu können, ist es Ziel dieser Arbeit ein statistisches Modell zur Beschreibung von Korrelationen in anthropometrischen Maßen und Pose Estimations herzuleiten.
Bei einer ersten Untersuchung wird geprüft, ob es möglich ist, Individuen der Körperhöhe 175 cm und 185 cm anhand sonstiger anthropometrischer Maße zu unterscheiden. Die positiven Resultate werden genutzt, um Möglichkeiten zu finden, eine Trennung der beiden Körperhöhengruppen auch mittels Pose Estimations vorzunehmen. Dazu wird ein erstes Regressionsmodell aufgestellt. Außerdem werden andere Charakteristiken des menschlichen Körpers genauer betrachtet, weitere Körpergruppen definiert und jene versucht mittels Pose Estimations vorherzusagen. Dabei können jedoch keine qualitativen statistischen Modelle zur Beschreibung von Korrelationen in anthropometrischen Maßen und Pose Estimations hergeleitet werden. Aufgrund dessen wird die direkte Vergleichbarkeit zwischen anthropometrischen Maßen und definierten Strecken der Pose Estimations untersucht. Diese kann jedoch nicht bestätigt werden. Daher wird an der Einteilung in Körpergruppen festgehalten. Um jene besser vorhersagen zu können, werden für alle Individuen weitere Aufnahmen aus wohl definierten Perspektiven gefertigt und anschließend mittels OpenPose verarbeitet. Die resultierenden Pose Estimations werden genutzt um dreidimensionale Rigs zu erzeugen. Dadurch sollen mit einer frontalen Betrachtung einhergehende Fehlerquellen, wie Drehungen oder Beugungen einzelner Körperteile, eliminiert werden. Um zu prüfen, welche Verbesserungen die dreidimensionalen Rigs mit sich bringen, werden die Untersuchungen aus dem ersten Teil dieser Arbeit wiederholt. Dabei wird festgestellt, dass mit wenigen Ausnahmen alle Ergebnisse verbessert werden können. Jedoch bleibt die Qualität einiger statistischer Modelle bei den durchgeführten Kreuzvalidierungen zu optimieren.
Evaluation softwarespezifischer Physik Engines hinsichtlich
der Verwendung im forensischen Kontext
(2020)
Das Ziel dieser Arbeit ist die Überprüfung der Bullet Physik Engine und der PhysX Engine hinsichtlich ihrer Tauglichkeit im Kontext der forensischen Fallsimulationen. Nach dem Behandeln der Theorie werden dafür experimentelle Ansätze in Form von Ragdollsimulationen genutzt, um die beiden Engines miteinander zu vergleichen und zu bewerten. Diese Versuche werden in den Programmen Blender und Unreal Engine 4 durchgeführt, welche die beiden Physikalgorithmen einbinden und so ebenfalls miteinander verglichen werden können. Zusätzlich wurde eine Standard Operating Procedure für die Erstellung von Ragdolls in Blender angefertigt.
Diese Arbeit thematisiert die digitale 3D-Modellierung des zur Hochschule Mittweida gehörenden Richard-Stücklen Baus. Hauptaugenmerk wird dabei auf die historische Entwicklung der veränderten Außenfassade und die einhergehende Frage, ob und inwieweit das das Gebäude umschließende Gitter performant umgesetzt werden kann, gelegt. Die Untersuchung der Frage erfolgt durch die Entwicklung eines beispielhaften Anwendungsfalls in Form einer interaktiven Software. Die Evaluation durch Performanztests legt dar, dass mit dieser Arbeit ein Weg gefunden wurde, den Richard-Stücklen Bau und sein Gitter durch eine eigens entwickelte Anwendung
performant darzustellen.
Die vorliegende Masterarbeit gibt einen Überblick über die verschiedenen Rendering-Verfahren für fotorealistische Visualisierungen in 3D Softwareanwendung. Ein Problem von fotorealistischen Renderings sind die realistische Darstellung und die damit verbundenen hohen Renderzeiten. An Hand von Beispielen sollen zwei verschiedene Renderer evaluiert werden. Mit Hilfe von Experimenten und einer Probandenbefragung sollen die Renderzeiten und der Grad des Realismus gemessen werden. Ziel dieser Arbeit soll es sein, die neuesten Verfahren für die Erstellung von fotorealistische Visualisierungen zu analysieren und zwei Renderer anhand eines Kriterienkatalogs zu vergleichen.
Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit Charakter Rigging unter Benutzung der 3D- Software Autodesk® 3ds Max 9®. Ziel ist es, die funktionelle Anatomie des menschlichen Skeletts möglichst exakt und detailliert auf ein virtuelles, dreidimensionales Skelettmodell zu übertragen. Dazu erfolgt neben einer Erläuterung der Grundlagen der Computeranimation auch eine detaillierte Analyse der menschlichen Gelenkanatomie. Es wird hier besonders auf die Bewegungsmöglichkeiten und Freiheitsgrade des Skeletts eingegangen. Außerdem werden die wichtigsten Rigging- Werkzeuge der Software Autodesk® 3ds Max® erläutert, um sie in einem praktischen Versuch sinnvoll anzuwenden. Dieser praktische Versuch die menschliche Anatomie auf das Skelettmodell zu übertragen wird in der Arbeit ausführlich beschrieben