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Datum: 18. Juli 2012, Nr. 51

Planetarische Nebel in 3D – aber bitte hochauflösend

Interaktive Weltraumansichten für Planetarien und Forschung

Forscher der Universität Stuttgart und der Technischen Universität Braunschweig haben gemeinsam ein neues Programm entwickelt, das aus einer Teleskopaufnahme eines planetarischen Nebels ein interaktives 3D-Modell rekonstruiert. Deren Auflösung kann damit gegenüber bisherigen Verfahren bedeutend gesteigert und die Qualität enorm verbessert werden. Die erzeugten Bilder wurden nun in den Katalog einer Firma für Planetarien-Technologie aufgenommen und können schon bald in Planetarien aller Welt bewundert werden.

Ein Sternenleben dauert mitunter mehrere Milliarden Jahre. Sterne, die der Größe unserer Sonne entsprechen, stoßen danach eine Hülle aus Gas und Plasma ab. Es bilden sich farbenprächtige, formschöne, teils leuchtende Wolken – sogenannte planetarische Nebel. Ihr faszinierendes Aussehen macht sie für Astronomen sowie für ein breites Publikum interessant, gern werden sie in Planetarien und Dokumentationen präsentiert.

Hochauflösende 3D-Modelle automatisch erzeugen
Fotos dieser astronomischen Phänomene werden von Hochleistungsteleskopen aufgenommen. Aufgrund der immensen Entfernungen der Nebel zur Erde erlauben diese jedoch nur das Betrachten aus einer einzigen Perspektive. Um mehr über ihre räumliche Gestalt und Struktur zu erfahren, werden dreidimensionale Modelle benötigt.

Ein Forscherteam der Technischen Universität Braunschweig entwickelte vor drei Jahren einen Algorithmus, der aus einem einzelnen Teleskopbild ein 3D-Modell rekonstruierte. Sie nutzten die optischen und symmetrischen Eigenschaften der Nebel, um fehlende Informationen aus anderen Perspektiven zu ersetzen. Mit anderen Worten: durch eine virtuelle Computer-Tomographie wurde ein interaktives Objekt erzeugt. Da astronomische Nebel nicht exakt spiegelgleich sind, wurden anschließend Details entsprechend der Fotos angepasst. „Mit der Methode konnten erstmals wissenschaftlich fundierte 3D-Bilder erstellt werden, allerdings waren sie hinsichtlich ihrer Größe und Qualität noch nicht geeignet für großflächige Abbildungen“, erklärt Marcus Magnor, Professor am Institut für Computergraphik in Braunschweig.

Jetzt wurde in Kooperation mit der Universität Stuttgart ein neues Verfahren entwickelt, dass die Darstellung und Auflösung der rekonstruierten Nebel enorm verbessert. Daniel Weiskopf, Professor am Visualisierungsinstitut, ist zufrieden mit dem Ergebnis: „Die Auflösung der 3D-Modelle konnte substanziell gesteigert werden und erreicht damit nahezu die Qualität der zu Grunde liegenden Teleskopbilder.“ Die Berechnung erfordert parallele Bilderzeugung und Rekonstruktion auf einem Cluster-Computer, wie er an dem Stuttgarter Institut zur Verfügung steht. Etwa zwölf Stunden benötigt dieser, um einen einzelnen Nebel hochauflösend zu rekonstruieren.

Einsatz in Planetarien und in der Weltraumforschung
Einer Präsentation in modernen digitalen Planetarien steht nun nichts mehr im Wege. Das Planetarium Flensburg wurde auf die Weiterentwicklung aufmerksam und äußerte reges Interesse. Inzwischen integriert Evans & Sutherland, eine amerikanische Herstellerfirma für Planetarien-Technik, die dreidimensionalen Nebel in ihre Software. Damit werden sie demnächst für Planetarien weltweit verfügbar sein und können von den Besuchern ihrer Vorstellungen bewundert werden.

Auch Astronomen bietet die Weiterentwicklung bessere Einblicke. Die hochauflösenden Weltraumansichten ermöglichen neue Erkenntnisse bei der Untersuchung dieser interessanten Objekte unseres Universums.

Weitere Informationen bei Tina Barthelmes, Universität Stuttgart, Visualisierungsinstitut, Tel. 0711/685-88604, e-mail: tina.barthelmes(at)visus.uni-stuttgart.de, www.visus.uni-stuttgart.de
Die Originalveröffentlichung, erscheint im Oktober 2012:
Stephan Wenger, Marco Ament, Stefan Guthe, Dirk Lorenz, Andreas Tillmann, Daniel Weiskopf, Marcus Magnor: Visualization of Astronomical Nebulae via Distributed Multi-GPU Compressed Sensing Tomography. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 18 (12).
 

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Planetarische Nebel können demnächst in Planetarien von verschiedenen Seiten betrachtet werden. Hier eine Aufnahme des Butterfly Nebula M2-9 im Planetarium der Fachhochschule Flensburg. Quelle: Universität Stuttgart/Visualisierungsinstitut, Universität Braunschweig/Institut für Computergraphik, Planetarium FH Flensburg.