Das Unmögliche möglich machen: MIT's Meschers Tool erweckt Escher-inspirierte Illusionen zum Leben

Waren Sie schon einmal fasziniert von M.C. Eschers verblüffenden Kunstwerken mit realitätswidrigen Geometrien wie endlos geschlungenen Treppen oder bergauf fließenden Wasserfällen? Diese künstlerischen Meisterwerke, die als “unmögliche Objekte” bekannt sind, verblüffen den Geist mit ihrer Missachtung der Gesetze der Physik und Geometrie. In der 2D-Welt sind solche Illusionen möglich, aber ihre Umsetzung in 3D war schon immer eine rätselhafte Herausforderung.

Um diese Illusionen in 3D zu erzeugen, müssen reale 3D-Objekte oft geschickt geschnitten und in bestimmten Winkeln angeordnet werden. Dieser Ansatz hat jedoch seine Grenzen. Verschiebt man die Beleuchtung oder glättet das Objekt, bricht die Nachbildung zusammen. Außerdem können diese Strukturen nicht für genaue Geometrieberechnungen verwendet werden, da sie nicht wirklich im 3D-Raum existieren.

Ein innovativer Schritt nach vorn: Meschers

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, haben Forscher des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) des MIT ein innovatives Tool entwickelt: Meschers. So unwahrscheinlich es auch klingen mag, Meschers erzeugt 2,5D-Darstellungen unmöglicher Objekte. Diese bahnbrechende Technologie ermöglicht es Künstlern und Wissenschaftlern, diese Formen als real zu betrachten, ohne ihren illusorischen Charakter zu verlieren.

Anders als bei der traditionellen 3D-Modellierung zwingt Meschers diese unmöglichen Formen nicht in eine starre, konsistente 3D-Form. Stattdessen werden sie so modelliert, wie wir sie sehen, unter Verwendung bekannter X- und Y-Koordinaten und relativer Tiefenunterschiede zwischen benachbarten Pixeln. Dieser besondere Ansatz fängt das wahre Wesen unmöglicher Objekte ein und umgeht die Zwänge der physikalischen Machbarkeit.

Mit Meschers neue Grenzen der Geometrie und Kunst erschließen

Die Stärke von Meschers liegt in seiner Fähigkeit, mit “lokal konsistenten” Regionen zu arbeiten. Nehmen Sie die berühmte Penrose-Dreieck zum Beispiel. Für sich genommen scheint jede einzelne Ecke physikalisch möglich zu sein, aber die gesamte Form ist eine 3D-Unmöglichkeit. Meschers macht sich diesen Widerspruch zu eigen und ermöglicht es, verschiedene Teile eines Objekts individuell zu modellieren, ohne sie zu zwingen, einer einzigen globalen Geometrie zu entsprechen.

Dieser innovative Ansatz eröffnet eine neue Welt der Gestaltungsmöglichkeiten. Künstler können nun optische Täuschungen schaffen, die auch dann visuell konsistent bleiben, wenn ihre Beleuchtung oder ihr Aussehen verändert wird. Auf der anderen Seite können Forscher das Tool nutzen, um fortschrittliche Berechnungen durchzuführen, z. B. die Simulation von Wärmediffusion oder die Messung geodätischer Abstände auf Oberflächen, die sonst eine mathematische Herausforderung gewesen wären.

In einem faszinierenden Experiment wandte das Team Meschers auf einen “Impossibagel” an - einen Bagel, der auf unphysikalische Weise schattiert war. Mit dem Tool konnten sie die Wärmeübertragung über die Oberfläche simulieren und die Zeit berechnen, die eine Ameise benötigt, um von einer Seite zur anderen zu krabbeln - Erkenntnisse, die sich sowohl in der wissenschaftlichen Forschung als auch in der Kreativbranche als wertvoll erweisen können.

Für Ana Dodik, Hauptautorin und MIT-Doktorandin, bedeutet Meschers eine künstlerische Befreiung. Sie glaubt, dass diese neue Klasse von Formen, die durch Meschers erschlossen wird, eine unschätzbare Hilfe für Wahrnehmungswissenschaftler sein könnte, da sie ihnen hilft zu verstehen, an welchem Punkt ein Objekt wirklich unmöglich wird. Justin Solomon, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Informatik am MIT, pflichtet ihr bei und betont, dass Meschers zeigt, dass die Werkzeuge der Computergrafik nicht an die Zwänge der physikalischen Realität gebunden sein müssen.

Die Zukunft der unmöglichen Formen

Das Team konzentriert sich darauf, die Zugänglichkeit von Meschers weiter zu verbessern. Sie planen, eine benutzerfreundliche Schnittstelle zu entwerfen und die Fähigkeiten des Tools zu verbessern, um komplexere Szenen zu unterstützen. Außerdem ist eine Zusammenarbeit mit Wahrnehmungswissenschaftlern geplant, um zu erforschen, wie unser Gehirn diese unmöglichen Formen entschlüsselt, und wie Meschers uns helfen könnte, die visuelle Wahrnehmung besser zu verstehen.

Meschers ist nicht nur ein technologisches Wunderwerk, sondern auch eine Brücke zwischen Vorstellungskraft und Computern, die Schöpfern die Freiheit gibt, in Bereiche vorzudringen, die in unserem physischen Universum nicht existieren und auch nicht existieren können. Möchten Sie mehr erfahren? Hier ist der Originalartikel der MIT News zu Ihrer Information.