eDavid (robot)

eDavid

Tillverkare	Universitetet i Konstanz
Skapandets år	2009
Typ	Ledad robot
Syfte	Måla
Hemsida	www.informatik.uni-konstanz.de/en/edavid/

e-David är en målarrobot utvecklad vid Universität Konstanz (Universitetet i Konstanz) som beräknar penseldrag från en ingångsbild och målar bilden på en duk. Projektet startade 2009 som en enarmad svetsrobot modifierad för att kunna måla. Robotens arm kan växla mellan olika penslar och pennor och är utrustad med en avståndssensor för att mäta exakt hur långt armen är från duken. e-David har två huvudmålningsmetoder: fördefinierade streckkandidater och dynamiskt genererade streck.

Utveckling

e-David utvecklades av prof. Dr. Oliver Deussen, Thomas Lindemeier, Mark Tautzenberger och Dr. Sören Pirk vid institutionen för data- och informationsvetenskap. Målet för projektet var att bygga en robot som efterliknar den manuella målningsprocessen: målning i iterationer tills önskad bild uppnås. Detta skiljer sig från tidigare målarrobotar eftersom roboten målar i iterativa steg i stället för att beräkna den perfekta uppsättningen av streck och måla en gång och flyttar optimeringsprocessen från datorn till duken. e-David implementerar funktioner från tidigare verk, inklusive AARON , en robot utvecklad av Harold Cohens för att måla abstrakt konst. Men till skillnad från AARON fokuserar e-David på att representera en ingångsbild korrekt snarare än att generera abstrakt konst.

Nyare utveckling inkluderar e-Davids förmåga att återge enstaka drag eller skrift från en referens, som målad av en människa. Roboten kan också iterativt förbättra sina reproduktionsförsök: eftersom borsten är ett flexibelt verktyg introducerar den ett visst positioneringsfel i penseldraget på duken. e-David jämför nu skillnaden mellan strecket det målar och prototypslaget och beräknar en uppdaterad penselbana för att minimera felet. Resultaten lagras och maskinen bygger en databas med rörelsebanor och resulterande penseldrag.

Målningsprocess

e-David tar in ett ingångsfoto och genererar en uppsättning penseldrag som varierar i längd och bredd. Algoritmen implementerar en visuell återkopplingsslinga . Slingan följer dessa steg:

• målar en uppsättning datorgenererade streck
• kontrollerar om de målade linjerna korrekt representerar inmatningsbilden
• genererar nästa uppsättning drag för att mer exakt matcha inmatningsbilden

Denna process efterliknar den mänskliga målningsprocessen, precis som en målare skulle ljusa upp och mörka en målning till belåtenhet snarare än att måla en perfekt målning i ett försök. Detta gör det också möjligt för roboten att självständigt korrigera misstag orsakade av droppande färg, deformerade penslar etc, eftersom en sådan defekt upptäcks när man jämför ingångsbilden med det aktuella arbetsytans tillstånd.

Strokegenereringsmetoder

e-David använder två olika slaggenereringsmetoder: fördefinierade slag och dynamiskt genererade slag.

Fördefinierade slag

Denna metod väljer de nya slagen från en uppsättning av 3 olika längder, 3 olika bredder och 60 olika riktningar, vilket resulterar i 540 olika möjliga slag. På varje plats i bilden är alla de 540 möjliga streckkandidaterna "utprovade", och e-David väljer den linje som matchar bilden vid den punkten med högsta kvalitet. Under varje iteration av återkopplingsslingan målar e-David 300 fördefinierade linjer. De resulterande penseldragen är korta i jämförelse med dynamiskt genererade drag.

Dynamiskt genererade slag

Den här metoden använder bildgradienten för att skapa längre penseldragsbanor snarare än många kortare drag som används i den fördefinierade linjemetoden. Bildgradienten är hur färgen eller intensiteten på en bild förändras på en viss plats. Till exempel, om bilden vid en viss pixel i en bild övergår från en ljusare färg till en mörkare färg, kommer gradienten på den platsen att indikera på vilket sätt bilden blir ljusare/mörkare och hur snabbt den blir ljusare/mörkare. e-David genererar en samling penseldrag vinkelrätt mot gradientens riktning, vilket resulterar i linjer längs banor med liknande färgintensitet.

e-David tar alla dessa dynamiskt genererade streck och väljer de vägar som inte överlappar varandra. De valda penseldragen, vanligtvis längre och mjukare än fördefinierade drag, resulterar i mörka och uttrycksfulla målningar.

Jämförelse av stilar

Fördefinierade linjer resulterar i mycket rena målningar, men de kortare förinställda penseldragen verkar mer robotiska än målningar skapade av dynamiskt genererade linjer. Ett sätt att förbättra denna målarstil är att inkludera längre och mer varierande penseldrag, men detta kan sakta ner processen på grund av det större antalet fördefinierade penseldrag att "prova" att välja mellan.

I dynamiskt genererade streck är områden av målningen med hög detaljrikedom ofta för mörka. Dynamiskt genererade drag ser dock mer komplexa och konstnärliga ut än fördefinierade drag på grund av de unika penseldragen. Ett sätt att förbättra de dynamiskt genererade linjerna är att förhindra skapandet av mörka fläckar genom att filtrera fina linjer i områden med hög detaljrikedom.

Offentliga framträdanden

Konstnären Liat Grayver använder e-David för att skapa samtidskonst, som har visats på flera platser i Tyskland och Israel. En mobil demonstrator av e-David-systemet har ställts ut i Leipzig och Zürich.