Immagini spettacolari grazie a un algoritmo efficiente

Quando James Bond cerca di neutralizzare il suo nemico sul tetto di un treno che sfreccia nel deserto in "Skyfall", la maggior parte degli spettatori rimane incollata allo schermo. La tensione è creata da una serie di inquadrature che cambiano rapidamente: Un primo piano del volto di Bond, poi un'inquadratura a mezzo busto della scena del combattimento e infine un'inquadratura lunghissima del treno, del deserto e degli uomini che combattono. Le riprese di questa scena hanno comportato un enorme dispendio di personale, materiale e tecnica. Diversi cameraman hanno lavorato per ore in diverse location. ? stato persino necessario montare una gru sul tetto del treno per gli spettacolari primi piani.

Tobias N?geli, dottorando presso l'Advanced Interactive Technologies Lab del professor Otmar Hilliges dell'ETH, è convinto che tali scene possano essere filmate con meno sforzo. Insieme ai ricercatori della Delft University of Technology e dell'ETH Embotech, ha sviluppato un algoritmo che dovrebbe consentire ai droni di filmare autonomamente le scene dinamiche così come sono state concepite da registi e cameraman.

Mantenere il controllo sulla sezione dell'immagine

I droni vengono utilizzati per le riprese da anni. Tuttavia, per realizzare buone riprese sono necessari due esperti: uno per controllare il drone e l'altro per regolare la telecamera. Questo richiede tempo e costa molto denaro. Esistono già droni con telecamera commerciali in grado di seguire autonomamente una persona precedentemente definita. "Ma il regista perde il controllo sulla sezione dell'immagine e la capacità di mantenere diverse persone nell'inquadratura allo stesso tempo", dice N?geli. "Abbiamo quindi sviluppato un sistema di controllo intuitivo".

Per spiegare il sistema, N?geli fa un'analogia con gli aspirapolvere robotici: "Non diciamo al robot il percorso esatto che deve fare. Applicato al film, questo significa che per il regista non è importante dove si trovi esattamente il drone in un determinato momento. L'importante è che l'angolo di ripresa corrisponda alla sua visione finale.

Questo servizio di traduzione da cameraman a drone viene eseguito dall'algoritmo di N?geli. Parametri come la sezione dell'immagine, la persona da seguire o i movimenti della gru e della telecamera possono essere definiti prima del volo. Inoltre, sono previste limitazioni spaziali a favore della sicurezza, entro le quali il drone può muoversi liberamente. Il drone ricalcola il percorso esatto e il tempo per i cambi di direzione 50 volte al secondo. I dati necessari a questo scopo provengono dai sensori GPS.

Attrezzature a basso costo e algoritmi efficienti

Per una prima prova di concetto, N?geli ha utilizzato un semplice drone che può essere acquistato Chi siamo per meno di 500 franchi. L'algoritmo non viene eseguito sul drone stesso, ma su un computer portatile esterno che è collegato al drone via radio e con un'antenna direzionale. Questo permette di volare fino a un raggio di un chilometro e mezzo. "? sufficiente per la maggior parte delle applicazioni previste", commenta N?geli.

In una prima pubblicazione all'inizio dell'anno, N?geli, insieme ai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), ha dimostrato che il drone è in grado di eseguire autonomamente riprese precedentemente definite, tenendo conto della sezione dell'immagine nonché della posizione e dell'angolazione di un attore nell'immagine.

Il drone riconosce anche gli oggetti che interferiscono e li evita automaticamente. Per la seconda pubblicazione, N?geli ha incaricato la regista Christina Welter della Scuola universitaria delle arti di Zurigo (ZHdK) di disegnare una scena con una trama predeterminata che normalmente richiederebbe diverse telecamere e binari per le riprese. N?geli ha programmato due droni comunicanti con le corrispondenti indicazioni sceniche.

Questo gli permette di scattare immagini tradizionalmente difficili da realizzare, come una ripresa di inseguimento attraverso una finestra in apertura o una ripresa con due telecamere in uno spazio interno ristretto. Programmando i droni di conseguenza, N?geli è riuscito anche a evitare che volassero l'uno contro l'altro.

I cameraman della ZHdK erano scettici riguardo all'innovazione di N?geli; dopo tutto, comporre una buona immagine è un mestiere che si impara a fatica. "Ma noi non vogliamo certo sostituire il regista o i cameraman", spiega N?geli. "Piuttosto, il nostro sistema intende ampliare la gamma di strumenti a disposizione dei registi e consentire riprese che prima erano impossibili o richiedevano un grande sforzo".

Utilizzo per trasmissioni sportive e ispezioni

N?geli sta attualmente accarezzando l'idea di fondare un'apertura per commercializzare la tecnologia dopo aver completato la sua tesi di dottorato. L'ETH di Zurigo ha già presentato un'iscrizione per il brevetto dell'algoritmo. N?geli è convinto che i media e le produzioni cinematografiche potrebbero essere interessati. Lo dimostra, tra l'altro, un progetto di ricerca che coinvolge Deutsche Welle e la RAI italiana, finanziato dall'UE nell'ambito di Horizon 2020.

N?geli vede un primo campo di applicazione degli algoritmi non negli studi cinematografici, ma nelle trasmissioni sportive per la televisione, ad esempio nelle gare di sci. "Le riprese dinamiche sono molto popolari", afferma N?geli. "Ma i droni che volano manualmente possono mettere in pericolo gli atleti, come hanno dimostrato gli incidenti che si sono verificati in passato". Per questo motivo oggi si utilizzano solitamente le "spider cam", come nel caso dei Campionati mondiali di sci di St. La telecamera scorre su una fune metallica sopra l'atleta. La collisione tra un aereo e l'impianto a St. Moritz, avvenuta a febbraio, ha dimostrato che questa soluzione non è priva di pericoli. "In realtà facciamo la stessa cosa delle spider cam, solo virtualmente e senza cavi", spiega N?geli. "Possiamo creare in anticipo percorsi di volo virtuali che impediscono ai droni di scendere al di sotto di una distanza minima di sicurezza dall'atleta".

Gli algoritmi potrebbero essere utilizzati anche per ispezionare impianti industriali, ad esempio turbine eoliche che vengono scansionate per individuare eventuali difetti con l'aiuto di droni. Oppure per i trasporti: si potrebbero definire corridoi aerei in cui trasportare in sicurezza le riserve di sangue o gli organi dei donatori in caso di emergenza. "All'interno di questo corridoio, il drone potrebbe trovare autonomamente la rotta di volo più veloce e sicura".

Set cinematografici pieni di droni

Ma torniamo al film: come cambierà la tecnologia a lungo termine? Le scene di diversi minuti saranno presto girate esclusivamente con i droni? "Non vedo perché no", dice N?geli. "Già oggi è possibile sincronizzare 50 droni. Con il nostro algoritmo, tutti potrebbero essere programmati per riprendere esattamente le immagini che il regista desidera". Quindi, ad esempio, filmare l'eroica battaglia sul treno in movimento in "Skyfall" senza set-up di telecamere e senza un esercito di cameraman? "Al momento l'algoritmo è ancora agli inizi", spiega N?geli. "Ma con il giusto investimento nella tecnologia e un team dedicato, potremmo essere pronti in uno o due anni".