3D-Vision und 3D-Visualisierung in der Mars-Exploration

Wir haben mit unserem Partner VRVis – Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung weltweit einzigartige Rahmenbedingungen zur Prozessierung und Visualisierung planetarer Oberflächendaten (Mars, Mond, Asteroiden) geschaffen. Die Elemente „PRoViP“ und „PRo3D“ greifen zur Echtzeitzusammenführung und Visualisierung von 3D-Daten in allen Skalierungen von Millimetern bis zu tausenden Kilometern nahtlos ineinander.

Für die NASA Mars 2020 Mission erstellen wir gemeinsam mit unserem Partner VRVis und der wissenschaftlichen Interpretation durch die Österreichische Akademie der Wissenschaften 3D-Auswertungen aus Kamerabildern der Mars 2020 Perseverance Mission.

Für die ExoMars 2030 Mission steuern wir die 3D-Prozessierung für die drei Stereo-Kamera-Systeme PanCam, NavCam und LocCam bei.

Eingebunden in die wissenschaftlichen Teams der drei Rover-Missionen Mars 2020 (Perseverance), MSL (Curiosity) und ExoMars (Rosalind Franklin) tragen wir mit dreidimensionalen Auswertungen und Visualisierungen bei zu hochkarätigen Publikationen in Geologie, Klimatologie, Hydrologie und Bodenphysik unseres äußeren Nachbarplaneten. Unsere Lösungen beinhalten insbesondere Mechanismen der Stereo-Rekonstruktion, 3D-Datenfusionierung, Kamera-Kalibration, und Datenaufbereitung zur Echtzeit-Visualisierung und -Analyse.

Unser Experte Gerhard Paar ist Mastcam-Z Co-Investigator (Co-I), PanCam Lead Co-I für 3D, ExoMars CLUPI (Close-Up Imager) Co-I und MSL Collaborator und die DIGITAL Wissenschaftlerin Piluca Caballo ist Mitglied des Mars 2020 Wissenschaftsteams.

Referenzprojekte

• Mars-3D (FFG/ASAP 892662) überbrückt in Zusammenarbeit mit VRVis und ÖAW die Vorbereitungen für den 3D-Vision-Beitrag zur derzeit eingestellten ExoMars-Mission mit 3D-Vision-Betrieb von PanCam-Simulationen. Der Mastcam-Z 3D-Vision- und Impaktforschungs-Beitrag erfolgt im selben Zeitraum mit maximaler Synergie. Hauptziel ist die Publikation wissenschaftlicher Ergebnisse aus Geologie, Morphologie, Aeologie und Impaktforschung, die sich speziell aus den Möglichkeiten der 3D Vision und Visualisierung eröffnen, gemeinsam mit den jeweiligen Instrumententeams.
• Mars-4D (FFG/ASAP 911911) wird sich mit der Operations-Unterstützung und Publikationsaktivitäten basierend auf 3D-Vision in der Mars 2020 Mission im Zeitraum Oktober 2024 bis Juni 2026 befassen, hauptsächlich gekoppelt an Produkte des Mastcam-Z Stereokamera-Instruments. Mars-4D wird Mastcam-Z 3D-Vision-basierte wissenschaftliche Mars-Publikationsaktivitäten auf hohem Niveau in den Bereichen Geologie, Morphologie, Hydrologie und Äologie manifestieren, die vor allem von den einzigartigen Möglichkeiten profitieren, die die österreichischen 3D-Vision- und Visualisierungslösungen und -dienste bieten können.
• MSL-3D (FFG/ASAP 911912) ermöglicht es den Forschenden der MSL (Curiosity) Rover Mission, Gesteinsaufschlüsse genau zu rekonstruieren und zu untersuchen, die für das Verständnis der Geologie im Gale-Krater wichtig sind und Aufschluss über die klimatische Geschichte auf dem Mars und eine mögliche Bewohnbarkeit geben. So wollen die Forschenden in den kommenden Monaten mit MSL-3D die Oberflächenbedingungen und -prozesse rekonstruieren, die zur Ablagerung der Gediz-Vallis-Ridge und der Sulfat-Einschlüsse geführt haben, und Aufschlüsse vermessen, um die Steinschlaggefahr im Zusammenhang mit den Traversen und der Mobilität des Rovers in nahezu Echtzeit zu bewerten. Darüber hinaus werden einige weitere Regionen am Gale-Krater untersucht, die bisher noch nicht in allen Einzelheiten, insbesondere in 3D, erforscht wurden. Damit wird die wissenschaftliche Agenda von zwei britischen Wissenschaftlern (Dr. Davis und Dr. Banham vom Imperial College London) unterstützt. Die Stereobilder der Mastcam von Mars Rover Curiosity werden verarbeitet, um Strömungsereignisse an der Oberfläche und die Rekonstruktion der Paläo-Umgebungen entlang der Curiosity-Traverse zu untersuchen, wobei gelegentliche Präsentationen und Aufnahme-Anfragen für das Mastcam-Instruments der Forschung von Dr.Davis und Dr. Banham gewidmet sind, in Verbindung mit Gerhard Paar von DIGITAL als Mitglied des MSL-Science-Teams. 3D-Datenfusionierung mit den Terrain Modellen aus HiRISE- und CTX-Satellitenbildern wird die Charakterisierung von Merkmalen im Nahbereich (Geröllgröße, Korngröße) bis hin zu Merkmalen in km-Größe (Neigungen, auch als Statistiken auf m-Ebene) sowohl ausden besagten Satelliten- als auch aus den Mastcam-3D-Datenprodukten ermöglichen. Weitere einzigartige Stärken der österreichischen JR/VRVis-Verarbeitungs- und Visualisierungsexpertise werden die geometrische Mastcam-Kalibrierung verbessern und die Missionshistorie im geologischen Sinne und im Sinne der Öffentlichkeitsarbeit mittels kommentierter Videodokumentation in einer noch nie dagewesenen Genauigkeit zusammenstellen, wobei 3D-Modelle in mehreren Skalierungen aus den über PDS (Planetary Data System) veröffentlichten MSL-Datenprodukten und „Long-Baseline“-Stereokonfigurationen verwendet werden.
• Rosalind-3D (FFG/ASAP 911919) befasst sich mit der Vorbereitung des wissenschaftlichen Betriebs für die ExoMars Rover (Rosalind Franklin) Mission (Landung am Mars 2030) im Zeitraum Mai 2024 bis Dezember 2026 auf Basis von 3D-Vision und Visualisierung für das wissenschaftliche Stereo-Kamerasystem PanCam. Es umfasst Anpassungen der Datenschnittstellen, Verarbeitung und Visualisierung in Kenntnis der neuesten wissenschaftlichen Anforderungen, Trainingsaktivitäten und insbesondere die Teilnahme an halbjährlichen Tests in der Umgebung des Rover Operations Control Centre bei ALTEC in Turin. Unterstützt wird dies durch Aktualisierungen der Kalibrierung des Kamera-Systems, die Teilnahme an vorbereitenden Veröffentlichungen, die die Tests dokumentieren, und Aktivitäten zur Information der Öffentlichkeit. Die hier vorgeschlagene Rosalind-3D-Aktivität wird die Grundlagen für Rosalind Franklin 3D-Vision-basierte wissenschaftliche Marsforschungs-Publikationsaktivitäten auf hohem Niveau in den Bereichen Geologie, Morphologie, Hydrologie und Äologie schaffen, die nach der Rover-Landung im Jahr 2030 besonders von den einzigartigen Möglichkeiten profitieren werden, die die österreichischen 3D-Vision- und Visualisierungslösungen und -dienste bieten können.