Oceán je fascinující a zároveň tajemný. Naše oči vnímají pod vodou svět jinak – světlo se ohýbá, pohlcuje a rozptyluje na drobných částečkách, což mění barvy i tvary objektů. Červené korály se z dálky jeví šedě, bílé útvary zmodrají a mnohé detaily mizí úplně. Pro vědce, kteří zkoumají zdraví mořských ekosystémů, je to velký problém.

Právě proto vznikla technologie SeaSplat – nový nástroj, který dokáže podmořské snímky převést do takové podoby, jako by voda mezi fotografem a objektem vůbec nebyla. Obraz zůstane realistický, barvy odpovídají skutečnosti a scéna získává trojrozměrnou hloubku.

Jak funguje technologie SeaSplat

Za vývojem stojí tým z Massachusetts Institute of Technology (MIT) a Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI). Jádrem systému je kombinace algoritmů pro korekci barev a metody 3D Gaussian splatting (3DGS).

Zdroj: Shutterstock

Vědci nejprve vytvořili matematický model, který dokáže vypočítat, jak moc bylo každé jednotlivé pixelové místo ve snímku zkresleno vlivem vody. Tento model počítá s jevy, jako je zpětný rozptyl (backscatter), kdy světlo odrážející se od mikroskopických částic vytváří šedivý závoj, nebo attenuace, tedy útlum světla, který způsobuje postupné „vymírání“ barev na vzdálenost.

Po odstranění těchto optických zkreslení přichází na řadu 3D Gaussian splatting – moderní metoda, která spojuje sérii snímků do kompletní trojrozměrné scény. Výsledek není jen plochá fotografie, ale prostorový model, který je možné prozkoumávat z libovolného úhlu, jako by se člověk pod vodu skutečně potopil.

Virtuální potápění vědců

Praktické testy probíhaly na snímcích z různých míst světa – Rudé moře, Karibik, Pacifik u Panamy nebo americké Panenské ostrovy. Vědci z datasetů vytvořili kompletní 3D „světy“, ve kterých lze virtuálně plavat a detailně prohlížet korálové útesy, mořské houby i jemné struktury dna.

Jednou z nejzajímavějších funkcí je schopnost zachytit skutečné barvy korálů. Například bělení korálů, což je proces, kdy korály ztrácejí symbiotické řasy a bělají, je v tradičních snímcích často téměř neviditelné. Z dálky se bílý korál může jevit modrý nebo šedý, ale díky SeaSplat lze tento problém snadno odhalit.

Podmořská ekologie tak získává nástroj, který může zásadně změnit sledování zdravotního stavu oceánských ekosystémů. Vědci mohou digitálně „prolétnout“ celým prostředím a hledat i ty nejmenší náznaky problémů, aniž by museli fyzicky trávit hodiny pod hladinou.

Výzvy a limity nové technologie

SeaSplat zatím není bez omezení. Model vyžaduje výkonný stolní počítač, což komplikuje jeho využití přímo pod vodou. Prozatím tedy funguje hlavně v kombinaci s tethered operacemi – robot pořizuje snímky, posílá je na loď a výpočty probíhají v reálném čase tam.

Do budoucna však vývoj směřuje k miniaturizaci výpočetních jednotek a jejich integraci přímo do podmořských robotů. Jakmile se to podaří, bude možné vytvářet realistické 3D modely mořských scenérií přímo během průzkumů a posílat je vědcům na pevninu v reálném čase.