Efficient, image-based appearance acquisition of real-world objects

Abstract

Two ingredients are necessary to synthesize realistic images: an accurate rendering algorithm and, equally important, high-quality models in terms of geometry and reflection properties. In this dissertation we focus on capturing the appearance of real world objects. The acquired model must represent both the geometry and the reflection properties of the object in order to create new views of the object with novel illumination. Starting from scanned 3D geometry, we measure the reflection properties (BRDF) of the object from images taken under known viewing and lighting conditions. The BRDF measurement require only a small number of input images and is made even more efficient by a view planning algorithm. In particular, we propose algorithms for efficient image-to-geometry registration, and an image-based measurement technique to reconstruct spatially varying materials from a sparse set of images using a point light source. Moreover, we present a view planning algorithm that calculates camera and light source positions for optimal quality and efficiency of the measurement process. Relightable models of real-world objects are requested in various fields such as movie production, e-commerce, digital libraries, and virtual heritage.

Zur Synthetisierung realistischer Bilder ist zweierlei nötig: ein akkurates Verfahren zur Beleuchtungsberechnung und, ebenso wichtig, qualitativ hochwertige Modelle, die Geometrie und Reflexionseigenschaften der Szene repräsentieren. Die Aufnahme des Erscheinungbildes realer Gegenstände steht im Mittelpunkt dieser Dissertation. Um beliebige Ansichten eines Gegenstandes unter neuer Beleuchtung zu berechnen, müssen die aufgenommenen Modelle sowohl die Geometrie als auch die Reflexionseigenschaften beinhalten. Ausgehend von einem eingescannten 3D-Geometriemodell, werden die Reflexionseigenschaften (BRDF) anhand von Bildern des Objekts gemessen, die unter kontrollierten Lichtverhältnissen aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen wurden. Für die Messungen der BRDF sind nur wenige Eingabebilder erforderlich. Im Speziellen werden Methoden vorgestellt für die Registrierung von Bildern und Geometrie sowie für die bildbasierte Messung von variierenden Materialien. Zur zusätzlichen Steigerung der Effizienz der Aufnahme wie der Qualität des Modells, wurde ein Planungsalgorithmus entwickelt, der optimale Kamera- und Lichtquellenpositionen berechnet. Anwendung finden virtuelle 3D-Modelle bespielsweise in der Filmproduktion, im E-Commerce, in digitalen Bibliotheken wie auch bei der Bewahrung von kulturhistorischem Erbe.