Contours and contrast

Abstract

Contrast in photographic and computer-generated imagery communicates colour and lightness differences that would be perceived when viewing the represented scene. Due to depiction constraints, the amount of displayable contrast is limited, reducing the image's ability to accurately represent the scene. A local contrast enhancement technique called unsharp masking can overcome these constraints by adding high-frequency contours to an image that increase its apparent contrast. In three novel algorithms inspired by unsharp masking, specialized local contrast enhancements are shown to overcome constraints of a limited dynamic range, overcome an achromatic palette, and to improve the rendering of 3D shapes and scenes. The Beyond Tone Mapping approach restores original HDR contrast to its tone mapped LDR counterpart by adding highfrequency colour contours to the LDR image while preserving its luminance. Apparent Greyscale is a multi-scale two-step technique that first converts colour images and video to greyscale according to their chromatic lightness, then restores diminished colour contrast with high-frequency luminance contours. Finally, 3D Unsharp Masking performs scene coherent enhancement by introducing 3D high-frequency luminance contours to emphasize the details, shapes, tonal range and spatial organization of a 3D scene within the rendering pipeline. As a perceptual justification, it is argued that a local contrast enhancement made with unsharp masking is related to the Cornsweet illusion, and that this may explain its effect on apparent contrast.

Seit vielen Jahren ist die realistische Erzeugung von virtuellen Charakteren ein zentraler Teil der Computergraphikforschung. Dennoch blieben bisher einige Probleme ungelöst. Dazu zählt unter anderem die Erzeugung von Charakteranimationen, welche unter der Benutzung der traditionellen, skelettbasierten Ansätze immer noch zeitaufwändig sind. Eine weitere Herausforderung stellt auch die passive Erfassung von Schauspielern in alltäglicher Kleidung dar. Darüber hinaus existieren im Gegensatz zu den zahlreichen skelettbasierten Ansätzen nur wenige Methoden zur Verarbeitung und Veränderung von Netzanimationen. In dieser Arbeit präsentieren wir Algorithmen zur Lösung jeder dieser Aufgaben. Unser erster Ansatz besteht aus zwei Netz-basierten Verfahren zur Vereinfachung von Charakteranimationen. Obwohl das kinematische Skelett beiseite gelegt wird, können beide Verfahren direkt in die traditionelle Pipeline integriert werden, wobei die Erstellung von Animationen mit wirklichkeitsgetreuen Körperverformungen ermöglicht wird. Im Anschluss präsentieren wir drei passive Aufnahmemethoden für Körperbewegung und Schauspiel, die ein deformierbares 3D-Modell zur Repräsentation der Szene benutzen. Diese Methoden können zur gemeinsamen Rekonstruktion von zeit- und raummässig kohärenter Geometrie, Bewegung und Oberflächentexturen benutzt werden, die auch zeitlich veränderlich sein dürfen. Aufnahmen von lockerer und alltäglicher Kleidung sind dabei problemlos möglich. Darüber hinaus ermöglichen die qualitativ hochwertigen Rekonstruktionen die realistische Darstellung von 3D Video-Sequenzen. Schließlich werden zwei neuartige Algorithmen zur Verarbeitung von Netz-Animationen beschrieben. Während der erste Algorithmus die vollautomatische Umwandlung von Netz-Animationen in skelettbasierte Animationen ermöglicht, erlaubt der zweite die automatische Konvertierung von Netz-Animationen in so genannte Animations-Collagen, einem neuen Kunst-Stil zur Animationsdarstellung. Die in dieser Dissertation beschriebenen Methoden können als Lösungen spezieller Probleme, aber auch als wichtige Bausteine größerer Anwendungen betrachtet werden. Zusammengenommen bilden sie ein leistungsfähiges System zur akkuraten Erfassung, zur Manipulation und zum realistischen Rendern von künstlerischen Aufführungen, dessen Fähigkeiten über diejenigen vieler verwandter Capture-Techniken hinausgehen. Auf diese Weise können wir die Bewegung, die im Zeitverlauf variierenden Details und die Textur-Informationen eines Schauspielers erfassen und sie in eine mit vollständiger Information versehene Charakter-Animation umwandeln, die unmittelbar weiterverwendet werden kann, sich aber auch zur realistischen Darstellung des Schauspielers aus beliebigen Blickrichtungen eignet.