Simultaneous Image Registration and Monocular Volumetric Reconstruction of a fluid flow

We propose to combine image registration and volumetric reconstruction from a monocular video of a draining off Hele-Shaw cell filled with water. A Hele-Shaw cell is a tank whose depth is small (e.g. 1 mm) compared to the other dimensions (e.g. 400 800 mm2). We use a technique known as molecular tagging which consists in marking by photobleaching a pattern in the fluid and then tracking its deformations. The evolution of the pattern is filmed with a camera whose principal axis coincides with the depth of the cell. The velocity of the fluid along this direction is not constant. Consequently,tracking the pattern cannot be achieved with classical methods because what is observed is the integration of the marked particles over the entire depth of the cell. The proposed approach is built on top of classical direct image registration in which we incorporate a volumetric image formation model. It allows us to accurately measure the motion and the velocity profiles for the entire volume (including the depth of the cell) which is something usually hard to achieve. The results we obtain are consistent with the theoretical hydrodynamic behaviour for this flow which is known as the laminar Poiseuille flow

Realistic rendering and reconstruction of astronomical objects and an augmented reality application for astronomy

These days, there is an ever increasing need for realistic models, renderings and visualization of astronomical objects to be used in planetarium and as a tool in modern astrophysical research. One of the major goals of this dissertation is to develop novel algorithms for recovering and rendering 3D models of a specific set of astronomical objects. We first present a method to render the color and shape of the solar disc in different climate conditions as well as for different height to temperature atmospheric profiles. We then present a method to render and reconstruct the 3D distribution of reflection nebulae. The rendering model takes into account scattering and absorption to generate physically realistic visualization of reflection nebulae. Further, we propose a reconstruction method for another type of astronomical objects, planetary nebulae. We also present a novel augmented reality application called the augmented astronomical telescope, tailored for educational astronomy. The real-time application augments the view through a telescope by projecting additional information such as images, text and video related to the currently observed object during observation. All methods previously proposed for rendering and reconstructing astronomical objects can be used to create novel content for the presented augmented reality application.Realistische Modelle, Visualisierungen und Renderings von astronomischen Objekten gewinnen heuzutage in Planetarium Shows oder als Werkzeug für die Astrophysikalische Forschung immer mehr an Bedeutung. Eines der Hauptziele dieser Dissertation ist es, neue Algorithmen zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten zu entwickeln. Wir beschreiben zuerst ein Verfahren zum Rendering von Farbe und Form der Sonnenscheibe für verschiedene Klimate und gegebenen Höhe zu Temperatur Profilen. Im weiterem wird eine Methode zum Rendering und zur Rekonstruktion von 3D Modellen von Reflexionsnebeln präsentiert. Das Renderingmodell berücksichtigt Streuung und Absorption, um physikalisch realistische Visualisierungen von Reflexionsnebeln zu erzeugen. Weiter, wird ein Rekonstruktionsalgorithmus für eine andere Art astronomischer Objekte, Planetarische Nebel, vorgeschlagen. Wir stellen eine neuartige Erweiterte Realität Anwendung vor, welche für die astronomische Bildung zugeschnitten ist. Die Anwedung erweitert die Sicht durch das Okular des Teleskopes und projiziert zusätzliche Informationen wie Bilder, Text und Video online, während des Betrachtens. Alle vorher erwähnten Verfahren zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten können verwendet werden, um Inhalte für die vorgestellte Erweiterte Realität Anwendung zu entwerfen

Realistic rendering and reconstruction of astronomical objects and an augmented reality application for astronomy

These days, there is an ever increasing need for realistic models, renderings and visualization of astronomical objects to be used in planetarium and as a tool in modern astrophysical research. One of the major goals of this dissertation is to develop novel algorithms for recovering and rendering 3D models of a specific set of astronomical objects. We first present a method to render the color and shape of the solar disc in different climate conditions as well as for different height to temperature atmospheric profiles. We then present a method to render and reconstruct the 3D distribution of reflection nebulae. The rendering model takes into account scattering and absorption to generate physically realistic visualization of reflection nebulae. Further, we propose a reconstruction method for another type of astronomical objects, planetary nebulae. We also present a novel augmented reality application called the augmented astronomical telescope, tailored for educational astronomy. The real-time application augments the view through a telescope by projecting additional information such as images, text and video related to the currently observed object during observation. All methods previously proposed for rendering and reconstructing astronomical objects can be used to create novel content for the presented augmented reality application.Realistische Modelle, Visualisierungen und Renderings von astronomischen Objekten gewinnen heuzutage in Planetarium Shows oder als Werkzeug für die Astrophysikalische Forschung immer mehr an Bedeutung. Eines der Hauptziele dieser Dissertation ist es, neue Algorithmen zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten zu entwickeln. Wir beschreiben zuerst ein Verfahren zum Rendering von Farbe und Form der Sonnenscheibe für verschiedene Klimate und gegebenen Höhe zu Temperatur Profilen. Im weiterem wird eine Methode zum Rendering und zur Rekonstruktion von 3D Modellen von Reflexionsnebeln präsentiert. Das Renderingmodell berücksichtigt Streuung und Absorption, um physikalisch realistische Visualisierungen von Reflexionsnebeln zu erzeugen. Weiter, wird ein Rekonstruktionsalgorithmus für eine andere Art astronomischer Objekte, Planetarische Nebel, vorgeschlagen. Wir stellen eine neuartige Erweiterte Realität Anwendung vor, welche für die astronomische Bildung zugeschnitten ist. Die Anwedung erweitert die Sicht durch das Okular des Teleskopes und projiziert zusätzliche Informationen wie Bilder, Text und Video online, während des Betrachtens. Alle vorher erwähnten Verfahren zum Rendering und zur Rekonstruktion von Astronomischen Objekten können verwendet werden, um Inhalte für die vorgestellte Erweiterte Realität Anwendung zu entwerfen