Reflectance Transformation Imaging (RTI) System for Ancient Documentary Artefacts

This tutorial summarises our uses of reflectance transformation imaging in archaeological contexts. It introduces the UK AHRC funded project reflectance Transformation Imaging for Anciant Documentary Artefacts and demonstrates imaging methodologies

Analyse de l'espace des chemins pour la composition des ombres et lumières

La réalisation des films d'animation 3D s'appuie de nos jours sur les techniques de rendu physiquement réaliste, qui simulent la propagation de la lumière dans chaque scène. Dans ce contexte, les graphistes 3D doivent jouer avec les effets de lumière pour accompagner la mise en scène, dérouler la narration du film, et transmettre son contenu émotionnel aux spectateurs. Cependant, les équations qui modélisent le comportement de la lumière laissent peu de place à l'expression artistique. De plus, l'édition de l'éclairage par essai-erreur est ralentie par les longs temps de rendu associés aux méthodes physiquement réalistes, ce qui rend fastidieux le travail des graphistes. Pour pallier ce problème, les studios d'animation ont souvent recours à la composition, où les graphistes retravaillent l'image en associant plusieurs calques issus du processus de rendu. Ces calques peuvent contenir des informations géométriques sur la scène, ou bien isoler un effet lumineux intéressant. L'avantage de la composition est de permettre une interaction en temps réel, basée sur les méthodes classiques d'édition en espace image. Notre contribution principale est la définition d'un nouveau type de calque pour la composition, le calque d'ombre. Un calque d'ombre contient la quantité d'énergie perdue dans la scène à cause du blocage des rayons lumineux par un objet choisi. Comparée aux outils existants, notre approche présente plusieurs avantages pour l'édition. D'abord, sa signification physique est simple à concevoir : lorsque l'on ajoute le calque d'ombre et l'image originale, toute ombre due à l'objet choisi disparaît. En comparaison, un masque d'ombre classique représente la fraction de rayons bloqués en chaque pixel, une information en valeurs de gris qui ne peut servir que d'approximation pour guider la composition. Ensuite, le calque d'ombre est compatible avec l'éclairage global : il enregistre l'énergie perdue depuis les sources secondaires, réfléchies au moins une fois dans la scène, là où les méthodes actuelles ne considèrent que les sources primaires. Enfin, nous démontrons l'existence d'une surestimation de l'éclairage dans trois logiciels de rendu différents lorsque le graphiste désactive les ombres pour un objet ; notre définition corrige ce défaut. Nous présentons un prototype d'implémentation des calques d'ombres à partir de quelques modifications du Path Tracing, l'algorithme de choix en production. Il exporte l'image originale et un nombre arbitraire de calques d'ombres liés à différents objets en une passe de rendu, requérant un temps supplémentaire de l'ordre de 15% dans des scènes à géométrie complexe et contenant plusieurs milieux participants. Des paramètres optionnels sont aussi proposés au graphiste pour affiner le rendu des calques d'ombres.The production of 3D animated motion picture now relies on physically realistic rendering techniques, that simulate light propagation within each scene. In this context, 3D artists must leverage lighting effects to support staging, deploy the film's narrative, and convey its emotional content to viewers. However, the equations that model the behavior of light leave little room for artistic expression. In addition, editing illumination by trial-and-error is tedious due to the long render times that physically realistic rendering requires. To remedy these problems, most animation studios resort to compositing, where artists rework a frame by associating multiple layers exported during rendering. These layers can contain geometric information on the scene, or isolate a particular lighting effect. The advantage of compositing is that interactions take place in real time, and are based on conventional image space operations. Our main contribution is the definition of a new type of layer for compositing, the shadow layer. A shadow layer contains the amount of energy lost in the scene due to the occlusion of light rays by a given object. Compared to existing tools, our approach presents several advantages for artistic editing. First, its physical meaning is straightforward: when a shadow layer is added to the original image, any shadow created by the chosen object disappears. In comparison, a traditional shadow matte represents the ratio of occluded rays at a pixel, a grayscale information that can only serve as an approximation to guide compositing operations. Second, shadow layers are compatible with global illumination: they pick up energy lost from secondary light sources that are scattered at least once in the scene, whereas the current methods only consider primary sources. Finally, we prove the existence of an overestimation of illumination in three different renderers when an artist disables the shadow of an object; our definition fixes this shortcoming. We present a prototype implementation for shadow layers obtained from a few modifications of path tracing, the main rendering algorithm in production. It exports the original image and any number of shadow layers associated with different objects in a single rendering pass, with an additional 15% time in scenes containing complex geometry and multiple participating media. Optional parameters are also proposed to the artist to fine-tune the rendering of shadow layers

Advanced methods for relightable scene representations in image space

The realistic reproduction of visual appearance of real-world objects requires accurate computer graphics models that describe the optical interaction of a scene with its surroundings. Data-driven approaches that model the scene globally as a reflectance field function in eight parameters deliver high quality and work for most material combinations, but are costly to acquire and store. Image-space relighting, which constrains the application to create photos with a virtual, fix camera in freely chosen illumination, requires only a 4D data structure to provide full fidelity. This thesis contributes to image-space relighting on four accounts: (1) We investigate the acquisition of 4D reflectance fields in the context of sampling and propose a practical setup for pre-filtering of reflectance data during recording, and apply it in an adaptive sampling scheme. (2) We introduce a feature-driven image synthesis algorithm for the interpolation of coarsely sampled reflectance data in software to achieve highly realistic images. (3) We propose an implicit reflectance data representation, which uses a Bayesian approach to relight complex scenes from the example of much simpler reference objects. (4) Finally, we construct novel, passive devices out of optical components that render reflectance field data in real-time, shaping the incident illumination into the desired imageDie realistische Wiedergabe der visuellen Erscheinung einer realen Szene setzt genaue Modelle aus der Computergraphik für die Interaktion der Szene mit ihrer Umgebung voraus. Globale Ansätze, die das Verhalten der Szene insgesamt als Reflektanzfeldfunktion in acht Parametern modellieren, liefern hohe Qualität für viele Materialtypen, sind aber teuer aufzuzeichnen und zu speichern. Verfahren zur Neubeleuchtung im Bildraum schränken die Anwendbarkeit auf fest gewählte Kameras ein, ermöglichen aber die freie Wahl der Beleuchtung, und erfordern dadurch lediglich eine 4D - Datenstruktur für volle Wiedergabetreue. Diese Arbeit enthält vier Beiträge zu diesem Thema: (1) wir untersuchen die Aufzeichnung von 4D Reflektanzfeldern im Kontext der Abtasttheorie und schlagen einen praktischen Aufbau vor, der Reflektanzdaten bereits während der Messung vorfiltert. Wir verwenden ihn in einem adaptiven Abtastschema. (2) Wir führen einen merkmalgesteuerten Bildsynthesealgorithmus für die Interpolation von grob abgetasteten Reflektanzdaten ein. (3) Wir schlagen eine implizite Beschreibung von Reflektanzdaten vor, die mit einem Bayesschen Ansatz komplexe Szenen anhand des Beispiels eines viel einfacheren Referenzobjektes neu beleuchtet. (4) Unter der Verwendung optischer Komponenten schaffen wir passive Aufbauten zur Darstellung von Reflektanzfeldern in Echtzeit, indem wir einfallende Beleuchtung direkt in das gewünschte Bild umwandeln

No fotorealismo y minería de imágenes

Durante los últimos años, la proliferación de los medios digitales ha creado la necesidad del desarrollo de herramientas para la eficiente representación, acceso y recuperación de información visual. La minería de imágenes se ha convertido en una importante rama de investigación a causa del potencial que posee en descubrir patrones característicos a partir de un conjunto extenso de imágenes. El reconocimiento de patrones implica la identificación de relaciones invariantes en una colección de imágenes a modo de poder obtener información para una posterior clasificación. Por otro lado, cuando una persona observa imágenes surge una asociación natural como consecuencia de la información visual que estas brindan. El área de No fotorealismo estudia el desarrollo de técnicas y metodológicas que faciliten la transmisión de información mediante imágenes. Es de interés el estudio de las habilidades y posibles relaciones existentes entre estas dos áreas a modo de poder bosquejar técnicas o metodologías que permitan la colaboración entre ellas.Eje: OtrosRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI