Augmented reality for non-rigid surfaces

Augmented Reality (AR) is the process of integrating virtual elements in reality, often by mixing computer graphics into a live video stream of a real scene. It requires registration of the target object with respect to the cameras. To this end, some approaches rely on dedicated hardware, such as magnetic trackers or infra-red cameras, but they are too expensive and cumbersome to reach a large public. Others are based on specifically designed markers which usually look like bar-codes. However, they alter the look of objects to be augmented, thereby hindering their use in application for which visual design matters. Recent advances in Computer Vision have made it possible to track and detect objects by relying on natural features. However, no such method is commonly used in the AR community, because the maturity of available packages is not sufficient yet. As far as deformable surfaces are concerned, the choice is even more limited, mainly because initialization is so difficult. Our main contribution is therefore a new AR framework that can properly augment deforming surfaces in real-time. Its target platform is a standard PC and a single webcam. It does not require any complex calibration procedure, making it perfectly suitable for novice end-users. To satisfy to the most demanding application designers, our framework does not require any scene engineering, renders virtual objects illuminated by real light, and let real elements occlude virtual ones. To meet this challenge, we developed several innovative techniques. Our approach to real-time registration of a deforming surface is based on wide-baseline feature matching. However, traditional outlier elimination techniques such as RANSAC are unable to handle the non-rigid surface's large number of degrees of freedom. We therefore proposed a new robust estimation scheme that allows both 2–D and 3–D non-rigid surface registration. Another issue of critical importance in AR to achieve realism is illumination handling, for which existing techniques often require setup procedures or devices such as reflective spheres. By contrast, our framework includes methods to estimate illumination for rendering purposes without sacrificing ease of use. Finally, several existing approaches to handling occlusions in AR rely on multiple cameras or can only deal with occluding objects modeled beforehand. Our requires only one camera and models occluding objects at runtime. We incorporated these components in a consistent and flexible framework. We used it to augment many different objects such as a deforming T-shirt or a sheet of paper, under challenging conditions, in real-time, and with correct handling of illumination and occlusions. We also used our non-rigid surface registration technique to measure the shape of deformed sails. We validated the ease of deployment of our framework by distributing a software package and letting an artist use it to create two AR applications

Analysis of affine motion-compensated prediction and its application in aerial video coding

Motion-compensated prediction is used in video coding standards like High Efficiency Video Coding (HEVC) as one key element of data compression. Commonly, a purely translational motion model is employed. In order to also cover non-translational motion types like rotation or scaling (zoom) contained in aerial video sequences such as captured from unmanned aerial vehicles, an affine motion model can be applied. In this work, a model for affine motion-compensated prediction in video coding is derived by extending a model of purely translational motion-compensated prediction. Using the rate-distortion theory and the displacement estimation error caused by inaccurate affine motion parameter estimation, the minimum required bit rate for encoding the prediction error is determined. In this model, the affine transformation parameters are assumed to be affected by statistically independent estimation errors, which all follow a zero-mean Gaussian distributed probability density function (pdf). The joint pdf of the estimation errors is derived and transformed into the pdf of the location-dependent displacement estimation error in the image. The latter is related to the minimum required bit rate for encoding the prediction error. Similar to the derivations of the fully affine motion model, a four-parameter simplified affine model is investigated. It is of particular interest since such a model is considered for the upcoming video coding standard Versatile Video Coding (VVC) succeeding HEVC. As the simplified affine motion model is able to describe most motions contained in aerial surveillance videos, its application in video coding is justified. Both models provide valuable information about the minimum bit rate for encoding the prediction error as a function of affine estimation accuracies. Although the bit rate in motion-compensated prediction can be considerably reduced by using a motion model which is able to describe motion types occurring in the scene, the total video bit rate may remain quite high, depending on the motion estimation accuracy. Thus, at the example of aerial surveillance sequences, a codec independent region of interest- ( ROI -) based aerial video coding system is proposed that exploits the characteristic of such sequences. Assuming the captured scene to be planar, one frame can be projected into another using global motion compensation. Consequently, only new emerging areas have to be encoded. At the decoder, all new areas are registered into a so-called mosaic. From this, reconstructed frames are extracted and concatenated as a video sequence. To also preserve moving objects in the reconstructed video, local motion is detected and encoded in addition to the new areas. The proposed general ROI coding system was evaluated for very low and low bit rates between 100 and 5000 kbit/s for aerial sequences of HD resolution. It is able to reduce the bit rate by 90% compared to common HEVC coding of similar quality. Subjective tests confirm that the overall image quality of the ROI coding system exceeds that of a common HEVC encoder especially at very low bit rates below 1 Mbit/s. To prevent discontinuities introduced by inaccurate global motion estimation, as may be caused by radial lens distortion, a fully automatic in-loop radial distortion compensation is proposed. For this purpose, an unknown radial distortion compensation parameter that is constant for a group of frames is jointly estimated with the global motion. This parameter is optimized to minimize the distortions of the projections of frames in the mosaic. By this approach, the global motion compensation was improved by 0.27dB and discontinuities in the frames extracted from the mosaic are diminished. As an additional benefit, the generation of long-term mosaics becomes possible, constructed by more than 1500 aerial frames with unknown radial lens distortion and without any calibration or manual lens distortion compensation.Bewegungskompensierte Prädiktion wird in Videocodierstandards wie High Efficiency Video Coding (HEVC) als ein Schlüsselelement zur Datenkompression verwendet. Typischerweise kommt dabei ein rein translatorisches Bewegungsmodell zum Einsatz. Um auch nicht-translatorische Bewegungen wie Rotation oder Skalierung (Zoom) beschreiben zu können, welche beispielsweise in von unbemannten Luftfahrzeugen aufgezeichneten Luftbildvideosequenzen enthalten sind, kann ein affines Bewegungsmodell verwendet werden. In dieser Arbeit wird aufbauend auf einem rein translatorischen Bewegungsmodell ein Modell für affine bewegungskompensierte Prädiktion hergeleitet. Unter Verwendung der Raten-Verzerrungs-Theorie und des Verschiebungsschätzfehlers, welcher aus einer inexakten affinen Bewegungsschätzung resultiert, wird die minimal erforderliche Bitrate zur Codierung des Prädiktionsfehlers hergeleitet. Für die Modellierung wird angenommen, dass die sechs Parameter einer affinen Transformation durch statistisch unabhängige Schätzfehler gestört sind. Für jeden dieser Schätzfehler wird angenommen, dass die Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung einer mittelwertfreien Gaußverteilung entspricht. Aus der Verbundwahrscheinlichkeitsdichte der Schätzfehler wird die Wahrscheinlichkeitsdichte des ortsabhängigen Verschiebungsschätzfehlers im Bild berechnet. Letztere wird schließlich zu der minimalen Bitrate in Beziehung gesetzt, welche für die Codierung des Prädiktionsfehlers benötigt wird. Analog zur obigen Ableitung des Modells für das voll-affine Bewegungsmodell wird ein vereinfachtes affines Bewegungsmodell mit vier Freiheitsgraden untersucht. Ein solches Modell wird derzeit auch im Rahmen der Standardisierung des HEVC-Nachfolgestandards Versatile Video Coding (VVC) evaluiert. Da das vereinfachte Modell bereits die meisten in Luftbildvideosequenzen vorkommenden Bewegungen abbilden kann, ist der Einsatz des vereinfachten affinen Modells in der Videocodierung gerechtfertigt. Beide Modelle liefern wertvolle Informationen über die minimal benötigte Bitrate zur Codierung des Prädiktionsfehlers in Abhängigkeit von der affinen Schätzgenauigkeit. Zwar kann die Bitrate mittels bewegungskompensierter Prädiktion durch Wahl eines geeigneten Bewegungsmodells und akkurater affiner Bewegungsschätzung stark reduziert werden, die verbleibende Gesamtbitrate kann allerdings dennoch relativ hoch sein. Deshalb wird am Beispiel von Luftbildvideosequenzen ein Regionen-von-Interesse- (ROI-) basiertes Codiersystem vorgeschlagen, welches spezielle Eigenschaften solcher Sequenzen ausnutzt. Unter der Annahme, dass eine aufgenommene Szene planar ist, kann ein Bild durch globale Bewegungskompensation in ein anderes projiziert werden. Deshalb müssen vom aktuellen Bild prinzipiell nur noch neu im Bild erscheinende Bereiche codiert werden. Am Decoder werden alle neuen Bildbereiche in einem gemeinsamen Mosaikbild registriert, aus dem schließlich die Einzelbilder der Videosequenz rekonstruiert werden können. Um auch lokale Bewegungen abzubilden, werden bewegte Objekte detektiert und zusätzlich zu neuen Bildbereichen als ROI codiert. Die Leistungsfähigkeit des ROI-Codiersystems wurde insbesondere für sehr niedrige und niedrige Bitraten von 100 bis 5000 kbit/s für Bilder in HD-Auflösung evaluiert. Im Vergleich zu einer gewöhnlichen HEVC-Codierung kann die Bitrate um 90% reduziert werden. Durch subjektive Tests wurde bestätigt, dass das ROI-Codiersystem insbesondere für sehr niedrige Bitraten von unter 1 Mbit/s deutlich leistungsfähiger in Bezug auf Detailauflösung und Gesamteindruck ist als ein herkömmliches HEVC-Referenzsystem. Um Diskontinuitäten in den rekonstruierten Videobildern zu vermeiden, die durch eine durch Linsenverzeichnungen induzierte ungenaue globale Bewegungsschätzung entstehen können, wird eine automatische Radialverzeichnungskorrektur vorgeschlagen. Dabei wird ein unbekannter, jedoch über mehrere Bilder konstanter Korrekturparameter gemeinsam mit der globalen Bewegung geschätzt. Dieser Parameter wird derart optimiert, dass die Projektionen der Bilder in das Mosaik möglichst wenig verzerrt werden. Daraus resultiert eine um 0,27dB verbesserte globale Bewegungskompensation, wodurch weniger Diskontinuitäten in den aus dem Mosaik rekonstruierten Bildern entstehen. Dieses Verfahren ermöglicht zusätzlich die Erstellung von Langzeitmosaiken aus über 1500 Luftbildern mit unbekannter Radialverzeichnung und ohne manuelle Korrektur

Robust and affordable localization and mapping for 3D reconstruction. Application to architecture and construction

La localización y mapeado simultáneo a partir de una sola cámara en movimiento se conoce como Monocular SLAM. En esta tesis se aborda este problema con cámaras de bajo coste cuyo principal reto consiste en ser robustos al ruido, blurring y otros artefactos que afectan a la imagen. La aproximación al problema es discreta, utilizando solo puntos de la imagen significativos para localizar la cámara y mapear el entorno. La principal contribución es una simplificación del grafo de poses que permite mejorar la precisión en las escenas más habituales, evaluada de forma exhaustiva en 4 datasets. Los resultados del mapeado permiten obtener una reconstrucción 3D de la escena que puede ser utilizada en arquitectura y construcción para Modelar la Información del Edificio (BIM). En la segunda parte de la tesis proponemos incorporar dicha información en un sistema de visualización avanzada usando WebGL que ayude a simplificar la implantación de la metodología BIM.Departamento de Informática (Arquitectura y Tecnología de Computadores, Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial, Lenguajes y Sistemas Informáticos)Doctorado en Informátic

23.2 The Poetic Eye

Rampike Vol. 23 / No. 2 (The Poetic Eye issue): Jaap Blonk, Barrie Tullet , Gustave Morin, Gregory Betts, Gary Barwin, Melody Sumner-Carnahan, W.M. Sutherland, Dennis Tourbin, Michael Winkler, Fernando Aguiar, Carol Stetser, Marilyn Rosenberg, Stan Rogal, Keith Garebian, Wendell Mayo, Andrew M. Niss, Lucas Crawford, Richard Kostelanetz, Antoni Miro, Amin Rehman, Lorenzo Menoud, LeRoy Gorman, Reed Altemus, Dennis Cooley, Mac MacArthur, Jürgen Olbrich, Nico Vassilakis, Elke Grundman, Anti-Oedipus, Aditya Bahl, Barrie Walsh, Derek Beaulieu, John M. Bennett, Joseph A. Brown & Terry Trowbridge, Vittore Baroni, Karl Kempton, Sergio Monteiro de Almeida, Serse Luigetti, Aaron Daigle, Gerry Shikatani, tENTATIVELY a cONVENIENCE, Stephanie Strange, John Nyman, Helen Hajnoczky, Ken Hunt, John Massey, Andrew Topel, rob mclennan & derek beaulieu & Kit Dobson, & bpNichol, Karl Jirgens, Fausto Bedoya. Front Cover Art: Jaap Blonk. Back Cover Art: Gustave Morin

Super-resolution of 3-dimensional scenes

Super-resolution is an image enhancement method that increases the resolution of images and video. Previously this technique could only be applied to 2D scenes. The super-resolution algorithm developed in this thesis creates high-resolution views of 3-dimensional scenes, using low-resolution images captured from varying, unknown positions

AXMEDIS 2007 Conference Proceedings

The AXMEDIS International Conference series has been established since 2005 and is focused on the research, developments and applications in the cross-media domain, exploring innovative technologies to meet the challenges of the sector. AXMEDIS2007 deals with all subjects and topics related to cross-media and digital-media content production, processing, management, standards, representation, sharing, interoperability, protection and rights management. It addresses the latest developments and future trends of the technologies and their applications, their impact and exploitation within academic, business and industrial communities

Personal imaging

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, School of Architecture and Planning, Program in Media Arts & Sciences, 1997.Includes bibliographical references (p. 217-223).In this thesis, I propose a new synergy between humans and computers, called "Humanistic Intelligence" (HI), and provide a precise definition of this new form of human-computer interaction. I then present a means and apparatus for reducing this principle to practice. The bulk of this thesis concentrates on a specific embodiment of this invention, called Personal Imaging, most notably, a system which I show attains new levels of creativity in photography, defines a new genre of documentary video, and goes beyond digital photography/video to define a new renaissance in imaging, based on simple principles of projective geometry combined with linearity and superposition properties of light. I first present a mathematical theory of imaging which allows the apparatus to measure, to within a single unknown constant, the quantity of light arriving from each direction, to a fixed point in space, using a collection of images taken from a sensor array having a possibly unknown nonlinearity. Within the context of personal imaging, this theory is a contribution in and of itself (in the sense that it was an unsolved problem previously), but when also combined with the proposed apparatus, it allows one to construct environment maps by simply looking around. I then present a new form of connected humanistic intelligence in which individuals can communicate, across boundaries of time and space, using shared environment maps, and the resulting computer-mediated reality that arises out of long-term adaptation in a personal imaging environment. Finally, I present a new philosophical framework for cultural criticism which arises out of a new concept called 'humanistic property'. This new philosophical framework has two axes, a 'reflectionist' axis and a 'diffusionist' axis. In particular, I apply the new framework to personal imaging, thus completing a body of work that lies at the intersection of art, science, and technology.by Steve Mann.Ph.D

Understanding and designing for control in camera operation

Kameraleute nutzen traditionell gezielt Hilfsmittel um kontrollierte Kamerabewegungen zu ermöglichen. Der technische Fortschritt hat hierbei unlängst zum Entstehen neuer Werkzeugen wie Gimbals, Drohnen oder Robotern beigetragen. Dabei wurden durch eine Kombination von Motorisierung, Computer-Vision und Machine-Learning auch neue Interaktionstechniken eingeführt. Neben dem etablierten achsenbasierten Stil wurde nun auch ein inhaltsbasierter Interaktionsstil ermöglicht. Einerseits vereinfachte dieser die Arbeit, andererseits aber folgten dieser (Teil-)Automatisierung auch unerwünschte Nebeneffekte. Grundsätzlich wollen sich Kameraleute während der Kamerabewegung kontinuierlich in Kontrolle und am Ende als Autoren der Aufnahmen fühlen. Während Automatisierung hierbei Experten unterstützen und Anfänger befähigen kann, führt sie unweigerlich auch zu einem gewissen Verlust an gewünschter Kontrolle. Wenn wir Kamerabewegung mit neuen Werkzeugen unterstützen wollen, stellt sich uns daher die Frage: Wie sollten wir diese Werkzeuge gestalten damit sie, trotz fortschreitender Automatisierung ein Gefühl von Kontrolle vermitteln? In der Vergangenheit wurde Kamerakontrolle bereits eingehend erforscht, allerdings vermehrt im virtuellen Raum. Die Anwendung inhaltsbasierter Kontrolle im physikalischen Raum trifft jedoch auf weniger erforschte domänenspezifische Herausforderungen welche gleichzeitig auch neue Gestaltungsmöglichkeiten eröffnen. Um dabei auf Nutzerbedürfnisse einzugehen, müssen sich Schnittstellen zum Beispiel an diese Einschränkungen anpassen können und ein Zusammenspiel mit bestehenden Praktiken erlauben. Bisherige Forschung fokussierte sich oftmals auf ein technisches Verständnis von Kamerafahrten, was sich auch in der Schnittstellengestaltung niederschlug. Im Gegensatz dazu trägt diese Arbeit zu einem besseren Verständnis der Motive und Praktiken von Kameraleuten bei und bildet eine Grundlage zur Forschung und Gestaltung von Nutzerschnittstellen. Diese Arbeit präsentiert dazu konkret drei Beiträge: Zuerst beschreiben wir ethnographische Studien über Experten und deren Praktiken. Sie zeigen vor allem die Herausforderungen von Automatisierung bei Kreativaufgaben auf (Assistenz vs. Kontrollgefühl). Zweitens, stellen wir ein Prototyping-Toolkit vor, dass für den Einsatz im Feld geeignet ist. Das Toolkit stellt Software für eine Replikation quelloffen bereit und erleichtert somit die Exploration von Designprototypen. Um Fragen zu deren Gestaltung besser beantworten zu können, stellen wir ebenfalls ein Evaluations-Framework vor, das vor allem Kontrollqualität und -gefühl bestimmt. Darin erweitern wir etablierte Ansätze um eine neurowissenschaftliche Methodik, um Daten explizit wie implizit erheben zu können. Drittens, präsentieren wir Designs und deren Evaluation aufbauend auf unserem Toolkit und Framework. Die Alternativen untersuchen Kontrolle bei verschiedenen Automatisierungsgraden und inhaltsbasierten Interaktionen. Auftretende Verdeckung durch graphische Elemente, wurde dabei durch visuelle Reduzierung und Mid-Air Gesten kompensiert. Unsere Studien implizieren hohe Grade an Kontrollqualität und -gefühl bei unseren Ansätzen, die zudem kreatives Arbeiten und bestehende Praktiken unterstützen.Cinematographers often use supportive tools to craft desired camera moves. Recent technological advances added new tools to the palette such as gimbals, drones or robots. The combination of motor-driven actuation, computer vision and machine learning in such systems also rendered new interaction techniques possible. In particular, a content-based interaction style was introduced in addition to the established axis-based style. On the one hand, content-based cocreation between humans and automated systems made it easier to reach high level goals. On the other hand however, the increased use of automation also introduced negative side effects. Creatives usually want to feel in control during executing the camera motion and in the end as the authors of the recorded shots. While automation can assist experts or enable novices, it unfortunately also takes away desired control from operators. Thus, if we want to support cinematographers with new tools and interaction techniques the following question arises: How should we design interfaces for camera motion control that, despite being increasingly automated, provide cinematographers with an experience of control? Camera control has been studied for decades, especially in virtual environments. Applying content-based interaction to physical environments opens up new design opportunities but also faces, less researched, domain-specific challenges. To suit the needs of cinematographers, designs need to be crafted with care. In particular, they must adapt to constraints of recordings on location. This makes an interplay with established practices essential. Previous work has mainly focused on a technology-centered understanding of camera travel which consequently influenced the design of camera control systems. In contrast, this thesis, contributes to the understanding of the motives of cinematographers, how they operate on set and provides a user-centered foundation informing cinematography specific research and design. The contribution of this thesis is threefold: First, we present ethnographic studies on expert users and their shooting practices on location. These studies highlight the challenges of introducing automation to a creative task (assistance vs feeling in control). Second, we report on a domain specific prototyping toolkit for in-situ deployment. The toolkit provides open source software for low cost replication enabling the exploration of design alternatives. To better inform design decisions, we further introduce an evaluation framework for estimating the resulting quality and sense of control. By extending established methodologies with a recent neuroscientific technique, it provides data on explicit as well as implicit levels and is designed to be applicable to other domains of HCI. Third, we present evaluations of designs based on our toolkit and framework. We explored a dynamic interplay of manual control with various degrees of automation. Further, we examined different content-based interaction styles. Here, occlusion due to graphical elements was found and addressed by exploring visual reduction strategies and mid-air gestures. Our studies demonstrate that high degrees of quality and sense of control are achievable with our tools that also support creativity and established practices

Understanding and designing for control in camera operation

Kameraleute nutzen traditionell gezielt Hilfsmittel um kontrollierte Kamerabewegungen zu ermöglichen. Der technische Fortschritt hat hierbei unlängst zum Entstehen neuer Werkzeugen wie Gimbals, Drohnen oder Robotern beigetragen. Dabei wurden durch eine Kombination von Motorisierung, Computer-Vision und Machine-Learning auch neue Interaktionstechniken eingeführt. Neben dem etablierten achsenbasierten Stil wurde nun auch ein inhaltsbasierter Interaktionsstil ermöglicht. Einerseits vereinfachte dieser die Arbeit, andererseits aber folgten dieser (Teil-)Automatisierung auch unerwünschte Nebeneffekte. Grundsätzlich wollen sich Kameraleute während der Kamerabewegung kontinuierlich in Kontrolle und am Ende als Autoren der Aufnahmen fühlen. Während Automatisierung hierbei Experten unterstützen und Anfänger befähigen kann, führt sie unweigerlich auch zu einem gewissen Verlust an gewünschter Kontrolle. Wenn wir Kamerabewegung mit neuen Werkzeugen unterstützen wollen, stellt sich uns daher die Frage: Wie sollten wir diese Werkzeuge gestalten damit sie, trotz fortschreitender Automatisierung ein Gefühl von Kontrolle vermitteln? In der Vergangenheit wurde Kamerakontrolle bereits eingehend erforscht, allerdings vermehrt im virtuellen Raum. Die Anwendung inhaltsbasierter Kontrolle im physikalischen Raum trifft jedoch auf weniger erforschte domänenspezifische Herausforderungen welche gleichzeitig auch neue Gestaltungsmöglichkeiten eröffnen. Um dabei auf Nutzerbedürfnisse einzugehen, müssen sich Schnittstellen zum Beispiel an diese Einschränkungen anpassen können und ein Zusammenspiel mit bestehenden Praktiken erlauben. Bisherige Forschung fokussierte sich oftmals auf ein technisches Verständnis von Kamerafahrten, was sich auch in der Schnittstellengestaltung niederschlug. Im Gegensatz dazu trägt diese Arbeit zu einem besseren Verständnis der Motive und Praktiken von Kameraleuten bei und bildet eine Grundlage zur Forschung und Gestaltung von Nutzerschnittstellen. Diese Arbeit präsentiert dazu konkret drei Beiträge: Zuerst beschreiben wir ethnographische Studien über Experten und deren Praktiken. Sie zeigen vor allem die Herausforderungen von Automatisierung bei Kreativaufgaben auf (Assistenz vs. Kontrollgefühl). Zweitens, stellen wir ein Prototyping-Toolkit vor, dass für den Einsatz im Feld geeignet ist. Das Toolkit stellt Software für eine Replikation quelloffen bereit und erleichtert somit die Exploration von Designprototypen. Um Fragen zu deren Gestaltung besser beantworten zu können, stellen wir ebenfalls ein Evaluations-Framework vor, das vor allem Kontrollqualität und -gefühl bestimmt. Darin erweitern wir etablierte Ansätze um eine neurowissenschaftliche Methodik, um Daten explizit wie implizit erheben zu können. Drittens, präsentieren wir Designs und deren Evaluation aufbauend auf unserem Toolkit und Framework. Die Alternativen untersuchen Kontrolle bei verschiedenen Automatisierungsgraden und inhaltsbasierten Interaktionen. Auftretende Verdeckung durch graphische Elemente, wurde dabei durch visuelle Reduzierung und Mid-Air Gesten kompensiert. Unsere Studien implizieren hohe Grade an Kontrollqualität und -gefühl bei unseren Ansätzen, die zudem kreatives Arbeiten und bestehende Praktiken unterstützen.Cinematographers often use supportive tools to craft desired camera moves. Recent technological advances added new tools to the palette such as gimbals, drones or robots. The combination of motor-driven actuation, computer vision and machine learning in such systems also rendered new interaction techniques possible. In particular, a content-based interaction style was introduced in addition to the established axis-based style. On the one hand, content-based cocreation between humans and automated systems made it easier to reach high level goals. On the other hand however, the increased use of automation also introduced negative side effects. Creatives usually want to feel in control during executing the camera motion and in the end as the authors of the recorded shots. While automation can assist experts or enable novices, it unfortunately also takes away desired control from operators. Thus, if we want to support cinematographers with new tools and interaction techniques the following question arises: How should we design interfaces for camera motion control that, despite being increasingly automated, provide cinematographers with an experience of control? Camera control has been studied for decades, especially in virtual environments. Applying content-based interaction to physical environments opens up new design opportunities but also faces, less researched, domain-specific challenges. To suit the needs of cinematographers, designs need to be crafted with care. In particular, they must adapt to constraints of recordings on location. This makes an interplay with established practices essential. Previous work has mainly focused on a technology-centered understanding of camera travel which consequently influenced the design of camera control systems. In contrast, this thesis, contributes to the understanding of the motives of cinematographers, how they operate on set and provides a user-centered foundation informing cinematography specific research and design. The contribution of this thesis is threefold: First, we present ethnographic studies on expert users and their shooting practices on location. These studies highlight the challenges of introducing automation to a creative task (assistance vs feeling in control). Second, we report on a domain specific prototyping toolkit for in-situ deployment. The toolkit provides open source software for low cost replication enabling the exploration of design alternatives. To better inform design decisions, we further introduce an evaluation framework for estimating the resulting quality and sense of control. By extending established methodologies with a recent neuroscientific technique, it provides data on explicit as well as implicit levels and is designed to be applicable to other domains of HCI. Third, we present evaluations of designs based on our toolkit and framework. We explored a dynamic interplay of manual control with various degrees of automation. Further, we examined different content-based interaction styles. Here, occlusion due to graphical elements was found and addressed by exploring visual reduction strategies and mid-air gestures. Our studies demonstrate that high degrees of quality and sense of control are achievable with our tools that also support creativity and established practices

Applicazione del Digital Storytelling come risorsa per il Digital Heritage Italiano

La ricerca si \ue8 concentrata sulla valorizzazione del patrimonio culturale italiano, che \ue8 stata presentata analizzando i prodotti digitali per la valorizzazione del cultural heritage realizzati nel 2015, e pensati per un pubblico non specializzato, che sono stati categorizzati in maniera tale da individuare le tendenze di sviluppo, e come e con quale grado di frequenza \ue8 stato incorporato lo storytelling all\u2019interno delle esperienze interattive per la promozione culturale. Nell\u2019analisi dell\u2019ampia letteratura sul digital heritage e sullo storytelling, sono stati selezionati i testi sulla base della loro rilevanza storica, e della coerenza tra le ipotesi di partenza, i dati presentati, e le recenti innovazioni tecnologiche in campo digitale. Analizzando i prodotti per il digital heritage sviluppati per la promozione, e non esclusivamente per la conservazione, del patrimonio culturale per un pubblico non specializzato che possiedono anche una dimensione interattiva sono state individuate tre categorie, quella dei musei virtuali, delle esibizioni culturali, e dei serious game, che descrivono i prodotti digitali realizzati in Italia nel 2015 per la promozione del cultural heritage. Per ogni categoria \ue8 stato presentato uno studio di caso specifico che esemplifica le caratteristiche individuate nelle categorie proposte. L\u2019analisi dei legami tra storytelling e serious games ha portato alla luce una serie di problematiche e criticit\ue0, in particolare nel rapporto tra l\u2019agency del videogiocatore e una struttura narrativa fortemente vincolante. Per superare questo problema, \ue8 stato proposto l\u2019utilizzo dei drama manager, software in grado di \u201cprevedere\u201d e controllare le scelte del videogiocatore, che potrebbero, anche nel caso del digital heritage, limitare i comportamenti distruttivi, che sono antitetici ai valori positivi che si accompagnano alla valorizzazione culturale, e al contempo salvaguardare quantomeno il senso di agency del videogiocatore. L\u2019analisi dei virtual enviroments e dell\u2019evoluzione di concetti come presence, agency, flow, enjoyment ha permesso di dimostrare come il ruolo dell\u2019utente, nel caso del digital heritage il visitatore, sia centrale per creare enriched spaces in grado di generare coinvolgimento nell\u2019utente. La riflessione sulle dimensioni, o livelli, dell\u2019esperienza, visceral, behavioral e reflective e i loro rapporto con l\u2019approccio estetico, pragmatico, olistico ed emotivo al design dell\u2019interazione, la definizione dell\u2019emotional, behavioral ed experience centered design hanno dimostrato come esistano modelli validi, anche se non definitivi, per analizzare il comportamento dell\u2019utente, e le modalit\ue0 con cui quest\u2019ultimo percepir\ue0 e comunicher\ue0 l\u2019esperienza che sta vivendo. L\u2019analisi del digital heritage italiano ha presentato un quadro in qualche modo positivo, che per\uf2 tradisce ancora alcune problematiche che sono il sintomo di un potenziale ancora inespresso. L\u2019analisi della promozione attraverso il web e i canali social ha messo in evidenza come le prestazioni delle istituzioni italiane siano decisamente inferiori rispetto ad altre realt\ue0 europee, nonostante diverse survey, compiute sia a livello italiano che europeo, dimostrino come gli utenti italiani utilizzino con regolarit\ue0 gli strumenti web e social, in misura anche maggiore rispetto alla media europea