7 research outputs found
Perceptual quality of BRDF approximations: dataset and metrics
International audienceBidirectional Reflectance Distribution Functions (BRDFs) are pivotal to the perceived realism in image synthesis. While measured BRDF datasets are available, reflectance functions are most of the time approximated by analytical formulas for storage efficiency reasons. These approximations are often obtained by minimizing metrics such as L 2 —or weighted quadratic—distances, but these metrics do not usually correlate well with perceptual quality when the BRDF is used in a rendering context, which motivates a perceptual study. The contributions of this paper are threefold. First, we perform a large-scale user study to assess the perceptual quality of 2026 BRDF approximations, resulting in 84138 judgments across 1005 unique participants. We explore this dataset and analyze perceptual scores based on material type and illumination. Second, we assess nine analytical BRDF models in their ability to approximate tabulated BRDFs. Third, we assess several image-based and BRDF-based (Lp, optimal transport and kernel distance) metrics in their ability to approximate perceptual similarity judgments
Исследование и анализ математической модели физически корректного отражения света
Целью данной работы является построение и оценка адекватности модели физически корректного отражения света с учетом аппроксимации уравнений Френеля и функции плотности нормального распределения функциями Френеля-Шлика и Trowbridge-Reitz GGX соответственно.
Объектом исследования является распространение света в реальном мире, а предметом исследования – модель имитации света для создания реалистичного освящения, отражения и теней рассматриваемых объектов.
В процессе выполнения работы были рассмотрены особенности задачи физически достоверной имитации света и проведен сравнительный анализ существующих математических моделей для решения данной задачи.The goal of this work is to construct and evaluate the adequacy of the model of physically correct light reflection, taking into account the approximation of the Fresnel equations and the normal distribution density function by the Fresnel-Schlick and Trowbridge-Reitz GGX functions, respectively.
The object of study is the propagation of light in the real world, and the object of study is a model of imitation of light to create realistic sanctification, reflection and shadows of the objects in question.
In the process of performing the work, the features of the problem of physically reliable simulation of light were considered and a comparative analysis of the existing mathematical models for solving this problem was carried out
Perceptually-motivated, interactive rendering and editing of global illumination
This thesis proposes several new perceptually-motivated techniques to synthesize, edit and enhance depiction of three-dimensional virtual scenes. Finding algorithms that fit the perceptually economic middle ground between artistic depiction and full physical simulation is the challenge taken in this work. First, we will present three interactive global illumination rendering approaches that are inspired by perception to efficiently depict important light transport. Those methods have in common to compute global illumination in large and fully dynamic scenes allowing for light, geometry, and material changes at interactive or real-time rates. Further, this thesis proposes a tool to edit reflections, that allows to bend physical laws to match artistic goals by exploiting perception. Finally, this work contributes a post-processing operator that depicts high contrast scenes in the same way as artists do, by simulating it "seen'; through a dynamic virtual human eye in real-time.Diese Arbeit stellt eine Anzahl von Algorithmen zur Synthese, Bearbeitung und verbesserten Darstellung von virtuellen drei-dimensionalen Szenen vor. Die Herausforderung liegt dabei in der Suche nach Ausgewogenheit zwischen korrekter physikalischer Berechnung und der künstlerischen, durch die Gesetze der menschlichen Wahrnehmung motivierten Praxis. Zunächst werden drei Verfahren zur Bild-Synthese mit globaler Beleuchtung vorgestellt, deren Gemeinsamkeit in der effizienten Handhabung großer und dynamischer virtueller Szenen liegt, in denen sich Geometrie, Materialen und Licht frei verändern lassen. Darauffolgend wird ein Werkzeug zum Editieren von Reflektionen in virtuellen Szenen das die menschliche Wahrnehmung ausnutzt um künstlerische Vorgaben umzusetzen, vorgestellt. Die Arbeit schließt mit einem Filter am Ende der Verarbeitungskette, der den wahrgenommen Kontrast in einem Bild erhöht, indem er die Entstehung von Glanzeffekten im menschlichen Auge nachbildet
LightSkin: Globale Echtzeitbeleuchtung für Virtual und Augmented Reality
In nature, each interaction of light is bound to a global context. Thus,
each observable natural light phenomenon is the result of global
illumination. It is based on manifold laws of absorption, reflection, and
refraction, which are mostly too complex to simulate given the real-time
constraints of interactive applications. Therefore, many interactive
applications do not support the simulation of those global illumination
phenomena yet, which results in unrealistic and synthetic-looking
renderings. This unrealistic rendering becomes especially a problem in the
context of virtual reality and augmented reality applications, where the
user should experience the simulation as realistic as possible. In this
thesis we present a novel approach called LightSkin that calculates global
illumination phenomena in real-time. The approach was especially developed
for virtual reality and augmented reality applications satisfying several
constraints coming along with those applications. As part of the approach
we introduce a novel interpolation scheme, which is capable to calculate
realistic indirect illumination results based on a few number of supporting
points, distributed on model surfaces. Each supporting point creates its
own proxy light sources, which are used to represent the whole indirect
illumination for this point in a compact manner. These proxy light sources
are then linearly interpolated to obtain dense results for the entire
visible scene. Due to an efficient implementation on GPU, the method is
very fast supporting complex and dynamic scenes. Based on the approach, it
is possible to simulate diffuse and glossy indirect reflections, soft
shadows, and multiple subsurface scattering phenomena without neglecting
filigree surface details. Furthermore, the method can be adapted to
augmented reality applications providing mutual global illumination effects
between dynamic real and virtual objects using an active RGB-D sensor
device. In contrast to existing interactive global illumination approaches,
our approach supports all kinds of animations, handling them more
efficient, not requiring extra calculations or leading to disturbing
temporal artifacts. This thesis contains all information needed to
understand, implement, and evaluate the novel LightSkin approach and also
provides a comprehensive overview of the related field of research.In der Natur ist jede Interaktion des Lichts mit Materie in einen globalen
Kontext eingebunden, weswegen alle natürlichen Beleuchtungsphänomene in
unserer Umwelt das Resultat globaler Beleuchtung sind. Diese basiert auf
der Anwendung mannigfaltiger Absorptions-, Reflexions- und
Brechungsgesetze, deren Simulation so komplex ist, dass interaktive
Anwendungen diese nicht in wenigen Millisekunden berechnen können. Deshalb
wurde bisher in vielen interaktiven Systemen auf die Abbildung von solchen
globalen Beleuchtungsphänomenen verzichtet, was jedoch zu einer
unrealistischen und synthetisch-wirkenden Darstellung führte. Diese
unrealistische Darstellung ist besonders für die Anwendungsfelder Virtual
Reality und Augmented Reality, bei denen der Nutzer eine möglichst
realitätsnahe Simulation erfahren soll, ein gewichtiger Nachteil. In dieser
Arbeit wird das LightSkin-Verfahren vorgestellt, das es erlaubt, globale
Beleuchtungsphänomene in einer Echtzeitanwendung darzustellen. Das
Verfahren wurde speziell für die Anwendungsfelder Virtual Reality und
Augmented Reality entwickelt und erfüllt spezifische Anforderungen, die
diese an eine Echtzeitanwendung stellen. Bei dem Verfahren wird das
indirekte Licht durch eine geringe Anzahl von Punktlichtquellen
(Proxy-Lichtquellen) repräsentiert, die für eine lose Menge von
Oberflächenpunkten (Caches) berechnet und anschließend über die komplette
sichtbare Szene interpoliert werden. Diese neue Form der Repräsentation der
indirekten Beleuchtung erlaubt eine effiziente Berechnung von diffusen und
glänzenden indirekten Reflexionen, die Abbildung von weichen Schatten und
die Simulation von Multiple-Subsurface-Scattering-Effekten in Echtzeit für
komplexe und voll dynamische Szenen. Ferner wird gezeigt, wie das Verfahren
modifiziert werden kann, um globale Lichtwechselwirkungen zwischen realen
und virtuellen Objekten in einer Augmented-Reality-Anwendung zu simulieren.
Im Gegensatz zu den meisten existierenden Echtzeitverfahren zur Simulation
von globalen Beleuchtungseffekten benötigt der hier vorgestellte Ansatz
keine aufwändigen zusätzlichen Berechnungen bei Animationen und erzeugt
darüber hinaus für diese keine visuellen Artefakte. Diese Arbeit enthält
alle Informationen, die zum Verständnis, zur Implementierung und zur
Evaluation des LightSkin-Verfahrens benötigt werden und gibt darüber hinaus
einen umfassenden Über- blick über das Forschungsfeld