Artistic Path Space Editing of Physically Based Light Transport

Die Erzeugung realistischer Bilder ist ein wichtiges Ziel der Computergrafik, mit Anwendungen u.a. in der Spielfilmindustrie, Architektur und Medizin. Die physikalisch basierte Bildsynthese, welche in letzter Zeit anwendungsübergreifend weiten Anklang findet, bedient sich der numerischen Simulation des Lichttransports entlang durch die geometrische Optik vorgegebener Ausbreitungspfade; ein Modell, welches für übliche Szenen ausreicht, Photorealismus zu erzielen. Insgesamt gesehen ist heute das computergestützte Verfassen von Bildern und Animationen mit wohlgestalteter und theoretisch fundierter Schattierung stark vereinfacht. Allerdings ist bei der praktischen Umsetzung auch die Rücksichtnahme auf Details wie die Struktur des Ausgabegeräts wichtig und z.B. das Teilproblem der effizienten physikalisch basierten Bildsynthese in partizipierenden Medien ist noch weit davon entfernt, als gelöst zu gelten. Weiterhin ist die Bildsynthese als Teil eines weiteren Kontextes zu sehen: der effektiven Kommunikation von Ideen und Informationen. Seien es nun Form und Funktion eines Gebäudes, die medizinische Visualisierung einer Computertomografie oder aber die Stimmung einer Filmsequenz -- Botschaften in Form digitaler Bilder sind heutzutage omnipräsent. Leider hat die Verbreitung der -- auf Simulation ausgelegten -- Methodik der physikalisch basierten Bildsynthese generell zu einem Verlust intuitiver, feingestalteter und lokaler künstlerischer Kontrolle des finalen Bildinhalts geführt, welche in vorherigen, weniger strikten Paradigmen vorhanden war. Die Beiträge dieser Dissertation decken unterschiedliche Aspekte der Bildsynthese ab. Dies sind zunächst einmal die grundlegende Subpixel-Bildsynthese sowie effiziente Bildsyntheseverfahren für partizipierende Medien. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen jedoch Ansätze zum effektiven visuellen Verständnis der Lichtausbreitung, die eine lokale künstlerische Einflussnahme ermöglichen und gleichzeitig auf globaler Ebene konsistente und glaubwürdige Ergebnisse erzielen. Hierbei ist die Kernidee, Visualisierung und Bearbeitung des Lichts direkt im alle möglichen Lichtpfade einschließenden "Pfadraum" durchzuführen. Dies steht im Gegensatz zu Verfahren nach Stand der Forschung, die entweder im Bildraum arbeiten oder auf bestimmte, isolierte Beleuchtungseffekte wie perfekte Spiegelungen, Schatten oder Kaustiken zugeschnitten sind. Die Erprobung der vorgestellten Verfahren hat gezeigt, dass mit ihnen real existierende Probleme der Bilderzeugung für Filmproduktionen gelöst werden können

Pycortex: an interactive surface visualizer for fMRI.

Surface visualizations of fMRI provide a comprehensive view of cortical activity. However, surface visualizations are difficult to generate and most common visualization techniques rely on unnecessary interpolation which limits the fidelity of the resulting maps. Furthermore, it is difficult to understand the relationship between flattened cortical surfaces and the underlying 3D anatomy using tools available currently. To address these problems we have developed pycortex, a Python toolbox for interactive surface mapping and visualization. Pycortex exploits the power of modern graphics cards to sample volumetric data on a per-pixel basis, allowing dense and accurate mapping of the voxel grid across the surface. Anatomical and functional information can be projected onto the cortical surface. The surface can be inflated and flattened interactively, aiding interpretation of the correspondence between the anatomical surface and the flattened cortical sheet. The output of pycortex can be viewed using WebGL, a technology compatible with modern web browsers. This allows complex fMRI surface maps to be distributed broadly online without requiring installation of complex software

Airborne LiDAR for DEM generation: some critical issues

Airborne LiDAR is one of the most effective and reliable means of terrain data collection. Using LiDAR data for DEM generation is becoming a standard practice in spatial related areas. However, the effective processing of the raw LiDAR data and the generation of an efficient and high-quality DEM remain big challenges. This paper reviews the recent advances of airborne LiDAR systems and the use of LiDAR data for DEM generation, with special focus on LiDAR data filters, interpolation methods, DEM resolution, and LiDAR data reduction. Separating LiDAR points into ground and non-ground is the most critical and difficult step for DEM generation from LiDAR data. Commonly used and most recently developed LiDAR filtering methods are presented. Interpolation methods and choices of suitable interpolator and DEM resolution for LiDAR DEM generation are discussed in detail. In order to reduce the data redundancy and increase the efficiency in terms of storage and manipulation, LiDAR data reduction is required in the process of DEM generation. Feature specific elements such as breaklines contribute significantly to DEM quality. Therefore, data reduction should be conducted in such a way that critical elements are kept while less important elements are removed. Given the highdensity characteristic of LiDAR data, breaklines can be directly extracted from LiDAR data. Extraction of breaklines and integration of the breaklines into DEM generation are presented

Static/Dynamic Filtering for Mesh Geometry

The joint bilateral filter, which enables feature-preserving signal smoothing according to the structural information from a guidance, has been applied for various tasks in geometry processing. Existing methods either rely on a static guidance that may be inconsistent with the input and lead to unsatisfactory results, or a dynamic guidance that is automatically updated but sensitive to noises and outliers. Inspired by recent advances in image filtering, we propose a new geometry filtering technique called static/dynamic filter, which utilizes both static and dynamic guidances to achieve state-of-the-art results. The proposed filter is based on a nonlinear optimization that enforces smoothness of the signal while preserving variations that correspond to features of certain scales. We develop an efficient iterative solver for the problem, which unifies existing filters that are based on static or dynamic guidances. The filter can be applied to mesh face normals followed by vertex position update, to achieve scale-aware and feature-preserving filtering of mesh geometry. It also works well for other types of signals defined on mesh surfaces, such as texture colors. Extensive experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed filter for various geometry processing applications such as mesh denoising, geometry feature enhancement, and texture color filtering