Calipso: Physics-based Image and Video Editing through CAD Model Proxies

We present Calipso, an interactive method for editing images and videos in a physically-coherent manner. Our main idea is to realize physics-based manipulations by running a full physics simulation on proxy geometries given by non-rigidly aligned CAD models. Running these simulations allows us to apply new, unseen forces to move or deform selected objects, change physical parameters such as mass or elasticity, or even add entire new objects that interact with the rest of the underlying scene. In Calipso, the user makes edits directly in 3D; these edits are processed by the simulation and then transfered to the target 2D content using shape-to-image correspondences in a photo-realistic rendering process. To align the CAD models, we introduce an efficient CAD-to-image alignment procedure that jointly minimizes for rigid and non-rigid alignment while preserving the high-level structure of the input shape. Moreover, the user can choose to exploit image flow to estimate scene motion, producing coherent physical behavior with ambient dynamics. We demonstrate Calipso's physics-based editing on a wide range of examples producing myriad physical behavior while preserving geometric and visual consistency.Comment: 11 page

Real-time human performance capture and synthesis

Most of the images one finds in the media, such as on the Internet or in textbooks and magazines, contain humans as the main point of attention. Thus, there is an inherent necessity for industry, society, and private persons to be able to thoroughly analyze and synthesize the human-related content in these images. One aspect of this analysis and subject of this thesis is to infer the 3D pose and surface deformation, using only visual information, which is also known as human performance capture. Human performance capture enables the tracking of virtual characters from real-world observations, and this is key for visual effects, games, VR, and AR, to name just a few application areas. However, traditional capture methods usually rely on expensive multi-view (marker-based) systems that are prohibitively expensive for the vast majority of people, or they use depth sensors, which are still not as common as single color cameras. Recently, some approaches have attempted to solve the task by assuming only a single RGB image is given. Nonetheless, they can either not track the dense deforming geometry of the human, such as the clothing layers, or they are far from real time, which is indispensable for many applications. To overcome these shortcomings, this thesis proposes two monocular human performance capture methods, which for the first time allow the real-time capture of the dense deforming geometry as well as an unseen 3D accuracy for pose and surface deformations. At the technical core, this work introduces novel GPU-based and data-parallel optimization strategies in conjunction with other algorithmic design choices that are all geared towards real-time performance at high accuracy. Moreover, this thesis presents a new weakly supervised multiview training strategy combined with a fully differentiable character representation that shows superior 3D accuracy. However, there is more to human-related Computer Vision than only the analysis of people in images. It is equally important to synthesize new images of humans in unseen poses and also from camera viewpoints that have not been observed in the real world. Such tools are essential for the movie industry because they, for example, allow the synthesis of photo-realistic virtual worlds with real-looking humans or of contents that are too dangerous for actors to perform on set. But also video conferencing and telepresence applications can benefit from photo-real 3D characters, as they can enhance the immersive experience of these applications. Here, the traditional Computer Graphics pipeline for rendering photo-realistic images involves many tedious and time-consuming steps that require expert knowledge and are far from real time. Traditional rendering involves character rigging and skinning, the modeling of the surface appearance properties, and physically based ray tracing. Recent learning-based methods attempt to simplify the traditional rendering pipeline and instead learn the rendering function from data resulting in methods that are easier accessible to non-experts. However, most of them model the synthesis task entirely in image space such that 3D consistency cannot be achieved, and/or they fail to model motion- and view-dependent appearance effects. To this end, this thesis presents a method and ongoing work on character synthesis, which allow the synthesis of controllable photoreal characters that achieve motion- and view-dependent appearance effects as well as 3D consistency and which run in real time. This is technically achieved by a novel coarse-to-fine geometric character representation for efficient synthesis, which can be solely supervised on multi-view imagery. Furthermore, this work shows how such a geometric representation can be combined with an implicit surface representation to boost synthesis and geometric quality.In den meisten Bildern in den heutigen Medien, wie dem Internet, Büchern und Magazinen, ist der Mensch das zentrale Objekt der Bildkomposition. Daher besteht eine inhärente Notwendigkeit für die Industrie, die Gesellschaft und auch für Privatpersonen, die auf den Mensch fokussierten Eigenschaften in den Bildern detailliert analysieren und auch synthetisieren zu können. Ein Teilaspekt der Anaylse von menschlichen Bilddaten und damit Bestandteil der Thesis ist das Rekonstruieren der 3D-Skelett-Pose und der Oberflächendeformation des Menschen anhand von visuellen Informationen, was fachsprachlich auch als Human Performance Capture bezeichnet wird. Solche Rekonstruktionsverfahren ermöglichen das Tracking von virtuellen Charakteren anhand von Beobachtungen in der echten Welt, was unabdingbar ist für Applikationen im Bereich der visuellen Effekte, Virtual und Augmented Reality, um nur einige Applikationsfelder zu nennen. Nichtsdestotrotz basieren traditionelle Tracking-Methoden auf teuren (markerbasierten) Multi-Kamera Systemen, welche für die Mehrheit der Bevölkerung nicht erschwinglich sind oder auf Tiefenkameras, die noch immer nicht so gebräuchlich sind wie herkömmliche Farbkameras. In den letzten Jahren gab es daher erste Methoden, die versuchen, das Tracking-Problem nur mit Hilfe einer Farbkamera zu lösen. Allerdings können diese entweder die Kleidung der Person im Bild nicht tracken oder die Methoden benötigen zu viel Rechenzeit, als dass sie in realen Applikationen genutzt werden könnten. Um diese Probleme zu lösen, stellt die Thesis zwei monokulare Human Performance Capture Methoden vor, die zum ersten Mal eine Echtzeit-Rechenleistung erreichen sowie im Vergleich zu vorherigen Arbeiten die Genauigkeit von Pose und Oberfläche in 3D weiter verbessern. Der Kern der Methoden beinhaltet eine neuartige GPU-basierte und datenparallelisierte Optimierungsstrategie, die im Zusammenspiel mit anderen algorithmischen Designentscheidungen akkurate Ergebnisse erzeugt und dabei eine Echtzeit-Laufzeit ermöglicht. Daneben wird eine neue, differenzierbare und schwach beaufsichtigte, Multi-Kamera basierte Trainingsstrategie in Kombination mit einem komplett differenzierbaren Charaktermodell vorgestellt, welches ungesehene 3D Präzision erreicht. Allerdings spielt nicht nur die Analyse von Menschen in Bildern in Computer Vision eine wichtige Rolle, sondern auch die Möglichkeit, neue Bilder von Personen in unterschiedlichen Posen und Kamera- Blickwinkeln synthetisch zu rendern, ohne dass solche Daten zuvor in der Realität aufgenommen wurden. Diese Methoden sind unabdingbar für die Filmindustrie, da sie es zum Beispiel ermöglichen, fotorealistische virtuelle Welten mit real aussehenden Menschen zu erzeugen, sowie die Möglichkeit bieten, Szenen, die für den Schauspieler zu gefährlich sind, virtuell zu produzieren, ohne dass eine reale Person diese Aktionen tatsächlich ausführen muss. Aber auch Videokonferenzen und Telepresence-Applikationen können von fotorealistischen 3D-Charakteren profitieren, da diese die immersive Erfahrung von solchen Applikationen verstärken. Traditionelle Verfahren zum Rendern von fotorealistischen Bildern involvieren viele mühsame und zeitintensive Schritte, welche Expertenwissen vorraussetzen und zudem auch Rechenzeiten erreichen, die jenseits von Echtzeit sind. Diese Schritte beinhalten das Rigging und Skinning von virtuellen Charakteren, das Modellieren von Reflektions- und Materialeigenschaften sowie physikalisch basiertes Ray Tracing. Vor Kurzem haben Deep Learning-basierte Methoden versucht, die Rendering-Funktion von Daten zu lernen, was in Verfahren resultierte, die eine Nutzung durch Nicht-Experten ermöglicht. Allerdings basieren die meisten Methoden auf Synthese-Verfahren im 2D-Bildbereich und können daher keine 3D-Konsistenz garantieren. Darüber hinaus gelingt es den meisten Methoden auch nicht, bewegungs- und blickwinkelabhängige Effekte zu erzeugen. Daher präsentiert diese Thesis eine neue Methode und eine laufende Forschungsarbeit zum Thema Charakter-Synthese, die es erlauben, fotorealistische und kontrollierbare 3D-Charakteren synthetisch zu rendern, die nicht nur 3D-konsistent sind, sondern auch bewegungs- und blickwinkelabhängige Effekte modellieren und Echtzeit-Rechenzeiten ermöglichen. Dazu wird eine neuartige Grobzu- Fein-Charakterrepräsentation für effiziente Bild-Synthese von Menschen vorgestellt, welche nur anhand von Multi-Kamera-Daten trainiert werden kann. Daneben wird gezeigt, wie diese explizite Geometrie- Repräsentation mit einer impliziten Oberflächendarstellung kombiniert werden kann, was eine bessere Synthese von geomtrischen Deformationen sowie Bildern ermöglicht.ERC Consolidator Grant 4DRepL

PERGAMO: Personalized 3D Garments from Monocular Video

Clothing plays a fundamental role in digital humans. Current approaches to animate 3D garments are mostly based on realistic physics simulation, however, they typically suffer from two main issues: high computational run-time cost, which hinders their development; and simulation-to-real gap, which impedes the synthesis of specific real-world cloth samples. To circumvent both issues we propose PERGAMO, a data-driven approach to learn a deformable model for 3D garments from monocular images. To this end, we first introduce a novel method to reconstruct the 3D geometry of garments from a single image, and use it to build a dataset of clothing from monocular videos. We use these 3D reconstructions to train a regression model that accurately predicts how the garment deforms as a function of the underlying body pose. We show that our method is capable of producing garment animations that match the real-world behaviour, and generalizes to unseen body motions extracted from motion capture dataset.Comment: Published at Computer Graphics Forum (Proc. of ACM/SIGGRAPH SCA), 2022. Project website http://mslab.es/projects/PERGAMO

State of the Art in Dense Monocular Non-Rigid 3D Reconstruction

3D reconstruction of deformable (or non-rigid) scenes from a set of monocular 2D image observations is a long-standing and actively researched area of computer vision and graphics. It is an ill-posed inverse problem, since--without additional prior assumptions--it permits infinitely many solutions leading to accurate projection to the input 2D images. Non-rigid reconstruction is a foundational building block for downstream applications like robotics, AR/VR, or visual content creation. The key advantage of using monocular cameras is their omnipresence and availability to the end users as well as their ease of use compared to more sophisticated camera set-ups such as stereo or multi-view systems. This survey focuses on state-of-the-art methods for dense non-rigid 3D reconstruction of various deformable objects and composite scenes from monocular videos or sets of monocular views. It reviews the fundamentals of 3D reconstruction and deformation modeling from 2D image observations. We then start from general methods--that handle arbitrary scenes and make only a few prior assumptions--and proceed towards techniques making stronger assumptions about the observed objects and types of deformations (e.g. human faces, bodies, hands, and animals). A significant part of this STAR is also devoted to classification and a high-level comparison of the methods, as well as an overview of the datasets for training and evaluation of the discussed techniques. We conclude by discussing open challenges in the field and the social aspects associated with the usage of the reviewed methods.Comment: 25 page

State of the Art in Dense Monocular Non-Rigid 3D Reconstruction

3D reconstruction of deformable (or non-rigid) scenes from a set of monocular2D image observations is a long-standing and actively researched area ofcomputer vision and graphics. It is an ill-posed inverse problem,since--without additional prior assumptions--it permits infinitely manysolutions leading to accurate projection to the input 2D images. Non-rigidreconstruction is a foundational building block for downstream applicationslike robotics, AR/VR, or visual content creation. The key advantage of usingmonocular cameras is their omnipresence and availability to the end users aswell as their ease of use compared to more sophisticated camera set-ups such asstereo or multi-view systems. This survey focuses on state-of-the-art methodsfor dense non-rigid 3D reconstruction of various deformable objects andcomposite scenes from monocular videos or sets of monocular views. It reviewsthe fundamentals of 3D reconstruction and deformation modeling from 2D imageobservations. We then start from general methods--that handle arbitrary scenesand make only a few prior assumptions--and proceed towards techniques makingstronger assumptions about the observed objects and types of deformations (e.g.human faces, bodies, hands, and animals). A significant part of this STAR isalso devoted to classification and a high-level comparison of the methods, aswell as an overview of the datasets for training and evaluation of thediscussed techniques. We conclude by discussing open challenges in the fieldand the social aspects associated with the usage of the reviewed methods.<br

Template based shape processing

As computers can only represent and process discrete data, information gathered from the real world always has to be sampled. While it is nowadays possible to sample many signals accurately and thus generate high-quality reconstructions (for example of images and audio data), accurately and densely sampling 3D geometry is still a challenge. The signal samples may be corrupted by noise and outliers, and contain large holes due to occlusions. These issues become even more pronounced when also considering the temporal domain. Because of this, developing methods for accurate reconstruction of shapes from a sparse set of discrete data is an important aspect of the computer graphics processing pipeline. In this thesis we propose novel approaches to including semantic knowledge into reconstruction processes using template based shape processing. We formulate shape reconstruction as a deformable template fitting process, where we try to fit a given template model to the sampled data. This approach allows us to present novel solutions to several fundamental problems in the area of shape reconstruction. We address static problems like constrained texture mapping and semantically meaningful hole-filling in surface reconstruction from 3D scans, temporal problems such as mesh based performance capture, and finally dynamic problems like the estimation of physically based material parameters of animated templates.Analoge Signale müssen digitalisiert werden um sie auf modernen Computern speichern und verarbeiten zu können. Für viele Signale, wie zum Beispiel Bilder oder Tondaten, existieren heutzutage effektive und effiziente Digitalisierungstechniken. Aus den so gewonnenen Daten können die ursprünglichen Signale hinreichend akkurat wiederhergestellt werden. Im Gegensatz dazu stellt das präzise und effiziente Digitalisieren und Rekonstruieren von 3D- oder gar 4D-Geometrie immer noch eine Herausforderung dar. So führen Verdeckungen und Fehler während der Digitalisierung zu Löchern und verrauschten Meßdaten. Die Erforschung von akkuraten Rekonstruktionsmethoden für diese groben digitalen Daten ist daher ein entscheidender Schritt in der Entwicklung moderner Verarbeitungsmethoden in der Computergrafik. In dieser Dissertation wird veranschaulicht, wie deformierbare geometrische Modelle als Vorlage genutzt werden können, um semantische Informationen in die robuste Rekonstruktion von 3D- und 4D Geometrie einfließen zu lassen. Dadurch wird es möglich, neue Lösungsansätze für mehrere grundlegenden Probleme der Computergrafik zu entwickeln. So können mit dieser Technik Löcher in digitalisierten 3D Modellen semantisch sinnvoll aufgefüllt, oder detailgetreue virtuelle Kopien von Darstellern und ihrer dynamischen Kleidung zu erzeugt werden

Realistic Visualization of Animated Virtual Cloth

Photo-realistic rendering of real-world objects is a broad research area with applications in various different areas, such as computer generated films, entertainment, e-commerce and so on. Within photo-realistic rendering, the rendering of cloth is a subarea which involves many important aspects, ranging from material surface reflection properties and macroscopic self-shadowing to animation sequence generation and compression. In this thesis, besides an introduction to the topic plus a broad overview of related work, different methods to handle major aspects of cloth rendering are described. Material surface reflection properties play an important part to reproduce the look & feel of materials, that is, to identify a material only by looking at it. The BTF (bidirectional texture function), as a function of viewing and illumination direction, is an appropriate representation of reflection properties. It captures effects caused by the mesostructure of a surface, like roughness, self-shadowing, occlusion, inter-reflections, subsurface scattering and color bleeding. Unfortunately a BTF data set of a material consists of hundreds to thousands of images, which exceeds current memory size of personal computers by far. This work describes the first usable method to efficiently compress and decompress a BTF data for rendering at interactive to real-time frame rates. It is based on PCA (principal component analysis) of the BTF data set. While preserving the important visual aspects of the BTF, the achieved compression rates allow the storage of several different data sets in main memory of consumer hardware, while maintaining a high rendering quality. Correct handling of complex illumination conditions plays another key role for the realistic appearance of cloth. Therefore, an upgrade of the BTF compression and rendering algorithm is described, which allows the support of distant direct HDR (high-dynamic-range) illumination stored in environment maps. To further enhance the appearance, macroscopic self-shadowing has to be taken into account. For the visualization of folds and the life-like 3D impression, these kind of shadows are absolutely necessary. This work describes two methods to compute these shadows. The first is seamlessly integrated into the illumination part of the rendering algorithm and optimized for static meshes. Furthermore, another method is proposed, which allows the handling of dynamic objects. It uses hardware-accelerated occlusion queries for the visibility determination. In contrast to other algorithms, the presented algorithm, despite its simplicity, is fast and produces less artifacts than other methods. As a plus, it incorporates changeable distant direct high-dynamic-range illumination. The human perception system is the main target of any computer graphics application and can also be treated as part of the rendering pipeline. Therefore, optimization of the rendering itself can be achieved by analyzing human perception of certain visual aspects in the image. As a part of this thesis, an experiment is introduced that evaluates human shadow perception to speedup shadow rendering and provides optimization approaches. Another subarea of cloth visualization in computer graphics is the animation of the cloth and avatars for presentations. This work also describes two new methods for automatic generation and compression of animation sequences. The first method to generate completely new, customizable animation sequences, is based on the concept of finding similarities in animation frames of a given basis sequence. Identifying these similarities allows jumps within the basis sequence to generate endless new sequences. Transmission of any animated 3D data over bandwidth-limited channels, like extended networks or to less powerful clients requires efficient compression schemes. The second method included in this thesis in the animation field is a geometry data compression scheme. Similar to the BTF compression, it uses PCA in combination with clustering algorithms to segment similar moving parts of the animated objects to achieve high compression rates in combination with a very exact reconstruction quality.Realistische Visualisierung von animierter virtueller Kleidung Das photorealistisches Rendering realer Gegenstände ist ein weites Forschungsfeld und hat Anwendungen in vielen Bereichen. Dazu zählen Computer generierte Filme (CGI), die Unterhaltungsindustrie und E-Commerce. Innerhalb dieses Forschungsbereiches ist das Rendern von photorealistischer Kleidung ein wichtiger Bestandteil. Hier reichen die wichtigen Aspekte, die es zu berücksichtigen gilt, von optischen Materialeigenschaften über makroskopische Selbstabschattung bis zur Animationsgenerierung und -kompression. In dieser Arbeit wird, neben der Einführung in das Thema, ein weiter Überblick über ähnlich gelagerte Arbeiten gegeben. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf den wichtigen Aspekten der virtuellen Kleidungsvisualisierung, die oben beschrieben wurden. Die optischen Reflektionseigenschaften von Materialoberflächen spielen eine wichtige Rolle, um das so genannte look & feel von Materialien zu charakterisieren. Hierbei kann ein Material vom Nutzer identifiziert werden, ohne dass er es direkt anfassen muss. Die BTF (bidirektionale Texturfunktion)ist eine Funktion die abhängig von der Blick- und Beleuchtungsrichtung ist. Daher ist sie eine angemessene Repräsentation von Reflektionseigenschaften. Sie enthält Effekte wie Rauheit, Selbstabschattungen, Verdeckungen, Interreflektionen, Streuung und Farbbluten, die durch die Mesostruktur der Oberfläche hervorgerufen werden. Leider besteht ein BTF Datensatz eines Materials aus hunderten oder tausenden von Bildern und sprengt damit herkömmliche Hauptspeicher in Computern bei weitem. Diese Arbeit beschreibt die erste praktikable Methode, um BTF Daten effizient zu komprimieren, zu speichern und für Echtzeitanwendungen zum Visualisieren wieder zu dekomprimieren. Die Methode basiert auf der Principal Component Analysis (PCA), die Daten nach Signifikanz ordnet. Während die PCA die entscheidenen visuellen Aspekte der BTF erhält, können mit ihrer Hilfe Kompressionsraten erzielt werden, die es erlauben mehrere BTF Materialien im Hauptspeicher eines Consumer PC zu verwalten. Dies erlaubt ein High-Quality Rendering. Korrektes Verwenden von komplexen Beleuchtungssituationen spielt eine weitere, wichtige Rolle, um Kleidung realistisch erscheinen zu lassen. Daher wird zudem eine Erweiterung des BTF Kompressions- und Renderingalgorithmuses erläutert, die den Einsatz von High-Dynamic Range (HDR) Beleuchtung erlaubt, die in environment maps gespeichert wird. Um die realistische Erscheinung der Kleidung weiter zu unterstützen, muss die makroskopische Selbstabschattung integriert werden. Für die Visualisierung von Falten und den lebensechten 3D Eindruck ist diese Art von Schatten absolut notwendig. Diese Arbeit beschreibt daher auch zwei Methoden, diese Schatten schnell und effizient zu berechnen. Die erste ist nahtlos in den Beleuchtungspart des obigen BTF Renderingalgorithmuses integriert und für statische Geometrien optimiert. Die zweite Methode behandelt dynamische Objekte. Dazu werden hardwarebeschleunigte Occlusion Queries verwendet, um die Sichtbarkeitsberechnung durchzuführen. Diese Methode ist einerseits simpel und leicht zu implementieren, anderseits ist sie schnell und produziert weniger Artefakte, als vergleichbare Methoden. Zusätzlich ist die Verwendung von veränderbarer, entfernter HDR Beleuchtung integriert. Das menschliche Wahrnehmungssystem ist das eigentliche Ziel jeglicher Anwendung in der Computergrafik und kann daher selbst als Teil einer erweiterten Rendering Pipeline gesehen werden. Daher kann das Rendering selbst optimiert werden, wenn man die menschliche Wahrnehmung verschiedener visueller Aspekte der berechneten Bilder analysiert. Teil der vorliegenden Arbeit ist die Beschreibung eines Experimentes, das menschliche Schattenwahrnehmung untersucht, um das Rendern der Schatten zu beschleunigen. Ein weiteres Teilgebiet der Kleidungsvisualisierung in der Computergrafik ist die Animation der Kleidung und von Avataren für Präsentationen. Diese Arbeit beschreibt zwei neue Methoden auf diesem Teilgebiet. Einmal ein Algorithmus, der für die automatische Generierung neuer Animationssequenzen verwendet werden kann und zum anderen einen Kompressionsalgorithmus für eben diese Sequenzen. Die automatische Generierung von völlig neuen, anpassbaren Animationen basiert auf dem Konzept der Ähnlichkeitssuche. Hierbei werden die einzelnen Schritte von gegebenen Basisanimationen auf Ähnlichkeiten hin untersucht, die zum Beispiel die Geschwindigkeiten einzelner Objektteile sein können. Die Identifizierung dieser Ähnlichkeiten erlaubt dann Sprünge innerhalb der Basissequenz, die dazu benutzt werden können, endlose, neue Sequenzen zu erzeugen. Die Übertragung von animierten 3D Daten über bandbreitenlimitierte Kanäle wie ausgedehnte Netzwerke, Mobilfunk oder zu sogenannten thin clients erfordert eine effiziente Komprimierung. Die zweite, in dieser Arbeit vorgestellte Methode, ist ein Kompressionsschema für Geometriedaten. Ähnlich wie bei der Kompression von BTF Daten wird die PCA in Verbindung mit Clustering benutzt, um die animierte Geometrie zu analysieren und in sich ähnlich bewegende Teile zu segmentieren. Diese erkannten Segmente lassen sich dann hoch komprimieren. Der Algorithmus arbeitet automatisch und erlaubt zudem eine sehr exakte Rekonstruktionsqualität nach der Dekomprimierung

Holographic optical elements: Fabrication and testing

The basic properties and use of holographic optical elements were investigated to design and construct wide-angle, Fourier-transform holographic optical systems for use in a Bragg-effect optical memory. The performance characteristics are described along with the construction of the holographic system

Robot Learning for Manipulation of Deformable Linear Objects

Deformable Object Manipulation (DOM) is a challenging problem in robotics. Until recently there has been limited research on the subject, with most robotic manipulation methods being developed for rigid objects. Part of the challenge in DOM is that non-rigid objects require solutions capable of generalizing to changes in shape and mechanical properties. Recently, Machine Learning (ML) has been proven successful in other fields where generalization is important such as computer vision, thus encouraging the application of ML to robotics as well. Notably, Reinforcement Learning (RL) has shown promise in finding control policies for manipulation of rigid objects. However, RL requires large amounts of data that are better satisfied in simulation while deformable objects are inherently more difficult to model and simulate. This thesis presents ReForm, a simulation sandbox for robotic manipulation of Deformable Linear Objects (DLOs) such as cables, ropes, and wires. DLO manipulation is an interesting problem for a variety of applications throughout manufacturing, agriculture, and medicine. Currently, this sandbox includes six shape control tasks, which are classified as explicit when a precise shape is to be achieved, or implicit when the deformation is just a consequence of a more abstract goal, e.g. wrapping a DLO around another object. The proposed simulation environments aim to facilitate comparison and reproducibility of robot learning research. To that end, an RL algorithm is tested on each simulated task providing initial benchmarking results. ReForm is one of three concurrent frameworks to first support DOM problems. This thesis also addresses the problem of DLO state representation for an explicit shape control problem. Moreover, the effects of elastoplastic properties on the RL reward definition are investigated. From a control perspective, DLOs with these properties are particularly challenging to manipulate due to their nonlinear behavior, acting elastic up to a yield point after which they become permanently deformed. A low-dimensional representation from discrete differential geometry is proposed, offering more descriptive shape information than a simple point-cloud while avoiding the need for curve fitting. Empirical results show that this representation leads to a better goal description in the presence of elastoplasticity, preventing the RL algorithm from converging to local minima which correspond to incorrect shapes of the DLO