Structure-aware content creation : detection, retargeting and deformation

Nowadays, access to digital information has become ubiquitous, while three-dimensional visual representation is becoming indispensable to knowledge understanding and information retrieval. Three-dimensional digitization plays a natural role in bridging connections between the real and virtual world, which prompt the huge demand for massive three-dimensional digital content. But reducing the effort required for three-dimensional modeling has been a practical problem, and long standing challenge in compute graphics and related fields. In this thesis, we propose several techniques for lightening up the content creation process, which have the common theme of being structure-aware, ie maintaining global relations among the parts of shape. We are especially interested in formulating our algorithms such that they make use of symmetry structures, because of their concise yet highly abstract principles are universally applicable to most regular patterns. We introduce our work from three different aspects in this thesis. First, we characterized spaces of symmetry preserving deformations, and developed a method to explore this space in real-time, which significantly simplified the generation of symmetry preserving shape variants. Second, we empirically studied three-dimensional offset statistics, and developed a fully automatic retargeting application, which is based on verified sparsity. Finally, we made step forward in solving the approximate three-dimensional partial symmetry detection problem, using a novel co-occurrence analysis method, which could serve as the foundation to high-level applications.Jetzt hat die Zugang zu digitalen Informationen allgegenwärtig geworden. Dreidimensionale visuelle Darstellung wird immer zum Einsichtsverständnis und Informationswiedergewinnung unverzichtbar. Dreidimensionale Digitalisierung verbindet die reale und virtuelle Welt auf natürliche Weise, die prompt die große Nachfrage nach massiven dreidimensionale digitale Inhalte. Es ist immer noch ein praktisches Problem und langjährige Herausforderung in Computergrafik und verwandten Bereichen, die den Aufwand für die dreidimensionale Modellierung reduzieren. In dieser Dissertation schlagen wir verschiedene Techniken zur Aufhellung der Erstellung von Inhalten auf, im Rahmen der gemeinsamen Thema der struktur-bewusst zu sein, d.h. globalen Beziehungen zwischen den Teilen der Gestalt beibehalten wird. Besonders interessiert sind wir bei der Formulierung unserer Algorithmen, so dass sie den Einsatz von Symmetrische Strukturen machen, wegen ihrer knappen, aber sehr abstrakten Prinzipien für die meisten regelmäßigen Mustern universell einsetzbar sind. Wir stellen unsere Arbei aus drei verschiedenen Aspekte in dieser Dissertation. Erstens befinden wir Räume der Verformungen, die Symmetrien zu erhalten, und entwickelten wir eine Methode, diesen Raum in Echtzeit zu erkunden, die deutlich die Erzeugung von Gestalten vereinfacht, die Symmetrien zu bewahren. Zweitens haben wir empirisch untersucht dreidimensionale Offset Statistiken und entwickelten eine vollautomatische Applikation für Retargeting, die auf den verifizierte Seltenheit basiert. Schließlich treten wir uns auf die ungefähre dreidimensionalen Teilsymmetrie Erkennungsproblem zu lösen, auf der Grundlage unserer neuen Kookkurrenz Analyseverfahren, die viele hochrangige Anwendungen dienen verwendet werden könnten

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

GarmentCode: Programming Parametric Sewing Patterns

Garment modeling is an essential task of the global apparel industry and a core part of digital human modeling. Realistic representation of garments with valid sewing patterns is key to their accurate digital simulation and eventual fabrication. However, little-to-no computational tools provide support for bridging the gap between high-level construction goals and low-level editing of pattern geometry, e.g., combining or switching garment elements, semantic editing, or design exploration that maintains the validity of a sewing pattern. We suggest the first DSL for garment modeling -- GarmentCode -- that applies principles of object-oriented programming to garment construction and allows designing sewing patterns in a hierarchical, component-oriented manner. The programming-based paradigm naturally provides unique advantages of component abstraction, algorithmic manipulation, and free-form design parametrization. We additionally support the construction process by automating typical low-level tasks like placing a dart at a desired location. In our prototype garment configurator, users can manipulate meaningful design parameters and body measurements, while the construction of pattern geometry is handled by garment programs implemented with GarmentCode. Our configurator enables the free exploration of rich design spaces and the creation of garments using interchangeable, parameterized components. We showcase our approach by producing a variety of garment designs and retargeting them to different body shapes using our configurator.Comment: Supplementary video: https://youtu.be/16Yyr2G9_6E

Voyager radio occultation investigations at Saturn

Voyager will use dual-frequency 3.5 and 13 cm wavelength radio occultation techniques to study the atmospheres and ionospheres of Saturn and Titan, and the rings of Saturn. At Titan radio occultation is predicted to probe the atmosphere to the surface. The existence of a surface could be confirmed by detection of an obliquely scattered echo. At Saturn the two Voyager encounters will provide occultation measurements of temperate and equatorial regions of the atmosphere and ionosphere, and of the rings. The atmosphere will also be probed in polar regions during the deepest portions of the occultation. Both frequency and intensity data will be collected and jointly analyzed to study temperature-pressure profiles, and to derive information on atmospheric shape, turbulence, and weather. For the rings, Voyager will provide measurements of the complex (amplitude and phase) radio extinction and angular scattering functions of the ring particles as a function of wavelength, polarization, and radial distance from Saturn

Enabling Human-Robot Collaboration via Holistic Human Perception and Partner-Aware Control

As robotic technology advances, the barriers to the coexistence of humans and robots are slowly coming down. Application domains like elderly care, collaborative manufacturing, collaborative manipulation, etc., are considered the need of the hour, and progress in robotics holds the potential to address many societal challenges. The future socio-technical systems constitute of blended workforce with a symbiotic relationship between human and robot partners working collaboratively. This thesis attempts to address some of the research challenges in enabling human-robot collaboration. In particular, the challenge of a holistic perception of a human partner to continuously communicate his intentions and needs in real-time to a robot partner is crucial for the successful realization of a collaborative task. Towards that end, we present a holistic human perception framework for real-time monitoring of whole-body human motion and dynamics. On the other hand, the challenge of leveraging assistance from a human partner will lead to improved human-robot collaboration. In this direction, we attempt at methodically defining what constitutes assistance from a human partner and propose partner-aware robot control strategies to endow robots with the capacity to meaningfully engage in a collaborative task

Light field image processing: an overview

Light field imaging has emerged as a technology allowing to capture richer visual information from our world. As opposed to traditional photography, which captures a 2D projection of the light in the scene integrating the angular domain, light fields collect radiance from rays in all directions, demultiplexing the angular information lost in conventional photography. On the one hand, this higher dimensional representation of visual data offers powerful capabilities for scene understanding, and substantially improves the performance of traditional computer vision problems such as depth sensing, post-capture refocusing, segmentation, video stabilization, material classification, etc. On the other hand, the high-dimensionality of light fields also brings up new challenges in terms of data capture, data compression, content editing, and display. Taking these two elements together, research in light field image processing has become increasingly popular in the computer vision, computer graphics, and signal processing communities. In this paper, we present a comprehensive overview and discussion of research in this field over the past 20 years. We focus on all aspects of light field image processing, including basic light field representation and theory, acquisition, super-resolution, depth estimation, compression, editing, processing algorithms for light field display, and computer vision applications of light field data

FrameBreak: Dramatic Image Extrapolation by Guided Shift-Maps

Master'sMASTER OF ENGINEERIN

Deformation analysis and its application in image editing.

Jiang, Lei.Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2011.Includes bibliographical references (p. 68-75).Abstracts in English and Chinese.Chapter 1 --- Introduction --- p.1Chapter 2 --- Background and Motivation --- p.5Chapter 2.1 --- Foreshortening --- p.5Chapter 2.1.1 --- Vanishing Point --- p.6Chapter 2.1.2 --- Metric Rectification --- p.8Chapter 2.2 --- Content Aware Image Resizing --- p.11Chapter 2.3 --- Texture Deformation --- p.15Chapter 2.3.1 --- Shape from texture --- p.16Chapter 2.3.2 --- Shape from lattice --- p.18Chapter 3 --- Resizing on Facade --- p.21Chapter 3.1 --- Introduction --- p.21Chapter 3.2 --- Related Work --- p.23Chapter 3.3 --- Algorithm --- p.24Chapter 3.3.1 --- Facade Detection --- p.25Chapter 3.3.2 --- Facade Resizing --- p.32Chapter 3.4 --- Results --- p.34Chapter 4 --- Cell Texture Editing --- p.42Chapter 4.1 --- Introduction --- p.42Chapter 4.2 --- Related Work --- p.44Chapter 4.3 --- Our Approach --- p.46Chapter 4.3.1 --- Cell Detection --- p.47Chapter 4.3.2 --- Local Affine Estimation --- p.49Chapter 4.3.3 --- Affine Transformation Field --- p.52Chapter 4.4 --- Photo Editing Applications --- p.55Chapter 4.5 --- Discussion --- p.58Chapter 5 --- Conclusion --- p.65Bibliography --- p.6