ThirdLight: low-cost and high-speed 3D interaction using photosensor markers

We present a low-cost 3D tracking system for virtual reality, gesture modeling, and robot manipulation applications which require fast and precise localization of headsets, data gloves, props, or controllers. Our system removes the need for cameras or projectors for sensing, and instead uses cheap LEDs and printed masks for illumination, and low-cost photosensitive markers. The illumination device transmits a spatiotemporal pattern as a series of binary Gray-code patterns. Multiple illumination devices can be combined to localize each marker in 3D at high speed (333Hz). Our method has strengths in accuracy, speed, cost, ambient performance, large working space (1m-5m) and robustness to noise compared with conventional techniques. We compare with a state-of-the-art instrumented glove and vision-based systems to demonstrate the accuracy, scalability, and robustness of our approach. We propose a fast and accurate method for hand gesture modeling using an inverse kinematics approach with the six photosensitive markers. We additionally propose a passive markers system and demonstrate various interaction scenarios as practical applications

Synchronized Illumination Modulation for Digital Video Compositing

Informationsaustausch ist eines der Grundbedürfnisse der Menschen. Während früher dazu Wandmalereien,Handschrift, Buchdruck und Malerei eingesetzt wurden, begann man später, Bildfolgen zu erstellen, die als sogenanntes ”Daumenkino” den Eindruck einer Animation vermitteln. Diese wurden schnell durch den Einsatz rotierender Bildscheiben, auf denen mit Hilfe von Schlitzblenden, Spiegeln oder Optiken eine Animation sichtbar wurde, automatisiert – mit sogenannten Phenakistiskopen,Zoetropen oder Praxinoskopen. Mit der Erfindung der Fotografie begannen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts die ersten Wissenschaftler wie Eadweard Muybridge, Etienne-Jules Marey und Ottomar Anschütz, Serienbildaufnahmen zu erstellen und diese dann in schneller Abfolge, als Film, abzuspielen. Mit dem Beginn der Filmproduktion wurden auch die ersten Versuche unternommen, mit Hilfe dieser neuen Technik spezielle visuelle Effekte zu generieren, um damit die Immersion der Bewegtbildproduktionen weiter zu erhöhen. Während diese Effekte in der analogen Phase der Filmproduktion bis in die achtziger Jahre des 20.Jahrhunderts recht beschränkt und sehr aufwendig mit einem enormen manuellen Arbeitsaufwand erzeugt werden mussten, gewannen sie mit der sich rapide beschleunigenden Entwicklung der Halbleitertechnologie und der daraus resultierenden vereinfachten digitalen Bearbeitung immer mehr an Bedeutung. Die enormen Möglichkeiten, die mit der verlustlosen Nachbearbeitung in Kombination mit fotorealistischen, dreidimensionalen Renderings entstanden, führten dazu, dass nahezu alle heute produzierten Filme eine Vielfalt an digitalen Videokompositionseffekten beinhalten. ...Besides home entertainment and business presentations, video projectors are powerful tools for modulating images spatially as well as temporally. The re-evolving need for stereoscopic displays increases the demand for low-latency projectors and recent advances in LED technology also offer high modulation frequencies. Combining such high-frequency illumination modules with synchronized, fast cameras, makes it possible to develop specialized high-speed illumination systems for visual effects production. In this thesis we present different systems for using spatially as well as temporally modulated illumination in combination with a synchronized camera to simplify the requirements of standard digital video composition techniques for film and television productions and to offer new possibilities for visual effects generation. After an overview of the basic terminology and a summary of related methods, we discuss and give examples of how modulated light can be applied to a scene recording context to enable a variety of effects which cannot be realized using standard methods, such as virtual studio technology or chroma keying. We propose using high-frequency, synchronized illumination which, in addition to providing illumination, is modulated in terms of intensity and wavelength to encode technical information for visual effects generation. This is carried out in such a way that the technical components do not influence the final composite and are also not visible to observers on the film set. Using this approach we present a real-time flash keying system for the generation of perspectively correct augmented composites by projecting imperceptible markers for optical camera tracking. Furthermore, we present a system which enables the generation of various digital video compositing effects outside of completely controlled studio environments, such as virtual studios. A third temporal keying system is presented that aims to overcome the constraints of traditional chroma keying in terms of color spill and color dependency. ..