Effiziente Messung und Kompression spektral aufgelöster Bidirektionaler Texturfunktionen

Abstract

Details

Beschreibung

Die einfache Erfassung spektral aufgelöster Materialdaten wird in Zukunft die Entwicklung neuer Techniken und Verfahren zur physikalisch korrekten photorealistischen Simulation von Objekten unter real existierenden Beleuchtungssituationen ermöglichen und stimulieren. Dies gilt sowohl für den  Bereich des kulturellen Erbes, der Materialwissenschaften, der Textilproduktion als auch für den Bereich E-Commerce, wo z.B. die Korrektheit der simulierten Farben von Produkten und deren Darstellung auf dem Bildschirm zur Zeit nicht gegeben ist und daher die Verwendbarkeit nur mit expliziten Hinweisen auf die Defizite der Darstellung rechtlich möglich ist.
Die Akquisition optischer Materialparameter ist schon weit fortgeschritten. Wurden die Reflexionseigenschaften von Materialien zunächst mittels photometrischer Messungen durch Gonioreflektometer aufgenommen, so existieren mittlerweile hocheffiziente Verfahren auf Basis von CCD-Photokameras, bei denen aus einem Photo viele Messwerte für das Reflexionsverhalten extrahiert werden können. Diese Messungen wurden bisher jedoch nur mit RGB basierten CCD Chips vorgenommen, da der geringe Preis für CCD-Photokameras zu günstigen Messaufbauten führte. Da unterschiedliche Lichtquellen teilweise aber deutlich unterschiedliche Spektralverteilungen aufweisen, lassen sich die Farben des gemessenen Materials unter diesen nicht mehr exakt nachbilden. RGB-Messungen beinhalten darüber hinaus häufig systematische Farbanalysefehler, da die Metamerieeigenschaften der verwendeten RGB-Filter nicht hinreichend gut mit denen des menschlichen Auges übereinstimmen.
In modernen Renderingsystemen wird daher die Beleuchtungsrechnung komplett spektral gerechnet. Für spezielle Materialien wie z.B. Lacke werden die dazu benötigten spektralen Reflexionsdaten sehr grob, also mit wenigen Richtungen, mithilfe von Gonioreflektometern ab-getastet. Dies ist unter gewissen Annahmen für das Anpassen von Reflexionsmodellen auch ausreichend, für nicht isotrope Materialien, oder Materialien, deren Reflexionsverhalten sich winkelabhängig stark ändert, sowie für Materialien mit dominanter Mesostruktur, bei denen sich das Reflexionsverhalten örtlich ändert, reichen solche Messungen jedoch nicht. Für diese gibt es derzeit keine geeigneten Möglichkeiten zum Erfassen der Daten, da ähnliche Meßsysteme, wie die mit RGB basierten Photokameras, für spektral aufgelöste Messungen sowohl aus Zeit- als auch aus Kostengründen nicht praktikabel sind.
In diesem Projekt ist daher geplant, durch eine Kombination von spektralen mit den auf RGB CCD-Chips basierenden Messmethoden ein effizientes und praktikables Messverfahren für spektral aufgelöste Reflexionsdaten zu entwickeln. Darüber hinaus sollen Verfahren zur Analyse, Kompression und dem effizienten Rendering der RGB-spektral-kombinierten Daten erforscht werden.

Eine Beschreibung unseres Labors findet sich hier.

Neuigkeiten

    • 12.3.2010: 1000W QTH Lampe in Aufbau integriert
    • 8.3.2010: Einige multispektrale Texturen aufgenommen
    • 20.2.2010: Unser Paper "Groundtruth Data for Multispectral Bidirectional Texture Functions" wurde bei der CGIV 2010 angenommen
    • 31.5.2010: Unser Paper "Spectralization: Reconstruction spectra from sparse data" wurde bei der EGSR 2010 angenommen
    • 15.08.2011: Unser Paper "Practical Spectral Characterization of Trichromatic Cameras" wurde vorläufig bei der SIGGRAPH ASIA 2011 angenommen
    • 29.3.2012: Spektrale Texturen zum Download bereitgestellt
    • 4.4.2012: Erste spektrale BTF zum Download bereitgestellt

    Publikationen

     
    In: ACM Trans. Graph. (Dez. 2011), 30:6(170:1-170:10)
     
    In proceedings of CGIV 2010, Society for Imaging Science and Technology, Joensuu, Finland, pages 326-330, Juni 2010
     
    Jason Lawrence und Marc Stamminger (Editoren)
    In proceedings of SR '10 Rendering Techniques, pages 1347-1354, Eurographics Association, Juni 2010
     
    Daniel Lyssi
    In proceedings of CESCG, Apr. 2009

    Multispektrale BTF Daten

    In der Bonner BTF Datenbank unter einer eigenen Kategorie veröffentlicht (direkter Link).

    Multispectrale Texturen

    Einige multi-spektrale Texturen, die wir im Verlauf des Projektes aufgenommen haben. Die Bilder sind im OpenEXR Format und enthalte in den Kanalnamen die entsprechenden Wellenlängen.

    Multispektrale Environment Maps

    Als Teil dieses Projekts haben wir auch eine volle Multispektrale Environment Map eines Raums in der Universität Bonn aufgenommen. Der Raum hat eine sehr komplexe Beleuchtung bestehend aus großen Neonlampen (typisches FL Spektrum) und kleinen Halogenstrahlern (approx. Illuminant A).

    Die Environment Map wurde mit einer Photometrics CoolSnap 4k Monochrom-Kamera und einem CRi VariSpec VS10 liquid crystal tuneable filter aufgenommen. Dabei wurde die Wellenlängendimension von 410 bis 720 nm in 10nm Schritten abgetastet. High dynamic range wurde mittels 11 verschiedener Belichtungszeiten erreicht.

    Das Multispektralbild kann undefinedhier heruntergeladen werden. Es ist im OpenEXR Format gespeichert, wobei die Kanalnamen die entsprechenden Wellenlängen enthalten.