Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

681.3*I3 <043> --- Academic collection --- Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties --- Theses --- 681.3*I3 <043> Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In het domein van computer grafieken, meer specifiek fotorealistische, fysischgebaseerde beeldsynthese, kunnen realistische beelden d.m.v. lichttransportsimulaties geproduceerd worden, vertrekkende van een gedetailleerd scène-model. Vooruitgang in technieken voor lichttransportsimulatie heeft een punt bereikt waar de simulatie van alle mogelijke lichtpaden in een dergelijke scène mogelijk is. Het realisme van de gesynthetiseerde beelden hangt daarom vooral af van de nauwkeurigheid van het scènemodel. Een belangrijk aspect van een scènemodel is de specificatie van reflectie-eigenschappen voor alle objecten in de scène. Binnen computer grafieken worden dergelijke reflectie-eigenschappen typisch beschreven door hoog-dimensionale reflectiefuncties. Voor eenvoudige materialen zoals plastiek, metaal en glas kan de reflectie goed worden gemodelleerd door analytische functies. Voor reflectie van complexe materialen zoals onderoppervlakte-verstrooiing en verstrooiing van complexe oppervlaktestructuren is het opstellen van analytische functies zeer moeilijk. Een alternatieve aanpak voor de specificatie van lichtverstrooiingkarakteristieken is de opmeting ervan van echte objecten of synthetisch gemodelleerde oppervlaktestructuurmodellen. In deze thesis wordt de opmeting van drie klassen van complexe reflectiefuncties – de bidirectionele oppervlakte-reflectiefunctie (Eng. BRDF), de bidirectionele textuurfunctie (Eng. BTF) en de bidirectionele onderoppervlakte verstrooiingsdistributiefunctie (Eng. BSSRDF) – bestudeerd. In een eerste deel van de thesis wordt een toestel – een gonioreflectometer – voor multispectrale BRDF meting van organische materialen gepresenteerd. Specifieke moeilijkheden bij de opmeting van organische materialen zoals plantenbladeren, die niet voorkomen bij de opmeting van inorganische materialen, worden besproken. Functionele vereisten voor de gonioreflectometer worden geïdentificeerd en de constructie van het toestel wordt gedetailleerd. Metingen van berkenbladeren worden uitgevoerd, vergeleken met bestaande reflectiegegevens en gebruikt voor de synthese van realistische beelden van bomen. In een tweede deel van de thesis worden BTFs van synthetisch gemodelleerde oppervlaktemodellen opgemeten. Deze opmetingen geven aanleiding tot grote hoeveelheden gegevens die niet als dusdanig kunnen worden gebruikt tijdens visualisatie. Een nieuwe compacte representatie voor de gegevens, gebaseerd op matrix-ontbinding, wordt gepresenteerd. Deze nieuwe compacte representatie unificeert bestaande technieken. Er wordt aangetoond dat, gebruikmakende van de compacte representatie en programmeerbare grafische hardware, BTFs gevisualiseerd kunnen worden aan interactieve snelheden. In het laatste deel van de thesis wordt een nieuw toestel besproken voor de opmeting van heterogene BSSRDFs. Een nieuwe compacte representatie, gebaseerd op niet-negatieve matrix-ontbinding en geconstrueerd voor de specifieke structuur van de meetgegevens wordt gepresenteerd. De representatie is ruimtelijk compact en kan snel worden geëvalueerd tijdens visualisatie. De techniek wordt getest door de opmeting van materiaalmodellen van verschillende echte objecten, die vervolgens worden toegepast op nieuwe geometriën om realistische beelden te produceren. In the domain of computer graphics, more specifically photo realistic physically based image synthesis, realistic images are produced from a detailed scene model using physically based light transport simulations. Advances in light transport simulation methods have reached a point where all possible light paths in such a scene can be computed. Therefore, the accuracy and realism of synthesized images is especially dependent on the quality and accuracy of the scene model. An important aspect of scene models is the specification of reflection properties for all objects in the scene. In computer graphics, reflection from surfaces is typically described by high dimensional reflectance functions. For simple materials such as plastics, metals and glas, analytical models are very successful in describing their light scattering behaviour. For reflection of complex materials, like heterogeneous subsurface scattering and scattering from complex meso structures or organic materials, the formulation of analytical models is a very difficult task. An alternative approach to the specification of light scattering properties by analytical modelling is the measurement of reflectance functions from real-world surfaces or synthetically modelled meso structures. In this dissertation, the measurement of three classes of complex reflection functions – the bidirectional surface reflection distribution function (BRDF), the bidirectional texture distribution function (BTF) and the bidirectional surface scattering reflection distribution function (BSSRDF) – is investigated. In a first part of the dissertation, an acquisition device – a gonioreflectometer – for multispectral BRDF measurement of organic material is presented. Specific difficulties are discussed that arise when measuring organic materials such as plant leaves, and which do not occur when measuring inorganic materials. Functional requirements for the gonioreflectometer are identified and the construction of the device is detailled. Measurements of beech leaves are conducted, compared to existing reflection data, and used in the synthesis of realistic images of trees. In a second part of the dissertation, BTFs are measured from synthetically modelled meso structures. These measurements result in huge amounts of data which can not be used as such during rendering. A novel compact representation for the data is presented that is based on matrix factorization, which unifies previous approaches. Using the compact representation, it is shown that rendering of BTFs at interactive rates is possible using programmable graphics hardware. In the last part of the dissertation, a novel aquisition setup is presented for the measurement of heterogeneous BSSRDFs. A novel compact representation is presented, that is based on non-negative matrix factorisation, which is tailored to the specific structure of the measured data. This representation is spatially compact and can be evaluated efficiently during rendering. The technique is tested by measuring material models of several real-world objects which can be applied to novel geometry to produce realistic visualizations. worden geïdentificeerd en de constructie van het toestel wordt gedetailleerd. Metingen van berkenbladeren worden uitgevoerd, vergeleken met bestaande reflectiegegevens en gebruikt voor de synthese van realistische beelden van bomen. In een tweede deel van de thesis worden BTFs van synthetisch gemodelleerde oppervlaktemodellen opgemeten. Deze opmetingen geven aanleiding tot grote hoeveelheden gegevens die niet als dusdanig kunnen worden gebruikt tijdens visualisatie. Een nieuwe compacte representatie voor de gegevens, gebaseerd op matrix-ontbinding, wordt gepresenteerd. Deze nieuwe compacte representatie unificeert bestaande technieken. Er wordt aangetoond dat, gebruikmakende van de compacte representatie en programmeerbare grafische hardware, BTFs gevisualiseerd kunnen worden aan interactieve snelheden. In het laatste deel van de thesis wordt een nieuw toestel besproken voor de opmeting van heterogene BSSRDFs. Een nieuwe compacte representatie, gebaseerd op niet-negatieve matrix-ontbinding en geconstrueerd voor de specifieke structuur van de meetgegevens wordt gepresenteerd. De representatie is ruimtelijk compact en kan snel worden geëvalueerd tijdens visualisatie. De techniek wordt getest door de opmeting van materiaalmodellen van verschillende echte objecten, die vervolgens worden toegepast op nieuwe geometriën om realistische beelden te produceren. for the gonioreflectometer are identified and the construction of the device is detailled. Measurements of beech leaves are conducted, compared to existing reflection data, and used in the synthesis of realistic images of trees. In a second part of the dissertation, BTFs are measured from synthetically modelled meso structures. These measurements result in huge amounts of data which can not be used as such during rendering. A novel compact representation for the data is presented that is based on matrix factorization, which unifies previous approaches. Using the compact representation, it is shown that rendering of BTFs at interactive rates is possible using programmable graphics hardware. In the last part of the dissertation, a novel aquisition setup is presented for the measurement of heterogeneous BSSRDFs. A novel compact representation is presented, that is based on non-negative matrix factorisation, which is tailored to the specific structure of the measured data. This representation is spatially compact and can be evaluated efficiently during rendering. The technique is tested by measuring material models of several real-world objects which can be applied to novel geometry to produce realistic visualizations.

Academic collection --- 681.3*I3 <043> --- Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties --- Theses --- 681.3*I3 <043> Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Materialen zijn een essentiële component van realistische, driedimension ale (3D) computergrafieken. Elk materiaalmodel biedt een reeks parameter s om ieder aspect van het uitzicht te regelen. Het vereist wat ervaring om de juiste materiaalparameters te kiezen voor een gewenst resultaat. Het uitzicht van een materiaal wordt ook beïnvloed door de vorm van het voorwerp. We bespreken een brede, exploratieve studie over de invloed va n vorm op materiaalwaarneming, gebruik makend van een gelijk-of-verschil lend experiment met paarsgewijze vergelijkingen. De invloed blijkt voldo ende significant om een merkbaar verschil te veroorzaken in het waargeno men materiaal. Hoewel de meeste traditionele programma's voor materiaalb ewerking de materialen visualizeren op een bol, blijkt uit een analyse v an de psychometrische functie dat deze vorm het minst discriminerend is. Voorgestelde verbeteringen zijn het gebruik van een meer discriminerend voorwerp, of ideaal een rechtstreekse visualizatie op de bedoelde vorm. Een alternatieve oplossing bestaat erin de invloed van vorm op materiaal waarneming te compenseren. De invloed werd opgemeten door combinatie van de materiaal- en vorm-informatiebronnen (cue combination) in een experi ment met gedwongen keuze uit twee alternatieven (2-alternative forced ch oice, 2AFC). De opgemeten invloed blijkt een constant verschil in waarne ming te veroorzaken, enkel afhankelijk van de vorm. Door het invoermater iaal in de tegengestelde richting aan te passen, kan het materiaal opnie uw accuraat waargenomen worden. Als demonstratie werd deze oplossing ing ebouwd in een bestaand programma voor materiaalbewerking. In het laatste deel van deze dissertatie beschouwen we hoe men een scène onrechtstreeks kan observeren in reflecties in glanzende materialen. He t begrip "visuele equivalentie" werd toegepast om de waarheidsgetrouwhei d te bepalen van dynamische scènes met vervormde reflecties. Eigenschapp en van het uitzicht, zoals vorm, beweging en belichting, werden beoordee ld in gelijk-of-verschillend en 2AFC experimentele ontwerpen. Ronddraaie nde voorwerpen vertonen equivalentie voor kleine vervormingen. Equivalen tie van translerende voorwerpen is afhankelijk van de geloofwaardige bew eging van glans en reflecties geproduceerd door de interpolatiemethode v oor de belichting. In deze dissertatie hebben we doordachte experimentele ontwerpen en gron dige statistische analyses gemaakt. Dankzij kwalitatieve technieken voor fotorealistische beeldsynthese, zoals differentiële beeldsynthese, glob ale belichting en beeldgebaseerde belichting, kunnen we onze resultaten rechtstreeks veralgemenen tot een brede waaier van reële en virtuele toe passingen.

681.3*I3 <043> --- Academic collection --- 681.3*I3 <043> Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties --- Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Computer graphics applications often use textures to decorate virtual objects to increase realism without modifying geometric details. In recent years, texture synthesis has been a useful tool to generate large textures starting from a sample texture. It is also used to fill holes in damaged pictures, or to generate illimitable textures in interactive applications like games and simulators applications. Sample-based texture synthesis schemes are based on analyzing the sample texture to create visually analogous images. The goal of this dissertation is to attain a fast texture synthesis technique able to generate visually pleasing results from a sample texture for a wide range of texture categories. In our work, we have contributed in Pixel-Based texture synthesis, Patch-Based texture synthesis, and in texture editing. For the Pixel-Based technique, we were inspired by the observation that the most common artefacts which occur when synthesizing textures are high frequency discontinuities, our technique tries to avoid these artefacts by forcing at least one of the direct neighboring pixels in each causal neighborhood to match within a predetermined threshold. This does not only avoid deterioration of the visual quality, but also results in faster synthesis timings. We demonstrate our technique on a variety of stochastic and structured textures. This causal neighborhood matching is also applied for selecting patches in the Patch-Based technique. This forces for selecting the most suitable patches, and reduces the search space in a very efficient and strict way. In our last techniques, the patches to be stitched in the target texture do not have to be regular in their shapes, on the contrary, their shapes are based on the Voronoi diagram cells' shapes. The idea is to synthesize a new texture by copying irregular patches from the source texture to the target texture, each of them contains a complete feature. The interior part of the feature is not touched, while the cutting and stitching is performed on the background between the features. The technique starts when the user selects a feature in the source texture. After that, the algorithm finds the positions of other similar features in the source, generates a analogous target distribution, and finally synthesizes the target texture by copying and stitching patches of the target's Voronoi cellular shapes from the source texture. The technique is fast enough to be used interactively and to edit textures in a simple and easy way. Computer graphics applications often use textures to decorate virtual objects to increase realism without modifying geometric details. In recent years, texture synthesis has been also used to fill holes in damaged pictures, or to generate illimitable textures in interactive applications like games and simulators. Sample-based texture synthesis schemes are based on analyzing the sample texture to create visually analogous images. The goal of this dissertation is to attain a fast texture synthesis technique able to generate visually pleasing results from a sample texture for a wide range of texture categories. In our work, we have contributed in Pixel-Based texture synthesis, Patch-Based texture synthesis, and in Texture Editing. For the Pixel-Based technique, we were inspired by the observation that the most common artefacts which occur when synthesizing textures are high frequency discontinuities, our technique tries to avoid these artefacts by forcing at least one of the direct neighboring pixels in each causal neighborhood to match within a predetermined threshold. This does not only avoid deterioration of the visual quality, but also results in faster synthesis timings. This direct neighborhood matching is also applied for selecting patches in the Patch-Based technique. In our last techniques, the patches to be stitched in the target texture do not have to be regular in their shapes, on the contrary, their shapes are based on the Voronoi diagram cells shapes. The idea is to synthesize a new texture by copying irregular patches from the source texture to the target texture, each of them contains a complete feature. The interior part of the feature is not touched, while the cutting and stitching is performed on the background. The technique is fast enough to be used interactively and to edit textures in a simple and easy way.

Academic collection --- 681.3*I3 <043> --- 681.3*I4 <043> --- Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties --- Image processing: image displays; image processing software (Computing methododologies)--Dissertaties --- Theses --- 681.3*I4 <043> Image processing: image displays; image processing software (Computing methododologies)--Dissertaties --- 681.3*I3 <043> Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Moderne 3D scanners maken het mogelijk om heel snel grote hoeveelheden 3D data te genereren. Dit resulteert in een steeds groeiend aantal toepassingen, gaande van digitalisatie van historische objecten tot gezichtsauthenticatie. In deze thesis stellen we een aantal nieuwe algoritmen voor om de data, verkregen met behulp van een 3D scanner, te verwerken. Deze data worden een puntenwolk genoemd en bestaan uit een verzameling punten bemonsterd van het 3D oppervlak van een object. De voorgestelde algoritmen betreffen enkele fundamentele topics in puntenwolkverwerking: triangulatie, vereffening en randbepaling. We analyseren de algoritmen vanuit het standpunt van efficiëntie, praktische toepasbaarheid en de volledigheid van de onderliggende theorie. Randbepaling is een veel voorkomend probleem in toepassingen waar het nodig is om te weten waar de gaten en externe randen liggen in een puntenwolk. In dit werk ontwikkelen we een nieuw algoritme voor het bepalen van randen, die we als gesloten, veelhoekige randlussen voorstellen. Het resultaat van dit algoritme wordt verder gebruikt door de andere algoritmen besproken in de thesis. Een andere fundamentele operatie is de triangulatie van puntenwolken. Het resultaat van deze operatie is een driehoekig rooster dat de buurpunten op een consistente manier met elkaar verbindt en zo de connectiviteitsinformatie toevoegt aan de puntenwolk. Wij bespreken twee aanpakken voor het trianguleren van puntenwolken. De eerste aanpak is gebaseerd op de zogenaamde roosterloze parameterisatietechniek en de tweede aanpak wordt het volumetrisch projectie-algoritme genoemd en steunt op de volumetrische voorstelling van de puntenwolk. Elke aanpak heeft zijn voor- en nadelen en kan verschillende soorten input-puntenwolken behandelen. Roosterloze parameterisatie is geschikt voor puntenwolken met schijftopologie en het volumetrisch projectie-algoritme is toepasbaar op gesloten puntenwolken van willekeurige genus en zonder randen. Vereffening is een frequent gebruikte operatie. Het is nodig om de ruis in opgemeten puntenwolken te verwijderen en op die manier de verdere verwerking gemakkelijker te maken. In het laatste deel van deze thesis stellen wij een nieuw vereffeningsalgoritme voor, dat geformuleerd wordt als een lineaire algebra optimalisatieprobleem met beperkingen. Één van de voordelen van het algoritme is zijn algemeenheid, in de zin dat het niet alleen op puntenwolken toegepast kan worden, maar ook op triangulaties, grafieken, curvenetwerken en in het algemeen op functies gedefinieerd in de knopen van een grafe. Het algoritme steunt op een efficiënte kleinste-kwadratensolver en heeft gegarandeerde convergentie. Bovendien heeft het algoritme interessante theoretische eigenschappen, wegens zijn verwantschap met de geometrie-bewuste basissen en Tikhonov-regularisatie. De gepresenteerde algoritmen dragen bij tot het domein van digital geometry processing en trachten de vraag naar efficiënte puntenwolkverwerkingsalgoritmen te beantwoorden. Modern 3D scanners make it possible to collect large amounts of 3D data in just a few seconds. This technological progress results in a growing number of applications ranging from the digitalization of historical artifacts to facial authentication. In this thesis we propose a number of novel algorithms for the processing of data obtained using 3D scanners. Such data is called a point cloud and it consists of a collection of points sampled from the surface of a 3D object. The proposed algorithms address some fundamental topics in point cloud processing, i.e. triangulation, smoothing and boundary extraction. We analyze the algorithms from the viewpoint of efficiency, practicality and the soundness of the underlying theory. Boundary extraction is required in many applications, where it is useful to know where the holes and exterior boundaries of the point cloud are situated. Using concepts from graph theory we develop a novel algorithm for the extraction of closed polygonal boundary loops in point clouds. This boundary information is used by other algorithms discussed in this thesis. Another fundamental operation, often performed on point clouds, is triangulation. The result of this operation is a triangular mesh, which connects the neighboring points with each other in a consistent way, thereby adding connectivity information to the point cloud. We discuss two approaches for triangulating point clouds. One is based on the so-called meshless parameterization technique and the other is called volumetric snapping and relies on a volumetric representation of the point data. Each approach has its advantages and can handle different types of input point clouds. Meshless parameterization is suitable for point clouds with disc topology and the volumetric snapping algorithm handles closed point clouds of arbitrary genus without boundaries. Smoothing is a frequently used operation on point clouds. It is required to remove noise and to make further processing easier. In the last part of the thesis we propose a new smoothing algorithm, which is formulated as a constrained linear algebra optimization problem. The advantage of the algorithm is its generality, in the sense that it can be applied not only to point clouds, but also to triangulations, plots, curve networks and in general to functions defined on graphs. The algorithm relies on an efficient least squares solver and has guaranteed convergence. Furthermore, it possesses interesting theoretical properties, because of its connection with the geometry-aware bases and Tikhonov regularization. The presented algorithms contribute to the new field of digital geometry processing and help to address the demand for efficient point cloud processing techniques. Moderne 3D scanners maken het mogelijk om heel snel grote hoeveelheden 3D data te genereren. Dit resulteert in een steeds groeiend aantal toepassingen, gaande van digitalisatie van historische objecten tot gezichtsauthenticatie. In veel gevallen is het resultaat van een scan een puntenwolk, ofwel een verzameling punten die het oppervlak van het object voorstellen. In alle toepassingen die met puntenwolken te maken hebben is het noodzakelijk om de grote hoeveelheden punten op een efficiënte manier te verwerken. Een van de veelvoorkomende operaties is bijvoorbeeld de triangulatie van een puntenwolk, waarbij een driehoekig rooster wordt opgesteld bestaande uit driehoekige facetten. Zo een triangulatie is een handige voorstelling van het object, omdat het topologische informatie bevat (zoals gaten en randen) en is gemakkelijk om mee te werken. In deze thesis trachten we de vraag naar puntenwolkverwerkingstechnieken te beantwoorden en stellen een aantal nieuwe algoritmen voor. In het bijzonder behandelen we enkele fundamentele topics in puntenwolkverwerking: triangulatie, vereffening en randbepaling. We analyseren de algoritmen vanuit het standpunt van efficiëntie, praktische toepasbaarheid en de volledigheid van de onderliggende theorie.

Academic collection --- 681.3*G13 <043> --- 681.3*I3 <043> --- 519.65 <043> --- 681.3*I3 <043> Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties --- Computer graphics (Computing methodologies)--Dissertaties --- Numerical linear algebra: conditioning; determinants; eigenvalues and eigenvectors; error analysis; linear systems; matrix inversion; pseudoinverses; singular value decomposition; sparse, structured, and very large systems (direct and iterative methods)--Dissertaties --- Approximation. Interpolation--Dissertaties --- Theses