Akquisition, Modifikation und Darstellung von Reflektanzfeldern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hendrik Lensch
• Fachliche Zuordnung: Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 41508900

Reflektanzfelder finden zunehmend Anwendung in der Computergrafik, so z.B. zur Gewinnung fotorealistischer Modelle, aber auch bei der interaktiven Darstellung. Sie erfassen das Erscheinungsbild realer Objekte und Szenen, das geprägt ist durch die Geometrie der Szene, die Reflexionseigenschaften der in der Szene enthaltenen Materialien sowie durch die einfallende Lichtverteilung und die daraus resultierende Lichtausbreitung in der Szene. Reflektanzfelder beschreiben, wie die ausgehende, von der Szene reflektierte Lichtverteilung von der einfallenden Lichtverteilung abhängt. Mit Hilfe eines aufgenommenen Reflektanzfeldes können neue Ansichten der digitalisierten Szene unter beliebigen Beleuchtungsverhältnissen synthetisiert und globale Beleuchtungseffekte korrekt wiedergegeben werden. Die Forschung im Bereich der Computergrafik hat verschiedene Ansätze zur Aufnahme von Reflektanzfeldern hervorgebracht, die mit einem enormen Mess-, Zeit- und Speicheraufwand einhergehen und sehr stark hinsichtlich der Auflösung und der Flexibilität eingeschränkt sind. Zur Weiterverarbeitung von Reflektanzfeldern, z.B. dem Entfernen von Objekten aus einer Szene oder dem Zusammenfügen von Reflektanzfeldern, existieren bisher nur unbefriedigende Lösungen. Im Mittelpunkt dieses Antrags stehen daher neue Verfahren zur Aufnahme von Reflektanzfeldern, die es erlauben, das Reflexionsverhalten beliebig komplexer Szenen oder dynamischer, sich deformierender Objekte vollständig zu erfassen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt hierbei auf der Akquisition von Reflektanzfeldern unter natürlicher Beleuchtung außerhalb eines Messlabors. Ein weiteres Ziel bildet die Entwicklung einer Systemumgebung, die den interaktiven Umgang mit Reflektanzfeldern ermöglicht. Hierzu sind Methoden zur interaktiven Darstellung von Reflektanzfeldern zu erforschen sowie Algorithmen, mit denen die Reflektanzfelder effizient modifiziert werden können. Darüber hinaus sollen die Anwendungsmöglichkeiten von Reflektanzfeldern bei der Volumenrekonstruktion und der Lichtmikroskopie untersucht werden. Zur Erreichung der Ziele ist u.a. die Verwendung von hierarchischen Matrizen geplant. H-Matrizen [Hac99] wurden entwickelt, um dicht besetzte Matrizen mit geringem Informationsgehalt durch eine hierarchische Unterteilung in Blöcke niedrigen Ranges effizient speichern und auswerten zu können. Wir haben H-Matrizen erstmalig erfolgreich bei der Akquisition von Reflektanzfeldern eingesetzt [GTLL06] und konnten zeigen, dass sich H-Matrizen in besonderer Weise eignen, den funktionalen Zusammenhang zwischen einfallender und reflektierter Beleuchtung effizient darzustellen. Ihr Potential hinsichtlich der Repräsentation, Analyse und interaktiven Darstellung von Reflektanzfeldern soll in diesem Projekt weiter untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen