Effiziente Messung und Kompression spektral aufgelöster Bidirektionaler Texturfunktionen

• Applicant: Professor Dr. Reinhard Klein
• Subject Area: Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
• Term: from 2009 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 87529408

Das vorliegende Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der effizienten Erfassung und Verarbeitung spektral aufgelöster optischer Materialparameter für die Computergrafik, sowie Virtuelle und Erweiterte Realität. 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 (Rot-Grün-Blau) 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 abgetastet. 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. Im vorliegenden 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. Im Zentrum steht dabei die Fragestellung, wie sich aus dünn vermessenen spektralen Reflexionsdaten durch Hinzunahme von effizient aufgenommenen, dicht vermessenen RGB-Daten die kompletten spektralen Reflexionseigenschaften rekonstruieren lassen und wie diese Rekonstruktion zur Entwicklung einer adaptiven spektralen Messmethode genutzt werden kann. Darüber hinaus sollen Verfahren zur Analyse, Kompression und dem effizienten Rendering der Daten erforscht werden.

• DFG Programme: Research Grants