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Konstruktion eines Gonioreflektometers zum anschließenden Aufnehmen und Rendern von BRDFs

Construction of a gonioreflectometer to capture and render BRDFs

  • Ein Gonioreflektometer ist ein Gerät zum Vermessen der Reflexionseigenschaften von Materialien. Ein solche Apparatur wird in dieser Arbeit mit handelsüblichen Bauteilen gebaut. Dafür werden drei Schrittmotoren und 809 Leuchtdioden mit einem Arduino-Mikrocontroller gesteuert. Als Reflexionsdaten werden RGB-Bilder mit einer industriellen Kamera aufgenommen. Zusätzlich wird eine Steuersoftware für verschiedene Aufnahmeprogramme sowie ein Renderer zum Anzeigen der vermessenen Materialien implementiert. Somit können komplette bidirektionale Reflektanz-Verteilungsfunktionen (BRDFs) aufgenommen und gerendert werden, wodurch selbst komplizierte anisotrope Materialeigenschaften repräsentierbar sind. Die Qualität der Ergebnisse ist aufgrund von Schattierungen zwar Artefakt-behaftet, jedoch können diese Artefakte durch entsprechende Algorithmen wie Inpainting weitestgehend behoben werden. Außerdem wurde das Gonioreflektometer auf andere Anwendungen übertragen. So sind ohne Veränderungen am Gerät auch 3D-Scans, Lichtfeldaufnahmen und Light-Staging möglich. Auch die Qualität der Ergebnisse dieser Aufnahmeverfahren entspricht den Erwartungen im positiven Sinne. Somit ist das in dieser Arbeit gebaute Gonioreflektometer im Vergleich zu anderen Publikationen eine breit anwendbare und kostengünstige Alternative.
  • A gonioreflectometer is a device to measure the reflection properties of arbitrary materials. In this work, such an apparatus is being built from easily obtainable parts. Therefore three stepper-motors and 809 light-emitting diodes are controlled by an Arduino microcontroller. RGB-images are captured with an industrial camera which serve as refelction data. Furthermore, a control software with several capture programs and a renderer for displaying the measured materials are implemented. These allow capturing and rendering entire bidirectional reflection distribution functions (BRDFs) by which also complex anisotropic material properties can be represented. Although the quality of the results has some artifacts due to shadows of the camera, these artifacts can be largely removed by using special algorithms like inpainting. In addition, the goniorefelctometer is applied to other use cases. One can perform 3D scans, light field capturing and light staging without altering the construction. The quality of these processes also meet the expectations in a positive way. Thus, the gonioreflectometer built in this work can be seen as a widely applicable and economical alternative to other publications.

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Metadaten
Author:Felix-León Schröder
URN:urn:nbn:de:kola-18899
Referee:Stefan Müller, Kevin Keul
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Date of completion:2019/06/05
Date of publication:2019/06/06
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 4
Date of final exam:2019/06/05
Release Date:2019/06/06
Tag:3D-Scan; BRDF; Gonioreflectometer
Number of pages:iv, 60
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Computervisualistik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 005 Computerprogrammierung, Programme, Daten
BKL-Classification:54 Informatik / 54.73 Computergraphik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG