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Bildbasierte Beleuchtung in 3D-Photo-Collections

  • Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Verfahren zur realistischen augmentierten Bildsynthese auf Basis von 3D-Photo-Collections. 3D-Photo-Collections sind aus Einzelfotos automatisch erzeugte Repräsentationen einer realen Szene und geben diese als Menge von Bildern mit bekannten Kameraposen sowie einer groben punktbasierten Modellierung der Szenengeometrie wieder. Es wird eine fotorealistische augmentierte Bildsynthese von realen und virtuellen Anteilen in Echtzeit angestrebt, wobei die reale Szene durch 3DPhoto-Collections beschrieben wird. Um dieses Ziel zu erreichen, werden drei Problemfelder bearbeitet. Da die Fotos unter Umständen in verschiedenen geräteabhängigen RGB Farbräumen liegen, ist eine Farbcharakterisierung der 3D-Photo-Collections notwendig, um korrekte, der menschlichen Wahrnehmung entsprechende Farbinformationen zu erhalten. Das hierzu entwickelte Verfahren transformiert alle Bilder automatisch in einen gemeinsamen Farbraum und vereinfacht so die Farbcharakterisierung von 3D-Photo-Collections. Als Hauptproblem der augmentierten Bildsynthese muss die Umgebungsbeleuchtung der realen Szene bekannt sein, um eingefügte virtuelle Anteile konsistent zu den realen Anteilen zu beleuchten. Hierfür wurden zwei neue Verfahren zur Rekonstruktion der Umgebungsbeleuchtung aus den Bildern der 3D-Photo-Collection entwickelt. Um eine Bildsynthese für beliebige Ansichten auf die Szene durchzuführen, wurde ein neues Verfahren zur bildbasierten Darstellung entwickelt, welches neue Ansichten auf die 3D-Photo-Collection unter direkter Verwendung der Punktwolke erzeugt. Dieser Ansatz erzeugt neue Ansichten in Echtzeit und erlaubt somit eine freie Navigation. Insgesamt konnte mit den entwickelten Methoden gezeigt werden, dass 3D-Photo-Collections für Augmented-Reality eine geeignete Repräsentation von realen Anteilen sind und eine realistische Synthese mit virtuellen Anteilen durchgeführt werden kann.
  • The goal of this thesis is the development of methods for augmented image synthesis using 3D photo collections. 3D photo collections are representations of real scenes automatically generated from single photos and describe a scene as a set of images with known camera poses as well as a sparse point-based model of the scene geometry. The main goal is to perform a photo-realistic augmented image synthesis of real and virtual parts, where the real scene is provided as a 3D photo collection. Therefore, three main problems are addressed. Since the photos may be represented in different device-specific RGB color spaces, a color characterization of the 3D photo collections is necessary to gain correct color information that is consistent with human perception. The proposed novel method automatically transforms all images into a common RGB color space and thereby simplifies color characterization of 3D photo collections. As a main problem for augmented image synthesis, all environmental lighting has to be known in order to apply illumination to virtual parts that is consistent with the real portions shown in the photos. To solve this problem, two novel methods were developed to reconstruct the lighting from 3D photo collections. In order to perform image synthesis for arbitrary views on the scene, an image-based approach was developed that generates new views in 3D photo collections making direct use of its point cloud. The novel method creates new views in real-time and allows free-navigation. In conclusion, the proposed novel methods show that 3D photo collections are a useful representation for real scenes in Augmented Reality and they can be used to perform a realistic image synthesis of real and virtual portions.

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Metadaten
Author:Konrad Kölzer
URN:urn:nbn:de:hbz:kob7-10080
Advisor:Stefan Müller
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2014/07/30
Date of publication:2014/07/30
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Universitätsbibliothek
Date of final exam:2014/07/23
Release Date:2014/07/30
Number of pages:158 Seiten
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Computervisualistik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG