Reconsidering light transport : acquisition and display of real-world reflectance and geometry

Abstract

In this thesis, we cover three scenarios that violate common simplifying assumptions about the nature of light transport. We begin with the first ingredient to any çD rendering: a geometry model. Most çD scanners require the object-of-interest to show diffuse refectance. The further a material deviates from the Lambertian model, the more likely these setups are to produce corrupted results. By placing a traditional laser scanning setup in a participating (in particular, fuorescent) medium, we have built a light sheet scanner that delivers robust results for a wide range of materials, including glass. Further investigating the phenomenon of fluorescence, we notice that, despite its ubiquity, it has received moderate attention in computer graphics. In particular, to date no datadriven reflectance models of fluorescent materials have been available. To describe the wavelength-shifling reflectance of fluorescent materials, we define the bispectral bidirectional reflectance and reradiation distribution function (BRRDF), for which we introduce an image-based measurement setup as well as an efficient acquisition scheme. Finally, we envision a computer display that showsmaterials instead of colours, and present a prototypical device that can exhibit anisotropic reflectance distributions similar to common models in computer graphics.

In der Computergraphik und Computervision ist es unerlässlich, vereinfachende Annahmen über die Ausbreitung von Licht zumachen. In dieser Dissertation stellen wir drei Fälle vor, in denen diese nicht zutreffen. So wird die dreidimensionale Geometrie von Gegenständen oft mit Hilfe von Laserscannern vermessen und dabei davon ausgegangen, dass ihre Oberfläche diffus reflektiert. Dies ist bei den meisten Materialien jedoch nicht gegeben, so dass die Ergebnisse oft fehlerhaft sind. Indem wir das Objekt in einem fluoreszierenden Medium einbetten, kann ein klassischer CD-Scanner-Aufbau so modifiziert werden, dass er verlässliche Geometriedaten für Objekte aus verschiedensten Materialien liefert, einschließlich Glas. Auch die akkurate Nachbildung des Aussehens von Materialien ist wichtig für die photorealistische Bildsynthese. Wieder interessieren wir uns für Fluoreszenz, diesmal allerdings für ihr charakteristisches Erscheinungsbild, das in der Computergraphik bislang kaum Beachtung gefunden hat. Wir stellen einen bildbasierten Aufbau vor, mit dem die winkel- und wellenlängenabhängige Reflektanz fluoreszierender Oberflächen ausgemessen werden kann, und eine Strategie, um solche Messungen effizient abzuwickeln. Schließlich befassen wir uns mit der Idee, nicht nur Farben dynamisch anzuzeigen, sondern auch Materialien und ihr je nach Lichteinfall und Blickwinkel unterschiedliches Aussehen. Einer generellen Beschreibung des Problems folgt die konkrete Umsetzung in Formzweier Prototypen, die verschiedene Reflektanzverteilungen auf einer Oberfläche darstellen können.