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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-65321
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2016/6532/


User-guided scene stylization using efficient rendering techniques

Nutzergestützte Szenenstilisierung unter Zuhilfenahme effizienter Renderingtechniken

Klehm, Oliver

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (213.748 KB)

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SWD-Schlagwörter: Rendering , Computergrafik , Grafikkarte
Freie Schlagwörter (Deutsch): Silisierung , Nutzergestützt
Freie Schlagwörter (Englisch): user-guided stylization , computer graphics , rendering
Institut: Fachrichtung 6.2 - Informatik
Fakultät: Fakultät 6 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät I
DDC-Sachgruppe: Informatik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Seidel, Hans-Peter (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 12.02.2016
Erstellungsjahr: 2015
Publikationsdatum: 27.05.2016
Kurzfassung auf Englisch: In this dissertation, we propose new techniques to display and manipulate virtual worlds to support visual design. The real-time constraint of applications such as games limits the accuracy at which rendering algorithms can simulate light transport. Our first method focuses on the efficient rendering of surfaces under natural illumination, extending previous work that ignores directionally-dependent effects in the lighting. In a second work, we present an approach for the efficient computation of scattering in homogeneous participating media. The main challenge is the accumulation of visibility along view rays, which we solve using an efficient filtering scheme. In the second part of the dissertation, we investigate methods that provide artists with approaches to stylize and manipulate the appearance of volumetric scattering. First, we focus on the effect of light shafts that one can typically observe on hazy days due to openings in the clouds. While the effect is often used in games and movies, it is difficult to manipulate. We propose tools to directly manipulate parameters of the rendering, effectively providing control over the creation, shape, and color of these light shafts. In another work, we abstract from direct parameter changes and propose a goal-based design approach to manipulate the appearance of heterogeneous media such as clouds. We use inverse rendering to infer volume parameters from user paintings to achieve the desired look. The problem is expressed as an optimization procedure for which we show an efficient execution on the GPU. We show in several examples that these novel methods enable intuitive, expressive, and effective control over the stylization of volumetric scattering.
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Dissertation werden neue Verfahren zur realistischen Darstellung und künstlerischen Manipulation von virtuellen Welten beschrieben. Für interaktive Anwendungen, wie zum Beispiel Computerspiele, kann der Lichttransport in virtuellen Szenen nur vereinfacht simuliert werden, da Bilder in kurzer Zeit berechnet werden müssen. Zuerst wird ein effizienter Algorithmus zur Beleuchtung von Oberflächen unter natürlichem Licht beschrieben. Hierbei wurde eine existierende Methode erweitert, um richtungsabhängige Effekte in der Beleuchtung genauer darzustellen. In einem anderen Verfahren wird gezeigt, wie die Streuung von Licht in homogenen Medien, wie z.B. Nebel, effizient berechnet werden kann. Hierzu muss die Sichtbarkeit eines jeden Punktes entlang eines Kamerastrahls zur Lichtquelle getestet und letztendlich integriert werden. Das Problem kann zu einer Filteroperation transformiert werden, wodurch viele Kamerastrahlen parallel bearbeiten werden und somit der Effekt praktisch sowie asymptotisch schneller als bisher berechnet wird. Im zweiten Teil der Dissertation werden neue Methoden zur künstlerischen Gestaltung der Streuung von Licht beschrieben. Ein Verfahren ermöglicht die Bearbeitung von Strahlenbüscheln, einer Lichterscheinung, die in der Natur durch Öffnungen zwischen Wolken an diesigen Tagen entsteht und häufig in Filmen und Computerspielen eingesetzt wird. Die neuen Werkzeuge steuern spezielle Renderingtechniken, wodurch Strahlenbüscheln effektiv in Erscheinung, Form und Farbe verändert werden können. In einer zweiten Methode wird anstatt direkter Parametermanipulation eine zielorientierte Gestaltung von heterogenen Volumen wie Wolken betrachtet. Hierbei werden mittels invertierten Rendering aus benutzerdefinierten Eingabebildern volumetrische Parameter optimiert, um ein gewünschtes Erscheinungsbild zu erreichen. Es wird gezeigt, wie die Optimierung mit der Hilfe der GPU sowie der Wiederverwendung von Berechnung des Lichttransports beschleunigt werden kann. Anhand mehrerer Beispiele wird gezeigt, dass mit den neuen Verfahren eine intuitive, expressive und effektive Kontrolle zur Gestaltung von volumetrischen Effekten möglich ist.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Dissertationen und Habilitationen

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