liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
BRDF Models for Accurate and Efficient Rendering of Glossy Surfaces
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (C-Research)
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (C-Research)
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (C-Research)ORCID iD: 0000-0002-9466-9826
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (C-Research)ORCID iD: 0000-0002-7765-1747
2012 (English)In: ACM Transactions on Graphics, ISSN 0730-0301, E-ISSN 1557-7368, Vol. 31, no 1Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

This article presents two new parametric models of the Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF), one inspired by the Rayleigh-Rice theory for light scattering from optically smooth surfaces, and one inspired by micro-facet theory. The models represent scattering from a wide range of glossy surface types with high accuracy. In particular, they enable representation of types of surface scattering which previous parametric models have had trouble modeling accurately. In a study of the scattering behavior of measured reflectance data, we investigate what key properties are needed for a model to accurately represent scattering from glossy surfaces. We investigate different parametrizations and how well they match the behavior of measured BRDFs. We also examine the scattering curves which are represented in parametric models by different distribution functions. Based on the insights gained from the study, the new models are designed to provide accurate fittings to the measured data. Importance sampling schemes are developed for the new models, enabling direct use in existing production pipelines. In the resulting renderings we show that the visual quality achieved by the models matches that of the measured data.

Place, publisher, year, edition, pages
Association for Computing Machinery (ACM) , 2012. Vol. 31, no 1
Keyword [en]
BRDF, gloss, Rayleigh-Rice, global illumination, Monte Carlo, importance sampling
National Category
Computer Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-75045DOI: 10.1145/2077341.2077350ISI: 000300622500009OAI: oai:DiVA.org:liu-75045DiVA: diva2:503155
Projects
CADICSELLIIT
Note
funding agencies|Swedish Foundation for Strategic Research through the Strategic Research Centre MOVIII| A3:05:193 |Swedish Knowledge Foundation| 2009/0091 |Forskning och Framtid| ITN 2009-00116 |Swedish Research Council through the Linnaeus Center for Control, Autonomy, and Decision-making in Complex Systems (CADICS)||Excellence Center at Linkoping and Lund in Information Technology (ELLIIT)||Available from: 2012-02-15 Created: 2012-02-15 Last updated: 2017-12-07
In thesis
1. Physically Based Rendering of Synthetic Objects in Real Environments
Open this publication in new window or tab >>Physically Based Rendering of Synthetic Objects in Real Environments
2015 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

This thesis presents methods for photorealistic rendering of virtual objects so that they can be seamlessly composited into images of the real world. To generate predictable and consistent results, we study physically based methods, which simulate how light propagates in a mathematical model of the augmented scene. This computationally challenging problem demands both efficient and accurate simulation of the light transport in the scene, as well as detailed modeling of the geometries, illumination conditions, and material properties. In this thesis, we discuss and formulate the challenges inherent in these steps and present several methods to make the process more efficient.

In particular, the material contained in this thesis addresses four closely related areas: HDR imaging, IBL, reflectance modeling, and efficient rendering. The thesis presents a new, statistically motivated algorithm for HDR reconstruction from raw camera data combining demosaicing, denoising, and HDR fusion in a single processing operation. The thesis also presents practical and robust methods for rendering with spatially and temporally varying illumination conditions captured using omnidirectional HDR video. Furthermore, two new parametric BRDF models are proposed for surfaces exhibiting wide angle gloss. Finally, the thesis also presents a physically based light transport algorithm based on Markov Chain Monte Carlo methods that allows approximations to be used in place of exact quantities, while still converging to the exact result. As illustrated in the thesis, the proposed algorithm enables efficient rendering of scenes with glossy transfer and heterogenous participating media.

Abstract [sv]

En av de största utmaningarna inom datorgrafik är att syntetisera, eller rendera, fotorealistiska bilder. Fotorealistisk rendering används idag inom många tillämpningsområden såsom specialeffekter i film, datorspel, produktvisualisering och virtuell verklighet. I många praktiska tillämpningar av fotorealistisk rendering är det viktigt att kunna placera in virtuella objekt i fotografier, så att de virtuella objekten ser verkliga ut. IKEA-katalogen, till exempel, produceras i många olika versioner för att passa olika länder och regioner. Grunden till de flesta bilderna i katalogen är oftast densamma, men symboler och standardmått på möbler varierar ofta för olika versioner av katalogen. Istället för att fotografera varje version separat kan man använda ett grundfotografi och lägga in olika virtuella objekt såsom möbler i fotot. Genom att på det här sättet möblera ett rum virtuellt, istället för på riktigt, kan man också snabbt testa olika möbleringar och därmed göra ekonomiska besparingar.

Den här avhandlingen bidrar med metoder och algoritmer för att rendera fotorealistiska bilder av virtuella objekt som kan blandas med verkliga fotografier. För att rendera sådana bilder används fysikaliskt baserade simuleringar av hur ljus interagerar med virtuella och verkliga objekt i motivet. För fotorealistiska resultat kräver simuleringarna noggrann modellering av objektens geometri, belysning och materialegenskaper, såsom färg, textur och reflektans.

För att de virtuella objekten ska se verkliga ut är det viktigt att belysa dem med samma ljus som de skulle ha haft om de var en del av den verkliga miljön. Därför är det viktigt att noggrant mäta och modellera ljusförhållanden på de platser i scenen där de virtuella objekten ska placeras. För detta använder vi High Dynamic Range-fotografi, eller HDR. Med hjälp av HDR-fotografi kan vi noggrant mäta hela omfånget av det infallande ljuset i en punkt, från mörka skuggor till direkta ljuskällor. Detta är inte möjligt med traditionella digitalkameror, då det dynamiska omfånget hos vanliga kamerasensorer är begränsat. Avhandlingen beskriver nya metoder för att rekonstruera HDR-bilder som ger mindre brus och artefakter än tidigare metoder. Vi presenterar också metoder för att rendera virtuella objekt som rör sig mellan regioner med olika belysning, eller där belysningen varierar i tiden. Metoder för att representera spatiellt varierande belysning på ett kompakt sätt presenteras också. För att noggrant beskriva hur glansiga ytor sprider eller reflekterar ljus, beskrivs också två nya parametriska modeller som är mer verklighetstrogna än tidigare reflektionsmodeller. I avhandlingen presenteras också en ny metod för effektiv rendering av motiv som är mycket beräkningskrävande, till exempel scener med uppmätta belysningsförhållanden, komplicerade  material, och volumetriska modeller som rök, moln, textiler, biologisk vävnad och vätskor. Metoden bygger på en typ av så kallade Markov Chain Monte Carlo metoder för att simulera ljustransporten i scenen, och är inspirerad av nyligen presenterade resultat inom matematisk statistik.

Metoderna som beskrivs i avhandlingen presenteras i kontexten av fotorealistisk rendering av virtuella objekt i riktiga miljöer, då majoriteten av forskningen utförts inom detta område. Flera av de metoder som presenteras i denna avhandling är dock tillämpbara inom andra domäner, såsom fysiksimulering, datorseende och vetenskaplig visualisering.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2015. 135 p.
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 1717
National Category
Signal Processing
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-122588 (URN)10.3384/diss.diva-122588 (DOI)978-91-7685-912-4 (ISBN)
Public defence
2015-12-04, Domteatern, Visualiseringscenter C, Kungsgatan 54, Norrköping, 09:15 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2015-11-10 Created: 2015-11-10 Last updated: 2015-11-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full text

Authority records BETA

Löw, JoakimKronander, JoelYnnerman, AndersUnger, Jonas

Search in DiVA

By author/editor
Löw, JoakimKronander, JoelYnnerman, AndersUnger, Jonas
By organisation
Media and Information TechnologyThe Institute of Technology
In the same journal
ACM Transactions on Graphics
Computer Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 552 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf