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
Spatially varying image based lighting using HDR-video
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (Computer Graphics and Image Processing)ORCID iD: 0000-0002-7765-1747
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (Computer Graphics and Image Processing)
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (Computer Graphics and Image Processing)
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, The Institute of Technology. (Computer Graphics and Image Processing)ORCID iD: 0000-0003-2559-6122
Show others and affiliations
2013 (English)In: Computers & graphics, ISSN 0097-8493, E-ISSN 1873-7684, Vol. 37, no 7, 923-934 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Illumination is one of the key components in the creation of realistic renderings of scenes containing virtual objects. In this paper, we present a set of novel algorithms and data structures for visualization, processing and rendering with real world lighting conditions captured using High Dynamic Range (HDR) video. The presented algorithms enable rapid construction of general and editable representations of the lighting environment, as well as extraction and fitting of sampled reflectance to parametric BRDF models. For efficient representation and rendering of the sampled lighting environment function, we consider an adaptive (2D/4D) data structure for storage of light field data on proxy geometry describing the scene. To demonstrate the usefulness of the algorithms, they are presented in the context of a fully integrated framework for spatially varying image based lighting. We show reconstructions of example scenes and resulting production quality renderings of virtual furniture with spatially varying real world illumination including occlusions.

Place, publisher, year, edition, pages
Elsevier, 2013. Vol. 37, no 7, 923-934 p.
Keyword [en]
High dynamic range video, HDR-video, image based lighting, photo realistic image synthesis
National Category
Media Engineering Signal Processing
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-96949DOI: 10.1016/j.cag.2013.07.001ISI: 000325834400015OAI: oai:DiVA.org:liu-96949DiVA: diva2:644509
Projects
VPS
Funder
Swedish Foundation for Strategic Research , IIS11-0081Swedish Research Council
Available from: 2013-08-30 Created: 2013-08-30 Last updated: 2017-12-06Bibliographically approved
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

fulltext(10718 kB)170 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 10718 kBChecksum SHA-512
3f868f677c49823d8e2184b716031c73b48d94a5e321efa1abe7fd4ac81be07750dc73cc4aeff096fae2255591eaed6e0565e74ecdf46692c51c8faed8c616ef
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full text

Authority records BETA

Unger, JonasKronander, JoelLarsson, PerGustavson, StefanLöw, JoakimYnnerman, Anders

Search in DiVA

By author/editor
Unger, JonasKronander, JoelLarsson, PerGustavson, StefanLöw, JoakimYnnerman, Anders
By organisation
Media and Information TechnologyThe Institute of TechnologyDepartment of Science and TechnologyCenter for Medical Image Science and Visualization (CMIV)
In the same journal
Computers & graphics
Media EngineeringSignal Processing

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 170 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 441 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