Interaktive Erweiterung und Beleuchtungsrekonstruktion von Fotos mit Radiosity

Mit dem Radiosity-Verfahren ist es möglich, den visuellen Realismus computergenerierter Szenen durch physikalische Beleuchtungssimulation zu verbessern. Im Bereich von Augmented Reality ist es nun wichtig, vorhandene Aufnahmen unter Berücksichtigung der realen Beleuchtung beispielsweise durch das Einbringen von virtuellen Objekten zu verändern. In dieser Arbeit wurde ein Verfahren zur Erweiterung von Fotos basierend auf einer Radiosity Simulation entwickelt. In die Radiosity Simulation werden zusätzliche Objekte eingefügt und das Ergebnis mit einer differentiellen Rendering-Technik ins Foto eingeblendet. Da im Normalfall die für eine Lichtsimulation notwendigen Parameter nicht vorliegen, wurden Verfahren zu deren Rekonstruktion aus Fotos entwickelt. Rekonstruiert werden kann die Geometrie der Szene mit der richtigen Kameraeinstellung sowie Eigenschaften der Materialien und der Lichtquelle. Virtuelle Objekte können interaktiv mit dem Mauszeiger im Foto bewegt werden und bei der Darstellung kann zwischen einer schnellen Lösung mit geringerer Qualität und einer langsamen Lösung mit hoher Qualität entschieden werden. Auch möglich ist das Einbringen neuer Lichtquellen sowie die Änderung der realen Lichtquellen und Materialien. Alle entwickelten Verfahren wurden in das Radiosity System GENESIS 2 integriert.

Using the Radiosity method it is possible to increase the realism of computer-generated scenes with a physical lighting simulation. In Augmented Reality applications it is important to modify existing photographs by inserting virtual objects. The virtual objects should appear under the correct lighting conditions. In this thesis, a method for augmenting photographs based on a Radiosity simulation was developed. Additional objects are added to the scene and the result of the Radiosity simulation is displayed in the photograph using a differential rendering technique. Usually, the necessary parameters for a lighting simulation of the scene shown on the photograph do not exist. Required for a Radiosity simulation are the geometry of the scene and the camera parameters as well as light and material properties. Therefore, methods for reconstruction of these parameters from photographs were developed. Virtual objects can be moved interactively with the mousepointer in the photograph and for displaying the result the user can choose between a fast update with lower quality and a slow update with high quality. Other possibilities are adding new light sources and the modification of existing lights and materials. All algorithms were integrated in the Radiosity simulation system GENESIS 2.