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Dokument Type: Doctoral Thesis
Title: Real-time rendering and acquisition of spherical light fields
Echtzeit-Rendering und Akquisition sphärischer Lichtfelder
Authors: Todt, Severin Sönke 
Institute: Institut für Bildinformatik 
Dewey Decimal Classification: 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
GHBS-Clases: TVVC
Issue Date: 2009
Publish Date: 2009
Abstract: 
Image-based rendering techniques have proven to be a powerful
alternative to traditional polygon-based computer graphics.
This thesis presents a novel light field rendering technique
which performs per-pixel depth correction of rays for
high-quality light field reconstruction. The technique stores
combined RGB and depth values in a parabolic 2D texture for
every light field sample being acquired at discrete positions
in a uniform spherical setup. Image synthesis is implemented on
the graphics processing unit within a customized fragment program which extracts the
correct image information from adjacent cameras for each
fragment by applying per-pixel depth correction of rays.

This dissertation demonstrates that the presented image-based
rendering technique provides a significant improvement compared
to previous approaches. Two different rendering implementations
are explained which make use of the uniform parametrization to
minimize disparity problems and ensure full six degrees of
freedom for virtual view synthesis. While one rendering
algorithm implements an iterative refinement approach for
rendering light fields with per-pixel depth correction, the
other approach employs a raycaster which provides superior
rendering quality at moderate frame rates.

Graphics processing unit based per-fragment depth correction of rays, used in both
implementations, helps reducing ghosting artifacts to a non
noticeable amount and provides a rendering technique that
performs without exhaustive pre-processing for 3D object
reconstruction.

The presented light field techniques open up for the
implementation of efficient and flexible rendering approaches.
This work presents an efficient level of detail rendering
approach for light fields and introduces a flexible rendering
technique for remote access to light field representation in a
web-based client-server application.

For the acquisition of spherical light fields with per-pixel
depth a new acquisition system is presented which makes use of
recent advances in 3D sensor technology to acquire combined RGB
and depth images directly.

Kurze Inhaltszusammenfassung in einer weiteren Sprache (deutsch)
Bildbasierte Renderingmethoden haben sich in der Vergangenheit
als effiziente Alternative zu traditionellen Renderingmethoden
auf Polygonbasis erwiesen. Diese Doktorarbeit präsentiert
eine neue Lichtfeld-Renderingmethode die unter Ausnutzung von
pro Pixel Tiefenwerten eine hochqualitative Bildsynthese in
Echtzeit ermöglicht. Für einen diskreten Satz an
gleichmässig auf der Oberfläche einer Kugelrepräsentation
angeordneter Samplepositionen speichert die Technik kombinierte
RGB und Tiefenwerte in einer gemeinsamen parabolischen Textur.
Die Bildsynthese erfolgt auf dem Grafikprozessor und ist in einem
angepassten Fragment Program umgesetzt, das zur Bestimmung der
Fragment Farbe korrekte Bildinformationen aus benachbarten
Samplepositionen extrahiert.

Im Vergleich zu denen in der Vergangenheit vorgestellten
Lichtfeldverfahren stellt die in dieser Arbeit präsentierte
Technik eine signifikante Verbesserung dar. Es werden zwei
unterschiedliche Renderingverfahren dargestellt, die beide die
gleichmässige Samplingstruktur nutzen, um
Disparitätsprobleme zu vermeiden und virtuelle Ansichten mit
sechs Freiheitsgraden zu ermöglichen. Während das eine der
Verfahren einen iterativen Ansatz zum Rendering von
Lichtfeldern mit Tiefenkorrektur implementiert, verfolgt das
andere einen Raycasting Ansatz und erzielt im Vergleich zum
erst genannten Verfahren deutlich bessere Ergebnisse. Mit Hilfe
der in beiden Verfahren zur Anwendung kommenden pro Pixel
Tiefenkorrektur werden bei gleichzeitigem Verzicht auf
umfangreiche Geometrieverarbeitung Ghosting Artefakte
signifikant reduziert.

Die präsentierten Lichtfeld-Renderingverfahren ermöglichen
die Umsetzung weiterer effizienter und flexibler
Renderingmethoden. Diese Doktorarbeit demonstriert einen
effizienten Level of Detail Ansatz für die Synthese von
Lichtfeldern und stellt ein neues flexibles Verfahren für den
Remote Zugriff auf Lichtfeldrepräsentationen auf Basis einer
Web basierten Client-Server Anwendung dar.

Für die Akquisition sphärischer Lichtfelder wird im Rahmen
dieser Arbeit ein Verfahren vorgestellt, das neueste 3D
Sensorsysteme nutzt, um kombinierte Farb- und Tiefendaten direkt
zu akquirieren.
URN: urn:nbn:de:hbz:467-3865
urn:nbn:de:hbz:467-3865
URI: https://dspace.ub.uni-siegen.de/handle/ubsi/386
License: https://dspace.ub.uni-siegen.de/static/license.txt
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